冬季混凝土施工温控技术探讨

李彩云

摘 要 结合陕西省阎机线泾河特大桥桥梁工程冬季混凝土施工情况，参考我国目前铁路行业冬季混凝土施工实例，对冬季混凝土施工技术进行研究，总结冬季混凝土温控施工经验。

关键词 桥梁工程;混凝土施工;温度控制施工技术

引言

泾河特大桥为新建城际铁路阎良至机场线控制性工程站前工程，桥梁全长2258.94m。本桥下部结构设计为摩擦桩群桩基础，桩基承台及双线圆端形空心桥墩及实体桥墩，上部结构为19孔64m节段拼装箱梁，节段梁制、运、架及期下部桩基、承台、墩台施工为本标段的控制性工程。根据工期安排，由于上部结构复杂，必须预留足夠工期，深长桩基、承台、墩台施工必须进行冬季混凝土施工，确保工期的实现[1]。

1概述

标段设置混凝土集中搅拌站1座，2台HZS-120型搅拌机和砂石料仓采用全封闭防风和防雨雪的彩钢棚封闭，保证原材料不受冻、不结块或夹冰、积雪等。

2总体技术要求

拌制混凝土的各项材料的温度，必须满足混凝土拌和物搅拌后所需要的温度。首先考虑对拌和用水的加热，集料在料仓内覆盖保温。水泥、粉煤灰、矿粉只保温，不加热。拌和水的加热温度不高于80℃。 冬季施工所有部位混凝土浇筑过程无离析、冻融现象。浇筑完成结构物无裂缝，强度全部符合设计要求。

3温度控制措施

3.1 原材料温控措施

施工用水：搅拌站生产用水，采用在水池内安装大功率电热管加热，水池顶面使用保温棉被+篷布覆盖，避免热量散失。骨料不进行加热时，水池水温控制在60℃范围内。施工中注意观察水量及时补充，确保搅拌用水量满足需求。

粗细骨料：考虑到陕西省泾阳县冬季年最低气温在-12℃以上，冬施期间，骨料不考虑加热，只保温。在封闭料仓彩钢棚进出口设置篷布门帘，砂石料仓上覆盖加厚保温篷布，确保骨料温度控制在5℃以上;在料仓备料时，必须预留足够温度回升时间。

水泥、粉煤灰、矿粉：水泥、粉煤灰、矿粉存放在存储罐中，温度受外界环境较小，可充分利用其自身热能，不考虑加热。

外加剂：外加剂罐体存放在搭设的彩钢房内，采用篷布保温罩对外加剂桶进行包裹保温，彩钢房内设置空调控制室内温度，确保外加剂温度不低于10℃。

混凝土施工前由测温人员检测水泥、外加剂及骨料温度以及拌和站环境温度，根据实测温度情况和热工计算结果确定拌和用水需要加热的最高温度，包括骨料需要保证的最低温度。

3.2 混凝土的搅拌和运输温控措施

搅拌机主机房采用彩钢棚封闭，主机房放电暖气对主机、过渡舱、计量称进行保温。主机房门窗悬挂棉门帘保温，确保主机房温度大于0℃，保证拌料机系统正常运转，输送带采用保温篷布进行包裹。搅拌混凝土时，严格控制混凝土的配合比和坍落度。拌和楼主机投料前，对搅拌机热水冲洗，确保搅拌机温度不低于10℃。采取骨料不加热，水池水温控制在80℃范围内，混凝土搅拌时，投料顺序为：先投放砂和碎石，在投已加热的水进行搅拌，再加水泥和外加剂。搅拌时间适当延长至平常1.5倍，并严格控制砼的坍落度[2]。

施工现场由测温人员测定现场施工部位保温棚内温度及环境温度，符合冬期施工要求时，由现场技术员通知拌和站开盘开始搅拌混凝土。

定时进行拌和站砼出机温度、水池水温及砂石料仓骨料温度的检测监控，作好记录，便于及时调整原材料温度。混凝土拌和好后由测温人员测定混凝土的出机温度，以验证热工计算的准确性，以便于下一步的调整。

砼运输统一采用罐车运输，在罐车的筒体外侧整体覆盖保温罩，减少砼在运输过程中的热量损失。罐车下料时每车分别检测砼温度，低于5℃的砼废弃处理。泵车在泵送混凝土过程中适当加快砼浇筑速度，以减少混凝土施工过程中的热量散失。

搅拌站、施工现场作业机械更换冬期燃油及润滑油，冷却系统采用防冻液，以及加工棉保温套等措施确保冬期施工车辆的正常运转。

3.3 混凝土拌和用水加热进行热工计算以承台、桥墩C40砼为例进行热工计算

3.4 原材料温控措施

施工用水：搅拌站生产用水，采用在水池内安装大功率电热管加热，水池顶面使用保温棉被+篷布覆盖，避免热量散失。骨料不进行加热时，水池水温控制在60℃范围内。施工中注意观察水量及时补充，确保搅拌用水量满足需求。

粗细骨料：考虑到陕西省泾阳县冬季年最低气温在-12℃以上，冬施期间，骨料不考虑加热，只保温。在封闭料仓彩钢棚进出口设置篷布门帘，砂石料仓上覆盖加厚保温篷布，确保骨料温度控制在5℃以上;在料仓备料时，必须预留足够温度回升时间。

水泥、粉煤灰、矿粉：水泥、粉煤灰、矿粉存放在存储罐中，温度受外界环境较小，可充分利用其自身热能，不考虑加热。

外加剂：外加剂罐体存放在搭设的彩钢房内，采用篷布保温罩对外加剂桶进行包裹保温，彩钢房内设置空调控制室内温度，确保外加剂温度不低于10℃。

混凝土施工前由测温人员检测水泥、外加剂及骨料温度以及拌和站环境温度，根据实测温度情况和热工计算结果确定拌和用水需要加热的最高温度，包括骨料需要保证的最低温度。

3.5 混凝土的搅拌和运输温控措施

搅拌机主机房采用彩钢棚封闭，主机房放电暖气对主机、过渡舱、计量称进行保温。主机房门窗悬挂棉门帘保温，确保主机房温度大于0℃，保证拌料机系统正常运转，输送带采用保温篷布进行包裹。搅拌混凝土时，严格控制混凝土的配合比和坍落度。拌和楼主机投料前，对搅拌机热水冲洗，确保搅拌机温度不低于10℃。采取骨料不加热，水池水温控制在80℃范围内，混凝土搅拌时，投料顺序为：先投放砂和碎石，在投已加热的水进行搅拌，再加水泥和外加剂。搅拌时间适当延长至平常1.5倍，并严格控制砼的坍落度。

施工现场由测温人员测定现场施工部位保温棚内温度及环境温度，符合冬期施工要求时，由现场技术员通知拌和站开盘开始搅拌混凝土[3]。

定时进行拌和站砼出机温度、水池水温及砂石料仓骨料温度的检测监控，作好记录，便于及时调整原材料温度。混凝土拌和好后由测温人员测定混凝土的出机温度，以验证热工计算的准确性，以便于下一步的调整。

砼运输统一采用罐车运输，在罐车的筒体外侧整体覆盖保温罩，减少砼在运输过程中的热量损失。罐车下料时每车分别检测砼温度，低于5℃的砼废弃处理。泵车在泵送混凝土过程中适当加快砼浇筑速度，以减少混凝土施工过程中的热量散失。

攪拌站、施工现场作业机械更换冬期燃油及润滑油，冷却系统采用防冻液，以及加工棉保温套等措施确保冬期施工车辆的正常运转。

3.6 混凝土拌和用水加热进行热工计算以承台、桥墩C40砼为例进行热工计算

（1）混凝土入模温度控制。取混凝土出机温度不低于10℃，考虑到拌和站为封闭料仓，料仓环境温度平均在夜间0℃、白天5℃进行考虑，混凝土浇筑按2014年-2018年5年中天气情况较差一天，气温最不利条件：-12.0℃进行计算。

混凝土经运输到浇注时的温度按下式计算：

T2= T1-（αtt+0.032n）×（T1-Ta）

式中：T2—混凝土拌和物经运输到浇注时的温度（℃）;

T1—混凝土拌和物的出机温度，不低于10℃，取10℃;

tt—混凝土拌和物经运输到浇注时的时间约0.2h;

n—混凝土拌和物运转次数;

Ta—混凝土拌和物运输时的环境温度，取最低温度-12℃;

α—温度折损系数（h-1）;

T1、tt、 n 、Ta、α取值分别为：10℃、0.2h、1、-12℃、0.25;

将上式代入公式得：T2=8.2℃，满足入模温度大于5℃要求。

即：满足出机温度不低于10℃，则混凝土运输到现场就不会低于8℃，就能保证入模温度不低于5℃要求[4]。

（2）混凝土出机温度控制。取混凝土出机温度不低于10℃进行水温控制计算。根据公式：

To=[0.92（mceTce+msTs+msaTsa+mgTg）+4.2Tw（mw-wsamsa-wgmg）+cw（wsamsaTsa+ wgmgTg）-ci（wsamsa+wgmg）]÷[4.2mw+0.92（mce+ms+msa+mg）]

式中：To—混凝土拌和物温度（℃）;

mw、mce、ms、msa、mg —水、水泥、掺和料、砂、碎石的用量（kg）;

Tw、Tce、Ts、Tsa、Tg —水、水泥、掺和料、砂、碎石的温度（℃）;

wsa、wg —砂、碎石的含水率（% ）;

cw、ci—水的比热容[kJ/ （kg×K）]及溶解热（kJ/ kg ）。当骨料温度>0℃时， cw=4.2，ci=0;当骨料温度<0℃时， cw=2.1，ci=335。

mw、mce、ms、msa、mg取值分别为：155kg、293kg、126kg、706kg、1070kg;

①环境温度在5℃时，按砂、石、粉煤灰、水泥都在同一最低温度考虑，取Tce=Ts=Tsa=Tg=5℃，根据《铁路混凝土工程施工技术规程》，当骨料温度>0℃时，公式中的cw=4.2， ci=0;T0混凝土拌和物出机温度不低于10℃，取10℃。

wsa、wg 取值分别为：5%、1%;（根据现场试验）

代入上式得：Tw=34.2℃。

当环境温度在5℃时，混凝土拌和物出机温度不低于10℃时，水池水温不低于34.2℃。

②当环境温度在0℃时，按砂、石、粉煤灰、水泥都在同一最低温度考虑，取Tce=Ts=Tsa =Tg=0℃，根据《铁路混凝土工程施工技术规程》，当骨料温度≤0℃时，cw=2.1，ci=335。混凝土拌和物出机温度不低于10℃，取10℃。

代入上式得：Tw=92℃。

因此，要保证混凝土拌和物出机温度不低于10℃，必须保证骨料温度不低于5℃。否则，需对骨料进行加热，骨料的加热温度不宜高于40℃。

③水池水温加热至60℃，即Tw=60℃;环境温度在5℃时，按砂、石、粉煤灰、水泥都在同一最低温度考虑，取Tce=Ts=Tsa =Tg=5℃，根据《铁路混凝土工程施工技术规程》，当骨料温度>0℃时，公式中的cw=4.2， ci=0;混凝土拌和物出机温度T0：

代入上式求得：T0=14.4℃。

因此，正常拌和站混凝土出机温度要保证在15℃，水池内水温必须加热至60℃（在骨料不加热的情况下，且骨料温度在5℃时）。

（3）水加热功率计算。根据公式Q=CM（T1-T0），其中Q为热量，单位焦耳，字母J;C为水比热容=4200焦耳/千克·摄氏度（J/kg·℃）;M为水质量;t为水加热后温度，t0为水加热前温度。

其中，冬期测的从拌和站160m深水井中抽出的水水温为15℃，即t0=15℃，t1按水温加热到60℃考虑。

热能公式，W=pt，其中P为功率，单位瓦;t为时间，单位秒;

①桩基。冬期施工期间，桩基每1天完成2根，按泾河特大桥最长桩基77m每根需要C40水下砼136m3为例，每方C40水下砼施工用水需要158kg，1根桩基需要加热水21488kg，两根77m桩基需加热施工用水42976kg，约43方水需要加热。

根据热量公式：Q=CM（T1-T0）=4200×43×103kg×（60-15）℃=8.127×109焦;

电热管功率P=W/t，其中t为时间，按冬期桩基每天完成2根桩基混凝土灌注频率，提前12小时进行水池加热考虑[5]，所需电热棒功率：

W=Pt=8.127×109焦/（12h×3600秒）=1.88×105W=188千瓦。

②承台。冬期施工期间，承台最多1天完成1个，以33#墩承台需要C40砼1360m3为例，每方C40砼施工用水需要155kg，1个承台需要加热施工用水210800kg，约211方水需要加热。

根据热量公式：Q=CM（T1-T0）=4200×211×103kg×（60-15）℃=39.88×109焦;

电热管功率P=W/t，其中t为时间，按冬期33#墩承台混凝土需要27小时完成浇筑，提前1天（24小时）进行水池加热考虑，则水加热持续时间51小时，所需电热棒功率：

P=W/t=39.88×109焦/（51h×3600秒）=2.17×105W=217千瓦。

③墩身。冬期施工期间，墩身按照1天完成1节4m实心段，以40#墩墩身1节实心段需要C40砼302m3为例，每方C40砼施工用水需要155kg，1节墩身需要加热施工用水46810kg，约47方水需要加热。

根据热量公式：Q=CM（T1-T0）=4200×47×103kg×（60-15）℃=8.88×109焦;

电热管功率P=W/t，其中t为时间，按冬期40#墩1节墩身混凝土浇筑，提前12小时进行水池加热考虑，所需电热棒功率：

P=W/t=8.88×109焦/（12h×3600秒）=2.06×105W=206千瓦。

④拌和站水池加热。拌和站水池：净尺寸长*宽*高=8m*4.8m*3.8m=146m3，正常蓄水量120m3;加热水池中120m3水加热至60℃，所需电热棒加热热量：

冬期测得从拌和站水井中抽到水池内水温为15℃;

Q=CM（t-t0）=4200×120×103kg×（60-15）℃=22.68×109焦;

电热管功率P=W/t，其中t为时间，按冬期混凝土施工，提起一天进行水池加热考虑，所需电热棒功率：

P=W/t=22.68×109焦/（24×3600）=2.625×105W=2.625×102kW=262.5千瓦

则，水池中120m3水从15℃加热至60℃，共需要设置263千瓦的电热棒进行加热24小时方能完成。

（4）混凝土浇筑温度控制。混凝土浇筑温度随外界气温变化而变化。在混凝土浇筑前，应清除模板及钢筋上的冰雪和污渍。当环境温度低于10℃时，模板、大于等于25mm的主筋、预埋钢筋、冷却管等均需提前使用配置的6台热风炮加热至正温。施工中适当加快浇注速度，机械连续振捣，分层连续浇筑，尽量缩短浇筑时间，以降低混凝土的浇筑温度损失。

（5）混凝土养護温度控制。现场桥梁承台、墩身均采用搭设养护篷布+棉被封闭保温，使用热风炮、暖风机加热，蒸汽发生机保湿。棚内最低温度不低于5℃，且混凝土表面湿润。

（6）模板拆除温度控制。混凝土养护完毕后，环境温度如果仍处于0℃以下，应等待混凝土冷却至5℃以下，并且混凝土与外部环境之间温差小于15℃后，再拆除模板。当温差在10℃～15℃时，拆除模板后的承台、墩身表面应采取棉被覆盖保温[6]。

4结束语

本工程在冬期混凝土施工过程中，从原材料及机械设备配置，混凝土搅拌、运输过程，到养护及拆模，通过仔细热工计算，全过程精心施工组织，快速完成了冬期施工生产任务，并且冬季施工混凝土质量全部符合要求，一次验收通过，通过实践为桥梁工程冬季混凝土施工温度控制提供有益参考。

参考文献

[1] TB10752-2018.高速铁路桥涵工程施工质量验收标准[S].北京：中国标准出版社，2018.

[2] TB 10424-2018.铁路混凝土工程施工质量验收标准[S].北京：中国标准出版社，2018.

[3] TZ 210-2018.《铁路混凝土工程施工技术指南》铁建设（2010）241号[S].北京：中国标准出版社，2018.

[4] TB10005-2010.铁路混凝土结构耐久性设计规范[S].北京：中国标准出版社，2010.

[5] GB50496-2009.大体积混凝土施工规范[S].北京：中国标准出版社，2009.

[6] 李文波.浅谈冬季混凝土施工技术[J].经济技术协作信息，2015，（25）：65.