淺談大體積混凝土箱梁冬季施工質(zhì)量的控制

淺談大體積混凝土箱梁冬季施工質(zhì)量的控制
許  慶
(天津華盾工程監(jiān)理咨詢有限公司，天津  300070)
      【摘   要】文章主要從配合比、熱工計算、混凝土的澆筑及養(yǎng)護等幾個方面，闡述了大體積混凝土箱梁在冬季施工的控制方法。
　　【關鍵詞】大體積混凝土；箱梁；冬季施工；質(zhì)量控制
      【中圖分類號】 TU74                      【文獻標識碼】 A                    【文章編號】 1008-1151(2006)02-0020-02
      一、概述
　　東南半環(huán)海河大橋是連接海河兩岸的大型橋梁工程，該橋為上下行分離式立交橋，分為A線、B線。大橋的主橋段為跨河橋，其結構形式為3跨55m等截面預應力連續(xù)箱梁，箱梁截面形式為單箱斜腹，梁高3米寬18米，頂板厚30cm，底板厚25～60cm ，腹板厚50～100cm，翼板厚15～70cm，混凝土強度為C50。主橋A線箱梁需要在冬季進行施工，因位于河道上，風大不易保溫，在如此條件下進行大體積混凝土箱梁的冬季施工非常不利，為了保證箱梁混凝土的質(zhì)量，我們對混凝土的冬季施工從各個環(huán)節(jié)進行嚴格的控制。
　　二、配合比確定及熱工計算
　�。ㄒ唬┡浜媳却_定
　　冬季施工配合應采用冷混凝土配比，根據(jù)以往經(jīng)驗取砂率為39%，水泥用量為494㎏，選用UNF-5A非引氣型高效減水劑和YND-153型防凍減水劑做為外加劑，前者為無氯型、低堿、低硫酸鈉產(chǎn)品，其較低的堿含量可避免混凝土的堿集料反應。后者為無氯型產(chǎn)品，可加速混凝土的凝結和硬化，低溫、負溫效果好，在摻量達到3.5%時，可用于－10℃以上的冬季混凝土，非常適合冬季混凝土配合比。配合比的28天試配強度達到設計值的115%以上，證明配合比滿足設計要求。配合比如下：
       （二）熱工計算
　　為了便于控制混凝土質(zhì)量，必須對配合比進行了冬季施工熱工計算。現(xiàn)場對砂、石進行含水量的測試，獲得平均值：Ps=5%，Pg=0%，需要對原配合比進行調(diào)整。調(diào)整后的配合比如下：
 
     
      下面根據(jù)調(diào)整后的施工配合比進行熱工計算：
　　按《公路橋涵施工技術規(guī)范》要求，取混凝土入模溫度T2=5℃，并考慮環(huán)境溫度在零下4℃以下時不進行混凝土施工。如果澆筑混凝土的天氣情況較差，按最不利條件：氣溫為零下4℃。
　　通過公式：T2=T1－（A*T＋0.032N）（T1－Ta）
      N—混凝土轉運次數(shù)；T—混凝土運輸時間；A—溫度損失      系數(shù)；Ta—運輸時環(huán)境溫度
      取N=1   A=0.25   T=1/3 h   Ta=－4℃
      可得混凝土的出機溫度T1=6.2℃
      通過公式：T1=T0－0.16（T0－Tb）
      取攪拌機棚內(nèi)溫度 Tb=－2℃ 
      可得混凝土拌和物的溫度 T0=7.8℃
　　通過公式：T0=[0.9(WcTc＋WsTs＋WgTg)＋4.2Tw(Ww-PsWs-PgWg) ＋c1(PsWsTs＋PgWgTg)－c2(PsWs＋PgWg)]÷ [4.2Ww＋0.9(Wc＋Ws＋Wg)]
　　Ww、Wc、Ws、Wg   ———水、水泥、砂、石的用量（㎏）
　　Tw、Tc、Ts、Tg  ———水、水泥、砂、石的溫度（℃）
　　Ps、Pg———砂、石的含水率（%）
　　c1、c2———水的比熱容（KJ/㎏•K）及溶解熱（KJ/㎏）
　　按砂、石、水泥都在同一最低溫度考慮，取Tc=Ts=Tg=－4℃
　　根據(jù)《公路橋涵施工技術規(guī)范》要求：當骨料溫度≤0℃時，公式中的c1=2.1  c2=335
　　可得混凝土攪拌時所需要的水溫Tw=58℃
　　如果澆筑混凝土的天氣情況較好，按最不利條件：氣溫為零上1℃
　　取Tc=Ts=Tg=1℃   Ta=1℃   Tb=2℃
　　根據(jù)《公路橋涵施工技術規(guī)范》要求：當骨料溫度＞0℃時，公式中的c1=4.2  c2=0 
　　通過計算，可得混凝土攪拌時所需要的水溫Tw=26.5℃
　　由上面計算結果可知，混凝土攪拌時所需水溫均滿足《公路橋涵施工技術規(guī)范》要求拌和水溫度≤80℃的條件；當氣溫在零上時，水溫≥26.5℃就能夠滿足冬季施工混凝土的要求；當氣溫在零下時，水溫≥58℃才能夠滿足冬季施工混凝土的要求。在實際施工中，通過對給水池采取保溫圍護措施和使用大功率的電熱管對水進行加熱，實際測得水溫一般在50℃～80℃之間。并且，施工時日常氣溫僅在＋5℃～－3℃之間,未達到所設想的最不利情況。現(xiàn)場對混凝土入模的實際溫度進行監(jiān)測結果均在15℃～20℃之間，滿足《公路橋涵施工技術規(guī)范》對冬季混凝土施工入模溫度的要求。
　　三、澆筑和養(yǎng)護
　　（一）混凝土的澆筑
　　冬季施工混凝土結構時，現(xiàn)場混凝土施工方案的可行性非常重要。應對施工方案進行了細致的審查，重點為機械設備和澆筑方案。由于主橋使用MSS架橋機進行施工，《MSS施工手冊》要求箱梁混凝土必須對稱澆筑，澆筑順序為：先從前支點開始順橋向?qū)ΨQ澆筑，對稱澆筑完成后，再向后支點澆筑，并且要求橫橋向也必須對稱澆筑，且不對稱混凝土方量不得大于6m3，箱梁為整體一次澆筑成型工藝。所以，現(xiàn)場的混凝土的生產(chǎn)能力、運輸途徑和機械設備都必須要滿足施工要求。施工現(xiàn)場有自建HZS60型攪拌站一臺，可以滿足施工混凝土生產(chǎn)的需要，為了預防攪拌站在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)意外情況，還選用城建集團攪拌站為備用站�，F(xiàn)場有罐車9部，固定泵1臺，汽車泵1臺，另外還有固定泵、汽車泵各一臺作為備用，可以滿足混凝土輸送需要。為了方便施工，并考慮到運距，決定利用已完成的B線橋來進行A線箱梁的施工，汽車泵穩(wěn)在B線上與要施工箱梁相對應的位置，固定泵穩(wěn)在河邊，這樣的布置能夠保證混凝土澆筑的速度和連續(xù)性。混凝土的澆筑工藝同常溫下施工工藝，分層逐段進行澆筑，先澆腹板，再澆底板，最后澆頂板。只是需要對運輸混凝土的容器和管道采取一定的保溫措施。澆筑現(xiàn)場為了防風保溫，設置了防風圍擋，并利用MSS架橋機自身結構用彩條布搭設了大棚來保證混凝土結合面的溫度保持在零上。施工過程中現(xiàn)場溫度測量值一般在2℃～5℃左右，基本達到了預期目的，滿足規(guī)范要求。
　�。ǘ�）混凝土的養(yǎng)護
　　混凝土的養(yǎng)護是質(zhì)量控制的一個重點，為了防止混凝土表面產(chǎn)生溫度裂縫和保證混凝土強度，必須對模板采取保溫措施，考慮到架橋機的模板為2㎝厚的木膠板，施工時在模板外側加鋪土工布、棉被、電熱毯（只是為了防止混凝土在氣溫突降的情況下不受凍的一個措施）、彩條布各一層。箱梁頂板覆蓋的保溫層相同，只是在最下層加鋪一層塑料布保水。考慮到混凝土自身的水化熱，這樣的保溫措施完全能夠保證施工現(xiàn)場的養(yǎng)護。
　　施工現(xiàn)場采用蓄熱法進行混凝土養(yǎng)護。為了保證工期，要求養(yǎng)護5天后就進行張拉工序。并且MSS架橋機的模板系統(tǒng)打開后，混凝土箱梁完全裸露在空氣中，無法進行覆蓋保溫養(yǎng)護。為了保證混凝土的強度滿足設計要求和防止產(chǎn)生溫度裂縫，這就需要推算混凝土養(yǎng)護5天后強度和拆模時混凝土的溫度。施工前制作的多組砼試件在室外環(huán)境同條件養(yǎng)護5天后的實際抗壓強度均達到設計值的100%以上，考慮到施工時的氣溫不會比施工前低太多，5天后混凝土的強度應該滿足設計對混凝土張拉強度≥90%設計值的要求。因此，只需要對拆模時混凝土的溫度進行計算，看其與外界溫度差是否滿足規(guī)范要求。《公路橋涵施工技術規(guī)范》要求：摻用防凍劑的混凝土養(yǎng)護，當拆模后的表面溫度與環(huán)境溫度差小于15℃時，混凝土表面可以不進行覆蓋保溫養(yǎng)護�？紤]到張拉和注漿需要2天的時間，對混凝土澆筑7×24=168小時后的混凝土溫度進行計算，確定是否滿足拆模的條件。