和仕云

(云南省迪慶州香格里拉市水務(wù)局,云南 迪慶 674499)

高寒地區(qū)的混凝土施工工程是混凝土工程質(zhì)量事故的多發(fā)地區(qū)，而且所存在的大部分施工質(zhì)量隱患在時(shí)間上往往具有滯后性，通常無(wú)法在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)并解決，而且由于發(fā)現(xiàn)問(wèn)題不及時(shí)，解決問(wèn)題的難度亦隨著時(shí)間增大。香格里拉市處于云南省西北部、青藏高原橫斷山脈的腹地，冬季漫長(zhǎng)而寒冷，將每年11月—次年3月中旬定義為施工冬期，如何在冬期施工保證混凝土的強(qiáng)度質(zhì)量使施工順利完成是我們需要思考并明確的，在施工過(guò)程中分析問(wèn)題，提出優(yōu)化方案，確保施工順利進(jìn)行。

1 冬季混凝土施工的問(wèn)題

由于香格里拉市的冬季比較漫長(zhǎng)，對(duì)我們的水利工程乃至所有建筑工程都帶來(lái)相當(dāng)大的影響，比如近幾年我們已建與正在建的水利項(xiàng)目小中甸水庫(kù)、康思水庫(kù)、畢桑谷水庫(kù)以及碩多崗河、達(dá)拉河河道治理等項(xiàng)目，在一定程度上，無(wú)論在工期或者工程質(zhì)量上都受到了一定的影響。

為滿足工期需要，要求必須在冬季進(jìn)行混凝土施工，在香格里拉的冬天平均氣溫接近-10 ℃，混凝土在生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)砂石結(jié)冰、外加劑凝固、攪拌機(jī)機(jī)口溫度過(guò)低以及攪拌機(jī)無(wú)法運(yùn)轉(zhuǎn)等問(wèn)題。這些問(wèn)題都會(huì)從根本上影響混凝土后期成型的強(qiáng)度質(zhì)量,急需要一種科學(xué)合理的低溫混凝土施工方案確?；炷凉こ痰捻樌M(jìn)行。

2 冬季混凝土施工方案

2.1 混凝土質(zhì)量控制

混凝土主要是由凝膠材料、砂石骨料還有水按一定比例混合攪拌而成的，其中骨料的選取具有嚴(yán)格的要求，要選取經(jīng)過(guò)預(yù)先生產(chǎn)，含水量低并經(jīng)過(guò)保溫處理的骨料，混凝土骨料具有粗骨料和細(xì)骨料兩種選擇，粗骨料宜選擇堅(jiān)實(shí)級(jí)配的碎石，且粒徑選擇在5～40 mm范圍內(nèi)最佳，并保證骨料含泥率低于1%，同時(shí)減少風(fēng)化顆粒的摻入，細(xì)骨料宜選擇粒徑0.35～0.50 mm的中砂粒，保證選擇細(xì)骨料或粗骨料時(shí)其顆粒級(jí)配與其他指標(biāo)均滿足質(zhì)量要求。水泥采用32.5R普通硅酸鹽水泥，且水泥用量不少于300 kg/m3。在室外所采用的攪拌的水的溫度應(yīng)保持在50～60 ℃之間，如若溫度過(guò)高，可以適當(dāng)?shù)母淖兾锪享樞?，先使水與骨料混合，最后再加入水泥攪拌，這樣做的目的是為了防止溫度過(guò)高導(dǎo)致水泥假凝影響后期混凝土的強(qiáng)度質(zhì)量。冬季混凝土原料配比的方法步驟與常溫下相同?；炷恋目紫堵屎涂捉Y(jié)構(gòu)特征對(duì)抵抗凍害有顯著效果?；炷恋乃冶戎苯佑绊懟炷恋目捉Y(jié)構(gòu)。因此，冬季施工混凝土的水灰比應(yīng)不大于0.6，且實(shí)際施工中混凝土的水灰比要大于預(yù)期設(shè)計(jì)?；炷帘旧砭哂兴饔?，它在澆筑完成之后逐漸凝結(jié)硬化，強(qiáng)度增加并達(dá)到預(yù)期強(qiáng)度，水化作用的速度還與環(huán)境溫度有關(guān)，并且隨著環(huán)境溫度的變化而變化，當(dāng)環(huán)境溫度在零下時(shí)，水開(kāi)始結(jié)冰，此時(shí)水化作用也基本停止，此時(shí)混凝土的強(qiáng)度也不再增長(zhǎng)。而在水凝結(jié)成冰的過(guò)程中，水的體積相較于冰的體積會(huì)增長(zhǎng)9%，此時(shí)混凝土所承受的壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其內(nèi)部結(jié)構(gòu)初期形成的壓力，壓力的增大使混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)遭受破壞，使強(qiáng)度變低。最后當(dāng)冰融化成水后，還會(huì)在混凝土內(nèi)部遺留下不同程度的空隙，從而會(huì)導(dǎo)致混凝土的耐久性變差。因此在混凝土施工時(shí)應(yīng)加入適量的外加劑降低混凝土中的冰點(diǎn)，外加劑的摻量嚴(yán)格遵照(鋼筋混凝土施工及驗(yàn)收規(guī)范)規(guī)定范圍使用[1]。

2.2 混凝土施工過(guò)程控制

冬季施工混凝土的原材料一般需要加熱，通過(guò)對(duì)混凝土原材料的加熱，使得混凝土在攪拌、運(yùn)輸、澆筑后，還具有一定的熱量，并在一定的養(yǎng)護(hù)條件下硬化，逐步增長(zhǎng)到所需的強(qiáng)度。由于施工地區(qū)處于高原、高寒山區(qū)，最低氣溫已經(jīng)達(dá)到-20 ℃,根據(jù)實(shí)際情況我們首先采用水加熱法，水加熱法最為簡(jiǎn)便，且易于控制，為防止混凝土“假凝”影響混凝土強(qiáng)度，要求水的溫度最高不超過(guò)80 ℃，如果水加熱至規(guī)定溫度尚不能使攪拌的混凝土達(dá)到規(guī)定的溫度時(shí)則考慮對(duì)砂、石加熱的方法，混凝土原材料的加熱需要通過(guò)嚴(yán)格的熱工計(jì)算來(lái)確定加熱溫度。另外這時(shí)我們可以通過(guò)搭建保溫棚的辦法來(lái)對(duì)混凝土澆筑過(guò)程進(jìn)行保溫，因?yàn)榛炷恋臐仓^(guò)程需要保證的溫度在10 ℃以上，所以保溫棚的搭建應(yīng)采用合適的保溫隔熱材料，同時(shí)保溫棚的搭建必須牢固，不透風(fēng)。由于溫度的傳導(dǎo)，混凝土的攪拌、運(yùn)輸和澆筑過(guò)程中熱量損失很大，混凝土澆筑過(guò)程一定注意以下幾點(diǎn)：(1)需要保證混凝土出機(jī)口的溫度不小于10 ℃，澆筑入模時(shí)的溫度不小于5 ℃，并盡量減少熱量損失；(2)混凝土施工的澆筑工作應(yīng)盡量在白天進(jìn)行，澆筑前應(yīng)先做好模具以及鋼筋的清潔工作，確保沒(méi)有積雪和雜物，還要充分了解制作混凝土的各原材料性能，做好相應(yīng)的保溫防凍措施。(3)冬季混凝土的轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程應(yīng)盡量減少周轉(zhuǎn)次數(shù)，混凝土的運(yùn)輸應(yīng)該采用混凝土專用運(yùn)輸罐車，并且在運(yùn)輸前還要對(duì)運(yùn)輸設(shè)備進(jìn)行預(yù)熱以減少熱量的損耗[2]。

2.3 澆筑后混凝土的養(yǎng)護(hù)控制

施工地區(qū)處于高原、高寒地區(qū)，最低氣溫已經(jīng)達(dá)到-20 ℃，我們也可以通過(guò)搭建保溫棚的辦法來(lái)對(duì)混凝土的養(yǎng)護(hù)進(jìn)行保溫?；炷潦┕そY(jié)束后，應(yīng)至少再置于保溫棚中15 d，直到混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)到75%以上。還要根據(jù)溫度的變化，正確應(yīng)對(duì)混凝土的脫模時(shí)間，由于地處高原、高寒山區(qū)，低溫下混凝土的澆筑凝結(jié)時(shí)間高于常溫下的凝結(jié)時(shí)間，如在-4～0 ℃的混凝土凝結(jié)時(shí)間相較常溫時(shí)要延長(zhǎng)3倍左右，溫度越低則需要保證混凝土的凝結(jié)時(shí)間越長(zhǎng)。另外保溫棚的拆除過(guò)程要注意不要立即將混凝土暴露在室外低溫環(huán)境中，應(yīng)給予相應(yīng)的溫度緩沖，防止因?yàn)闇囟润E降而導(dǎo)致混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度破壞。在保溫棚拆除后，要迅速將保溫被和塑料薄膜覆蓋在混凝土表面，防止溫度流失，還要設(shè)定專人對(duì)澆筑好的混凝土進(jìn)行溫度測(cè)試，在遭遇溫度驟降或是寒流時(shí)，立即進(jìn)行人工加熱[3]。

3 質(zhì)量要求

從混凝土施工過(guò)程中工程機(jī)進(jìn)水口(表1)以及工程倉(cāng)面(表2)的各項(xiàng)溫度指標(biāo)記錄可以看出混凝土施工過(guò)程中各項(xiàng)指標(biāo)均能滿足質(zhì)量要求。

表1 工程機(jī)進(jìn)水口溫度統(tǒng)計(jì)表

表2 工程倉(cāng)面溫度統(tǒng)計(jì)表

4 熱工計(jì)算

混凝土冬季施工熱工依據(jù)《建筑施工冬期施工規(guī)》，根據(jù)相關(guān)規(guī)定進(jìn)行計(jì)算，需要保證混凝土出機(jī)口的溫度(Ti)不小于10 ℃，澆筑入模時(shí)的溫度(即澆筑溫度Tj)不小于5 ℃。各個(gè)邊界條件如下所示：

(1)混凝土運(yùn)輸至澆筑完成時(shí)間Xt為：

Xt=X1+X2

(1)

式中：X1為運(yùn)輸時(shí)間，取值0.4 h；X2為澆筑時(shí)間，取值0.4 h，代入計(jì)算Xt為0.8 h。

(2)混凝土澆筑溫度Tj為：

Tj=Ti-(aXt+0.032n)×(Ti-Tn)

(2)

式中：Tj為澆筑溫度，因?yàn)門j≥5 ℃,取值5℃；n為混凝土轉(zhuǎn)運(yùn)次數(shù)，取值4次；Tn為運(yùn)輸時(shí)的環(huán)境氣溫Tn，取值0 ℃；a為混凝土運(yùn)輸過(guò)程中損失溫度參數(shù)，取值0.25 h-1；Ti為混凝土出機(jī)溫度，經(jīng)計(jì)算得Ti=7.4 ℃，同時(shí)因?yàn)門i≥10 ℃，因此Ti=10 ℃。

(3)混凝土的攪拌溫度為To：

To=(Ti-0.16Tp)/0.84

(3)

其中：Tp為保溫棚內(nèi)部的溫度，取值12 ℃；代入計(jì)算To為9.6 ℃。

假設(shè)水的熱量為Qw則有：

To=∑TkWk/∑Wk

(4)

根據(jù)表3攪拌溫度熱量計(jì)算表有：∑Wk為2660.97 kJ/℃，代入計(jì)算得∑TkWk=25 595.95 kJ,Qw=13 779.98 kJ。

假設(shè)混凝土攪拌過(guò)程需要水的溫度為Tw則有：

Tw=Qw/Ww

(5)

Qw=13 779.98 kJ；最終計(jì)算得Tw=23.4 ℃。此條件下施工需要保證水溫在25 ℃以上。

表3 攪拌溫度熱量計(jì)算表

注：k表示第k種材料。

5 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)實(shí)踐證明，在混凝土澆筑過(guò)程中，通過(guò)對(duì)原材料預(yù)熱和搭建混凝土保溫棚等方法可以有效地防止混凝土施工中的熱量的流失。在此期間，我們還要嚴(yán)控各項(xiàng)溫度參數(shù)，確保施工穩(wěn)定正常。高原、高寒地區(qū)的特殊環(huán)境對(duì)我們水利工程進(jìn)行混凝土施工造成極大的難度，這就需要我們技術(shù)人員認(rèn)真鉆研，細(xì)心觀察，謹(jǐn)慎實(shí)驗(yàn)，最終保質(zhì)保量的完成高寒地區(qū)水利工程冬季混凝土施工。