保温棚法冬期浇筑桥梁大体积混凝土初探
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摘要：本文通过实例总结了桥梁工程冬期施工保温措施和温度控制方法。
中图分类号： TU111 文献标识码： A 文章编号：
一、方案确定
1．1裂缝形成的机理
由于混凝土硬化期间水泥放出大量水化热，内部温度不断上升，在混凝土表面引起拉应力。后期在降温过程中，由于受到基础或老混凝的约束，又会在混凝土内部出现拉应力。气温的降低也会在混凝土表面引起很大的拉应力。当这些拉应力超出混凝土的抗裂能力时，即会出现裂缝。从裂缝的形成机理来看，大体积的混凝土开裂，主要是混凝土承受的内部应力和混凝土本身的抗拉强度之间矛盾发展的结果。因此为了控制大体积混凝土裂缝，就必须尽最大可能提高混凝土本身抗拉强度和降低混凝土内部应力（特别是温度应力）。抗拉强度主要取决于混凝土的强度等级，所以保证抗拉强度的关键是提高混凝土早期强度；降低混凝土内部应力主要通过控制砼里表温差来实现。由水泥水化热引起的混凝土内部温度达到最高后，必然会向混凝土表面散发，如果混凝土表面散热速度过快，必然造成混凝土里表温差过大，从而引起温度应力过大而造成混凝土裂缝。控制砼里表温差应尽可能地阻止或减缓砼表面的散热速度。而做好混凝土的保温养护工作，控制砼环境温度接近或等于砼表面温度，或在砼表面覆盖保温层，可以有效的减缓混凝土表面散热速度。
1.2方案确定
根据大体积混凝土裂缝主要是温度裂缝及冬期混凝土早期易受冻的特点，通过对砼把关、浇筑过程的控制，确定采用多种能整体移动式保温棚，采用保温棚养护、蒸汽养护、蓄热保温等综合养护措施，通过蒸汽养护和暖风机加热保温以提高砼的早期强度、控制砼环境温度以控制砼里表温差，采取温差和温度应力双控制的方法确保大体积砼的施工质量。
二、方案设计
2.1保温棚设计
多种能整体移动式保温棚，包括钢结构骨架、保温层、跳板支架和活动门，所述钢结构骨架是整体固定的，跳板支架，安装于保温棚内侧壁的钢结构骨架上，可以转动从而水平打开固定，跳板支架打开固定后，其上可以铺设跳板，作为操作平台。保温层为透明的树脂阳关瓦，其强度高，耐冲击。活动门设置于保温棚的顶面，方便浇筑混凝土等施工活动的进行。
2．2温度控制措施
2.2.1计算砼的绝热温升值
以承台为例：已知承台长13.9米，宽6.3米，高1.8米，混凝土设计为C30P8F300，水泥采用普通硅酸盐P.O42.5水泥，根据砼配合比得知水泥用量350Kg/m3，引气泵送剂7.8Kg/m3，膨胀剂40Kg/m3，粉煤灰90Kg/m3，砼外掺剂折减水泥用量：（7.8+40+90）×0.25=34.45Kg。计算水泥用量取Mc=350+34.45=384.45Kg/m3。水泥的水化热量Q=377KJ/Kg，砼浇筑入模温度To＞10℃，砼比热容C=0.96 KJ/Kg.K，砼密度ρ=2400 Kg/m3，砼的弹性模量Ec=3.0×104N/mm2。
2.2.3 确定温控指标
根据计算的砼绝热温升值为62.9℃和施工规范的有关规定，可以确定砼表面温度最低为37.9℃，则环境温度应控制在37.9℃以上，可以避免砼表面温度散热速度过快从而控制砼里表温差不超过25℃。但根据《建筑工程冬期施工规程》规定：蒸汽养护砼时，采用普通硅酸盐水泥时最高养护温度不得高于80度。据此，确定采用蒸汽养生时环境温度控制在37.9℃-80℃度之间。
2.2.4确定温度控制措施
2.2.4.1保温棚：保温棚采用的是一个组合式并可用吊车移动的钢结构专用保温棚，施工时将保温棚扣在承台基坑之上。
2.2.4.2蒸汽加热：蒸汽加热采用一台1吨蒸汽锅炉做为加热养护专用，利用保温棚作为蒸汽养护大棚。
2.2.4.3测温：保温棚内温度测量采用水银温度计，布置在保温棚四面，每面一个测点；混凝土内外温度的测量采用预埋测温线的方法。
2.2.4.5成立养护测温小组，测温前，对测温人员进行专业培训，并逐级进行技术交底，同时建立严格的岗位责任制和交接班制度。
三、施工工艺及控制要点
3.1施工工艺流程：
以我公司施工的承台为例，本工法工艺流程见图5.1
图5.1保温棚法浇筑承台施工工艺流程图
3.2控制要点
3.2.1混凝土控制
承台砼采用商品砼，首先确定商品混凝土厂家，与商品混凝土厂家协商，按大体积混凝土、冬期施工有关技术规程优化混凝土配合比设计。设计砼为C30P8F300砼，经协商确定：商品砼水灰比不大于0.45，水泥用量不大于350kg/m3,砂率控制在36-40%之间，对于减水剂、膨胀剂、引气剂等外加剂掺量由试验确定，粉煤灰掺量不超过水泥用量的30%，混凝土的入模温度按市政桥梁施工技术规范要求不小于10℃，坍落度按大体积砼施工规范要求不大于16。
3.2.2温度控制
3.2.2.1测温时间规定：混凝土养护1-3天内，每一小时测温一次，3-7天每两小时测一次，7-14天，每4小时测温一次，14-28天每六小时测温一次，并做好测温记录。
3.2.2.2混凝土养护期间，测温小组要严格按照规定，24小时不间断的测量混凝土各测点的温度，发现混凝土里表温差超过25℃，立即向技术负责人报告，采取蒸汽升温的方法增加保温棚内的环境温度，控制棚内环境温度接近混凝土表面温度。
3.2.2.3拆模时必须保证棚内环境温度和砼表面温差不小于20℃
3.2.3拆模控制
当砼内部温度达到最大不再增长时，且砼强度达到设计强度80%后，采取逐级降温的方法关闭蒸汽，在控制降温速度的同时，需量测每个监测点的温度，将混凝土里表温差控制在25℃以内，将砼表面与保温棚内环境温差控制在20℃以上，开始拆模.
3.2.4蓄热保温
拆完模板后，立即采取蓄热保温措施：喷涂砼养护剂，并用塑料薄膜覆盖，塑料薄膜外侧再覆盖棉被。覆盖好棉被后，再逐渐降低保温棚内温度，当保温棚内温度和外界环境温度相接近时，再拆除保温棚。
蓄热保温养护时间；当砼表面温度与环境温度温差小于20℃后或砼强度达到设计强度后，方可拆除保温层。
四、总结
我们所采用的实用新型保温棚及保温措施具有以下几个优点：1）可以整体移动，可以重复使用，节约施工成本；2）制作与绑扎钢筋、模板就位等现场施工分别进行，可以提高搭建保温棚的工作效率，节省时间；3）施工简便，无需在混凝土中埋置冷水管等混凝土内部降温措施，工艺程序清晰易懂，施工人员易于掌握，施工过程易于控制，施工质量容易保证；4）采用有效的测温技术，保证了测温准确性；5）解决了北方地区桥梁工程冬季不能施工的技术难题，缩短施工周期，并有效的预防了大体积混凝土冬期早期受冻和裂缝的产生。
备注：本施工方法正在由北京建工路桥工程建设有限责任公司和赤峰安通路桥有限责任公司共同申报省部级工法。