哈尔滨地铁工程混凝土冬期施工方法研究

【摘要】哈尔滨市地铁一期工程主体结构均为钢筋混凝土结构，且许多工程项目要在冬期进行施工。作者依据《建筑工程冬期施工规程》的规定，根据哈尔滨市环境气候特点，总结多年积累的冬期施工经验，重点阐述了混凝土冬期施工方法，供施工人员参考。
　　【主题词】地铁，混凝土，冬期施工
　　前言
　　哈尔滨市地铁一期工程是哈尔滨市重点建设工程之一，也是哈尔滨市历史上修建的第一条轨道交通线。因此，我们不仅要向其他已修建过地铁城市的专家、领导学习请教借鉴他们的成功经验，更要针对哈尔滨市处于我国北方寒冷地区的气候条件特点，重点研究制订混凝土冬期施工方法，以保证工程的顺利施工，保证工程质量。
　　一、环境特点与规范规定
　　《建筑工程冬期施工规程》规定，“当室外日平均气温连续5d稳定低于5℃即进入冬期施工”，根据哈尔滨历史上温度数据的统计，确定哈尔滨冬期施工的起始日期为当年的10月5日（可变化），终止日为第二年的4月14日（可变化），总持续天数约为6个月。
　　二、混凝土冬期施工原理
　　根据以往经验，冬期施工新浇筑的混凝土在养护初期遭受冻结，当气温恢复到正温后，即使正温养护到一定的龄期，也不能达到其设计强度。研究表明，塑性混凝土终凝前（浇后3～6h）遭受冻结，开冻后期强度要损失50%以上。冻结后2～3天遭冻，强度损失15%～20%。实验证明混凝土遭受冻结的危害程度还与冻结前混凝土的强度、水灰比、水泥强度等级、养护温度等有关。如果混凝土受冻前已经具备抵抗冻胀应力的强度，则混凝土内部结构就不至于受冻结的损害。
　　防止混凝土早期冻害的措施有两类：一是早期增强。主要是提高混凝土的早期强度，使之尽早达到混凝土受冻临界强度。具体措施有：使用早强水泥或超早强水泥，掺早强剂或超早强剂，早期保温蓄热，早期短时加热等；二是改善混凝土的内部结构。具体做法是增强混凝土的密实度，排除多余的游离水，或掺入减水型引气剂，提高混凝土的抗冻能力。还可掺防冻剂，降低混凝土的冰点温度。
　　三、混凝土冬期施工方法与技术措施
　　1.混凝土冬期施工方法
　　哈尔滨地铁一期工程共分16个站点及其区间。按着总体施工方法可分为明挖法、盖挖法、明盖结合法、暗挖法。对于不同施工方法的各车站混凝土工程应就其在大气中的暴露程度及其对于负温混凝土强度的增长要求，采取不同的施工方法。
　　1.1混凝土综合蓄热法
　　具体施工措施：
　　1.1.1混凝土中掺早强型复合外加剂；
　　1.1.2模板采用高效能保温材料；
　　1.1.3混凝土原材料加热出罐加热温度控制在15℃～20℃
　　1.1.4混凝土浇筑后表面用棉被等覆盖保温；
　　1.1.5混凝土受冻临界强度控制在4.0Mpa～5.0Mpa。
　　1.2混凝土电热养护法施工
　　具体施工措施：
　　1.2.1混凝土中掺早强型外加剂；
　　1.2.2混凝土原材料加热在温度20℃以上，浇筑入模温度不低于5℃；
　　1.2.3结构封闭，室内用电加热器加热。提高环境温度，保证室内养护温度大于10℃；
　　1.2.4混凝土受冻临界强度控制在4.0MPa~5.0Mpa。
　　1.3混凝土采用蓄热法结合短期加热法施工
　　具体措施：
　　1.3.1混凝土原材料用热水搅拌，出罐温度达到20℃以上，浇筑入模温度10℃以上；
　　1.3.2混凝土内掺入早强型复合外加剂或防冻型复合外加剂；
　　1.3.3混凝土浇筑完毕后采用棉被等保温材料覆盖养护；
　　1.3.4电加热毯置于保温材料之下。
　　2.混凝土冬期施工技术措施
　　2.1商品混凝土生产厂家的选择
　　哈尔滨地铁一期工程所使用的混凝土必须经过建设单位、监理单位和施工单位共同考察选定的商品混凝土生产厂家。重点考察其冬期混凝土生产条件、设备、技术水平及混凝土生产供应能力。
　　2.2对原材料的一般规定
　　对于在负温条件下硬化的混凝土原材料包括水泥、骨料、外加剂、掺合料微硅粉、水等。均应有出厂质量检测报告和具有法定检测单位出具的质量鉴定检验合格报告。
　　2.2.1水泥
　　所用的水泥应符合通用硅酸盐GB175中的硅酸盐水泥，不得使用矿渣硅酸盐水泥和粉煤灰水泥，可通过掺加优质矿物掺合料配置混凝土，在同等级水泥条件下，应优先选用强度等级为42.5级或42.5R级以上的普通硅酸盐水泥。
　　2.2.2骨料
　　混凝土所用的粗、细骨料应符合标准JGJ52中各项技术要求。并根据配置混凝土要求选用合格的粗细骨料。
　　所有混凝土中不得采用碱活性骨料，在冬期施工中将骨料中混入的冰、雪、泥块和烧结物等有害物质清除干净。
　　2.2.3外加剂
　　商品混凝土搅拌站供应的混凝土应严格选用各种外加剂，结合冬期气候条件、施工工艺、混凝土品种及施工部位，选择合适的外加剂。首先要进行外加剂与水泥适应性试验，在试验室进行优化配合比设计，经试验7d强度后，方可生产供应混凝土。
　　2.2.3.1选用外加剂时，应遵守如下原则：
　　对于应用于地铁车站、地铁出口等乘客密集的部位混凝土中不得选用含有硝酸氨和尿素等对人体有刺激作用的外加剂。使用防冻剂时，防冻剂中的氨释放量应满足GB18588的规定，且生产厂家必须有国家认监委颁发的CCC认证标志，且通过当年度的CCC认证复检；
　　不得采用氯离子组分的早强剂、早强减水剂及防水剂；
　　2.2.3.2泵送剂应符合如下要求：
　　低温下施工时，不宜采用单一早强剂提高混凝土早期强度，若需要提高早期强度，可采用减小水灰比或使用高效减水剂的办法提高混凝土强度；
　　所有的膨胀剂、抗裂防水剂与早强剂或防冻剂复合使用时，必须通过试验测试膨胀率，在保持膨胀量不变的情况下，确定膨胀剂的掺量及其与早强剂、防冻剂的相容量及匹配量。
　　2.2.4水
　　拌制地铁混凝土的水应使用饮用水。
　　2.3确定混凝土配合比
　　混凝土配合比要通过试验确定，试配负温混凝土时应进行混凝土的塌落度及其损失含气量、泌水率和凝结时间试验。对抗裂混凝土，除要足抗渗要求外，还应优化混凝土的抗裂性能。在保证混凝土强度和耐久性，负温抵抗能力的条件下，应尽量降低胶凝材料的总用量和水泥用量。冬期施工负温混凝土中水泥用量不得低于300kg/m3,且应严格控制水胶比和外加剂的品种与掺量。
　　
　　2.4计量与拌制
　　2.4.1混凝土各组成投料允许偏差应符合如下规定：

                           
　　2.4.2混凝土搅拌时，按下列方法进行：
　　2.4.2.1混凝土拌制宜采用二次投料法进行，先将砂浆、石用热水拌和、预热，然后再加入水泥和防冻剂，一般条件下水加热温度不超过60℃。根据天气温度而定，水温可控制在40℃-60℃之间，最高不得超过80℃。
　　2.4.2.2拌制掺加防冻剂的混凝土，在进入搅拌站的计量装置时应标记清楚。防冻剂使用应派专人记录与添加。
　　2.4.2.3水泥不得加热，搅拌时不得与80℃热水相碰。
　　2.4.2.4搅拌混凝土时，骨料中混入的冰、雪及冻团及时清除，混凝土搅拌时间不得小于30s。
　　2.5运输与泵送
　　2.5.1运输
　　2.5.1.1混凝土在运输、浇筑过程中的温度和覆盖的保温材料，均应进行热工计算，当不符合浇筑入模温度的要求时，应采取措施进行调整。
　　2.5.1.2冬期混凝土运输车应进行保温运送，且应设置明显标志，标明该车混凝土强度等级及特殊要求。
　　2.5.2泵送
　　2.5.2.1混凝土泵送前，泵管必须采取可靠的保温措施。
　　2.5.2.2运输到现场的混凝土如塌落度不能满足要求，应在现场有技术人员采用泵送剂与防冻剂进行调整，严禁加水调整塌落度。
　　2.5.2.3混凝土拌合物的泵送应连续进行。
　　2.6浇筑与养护
　　2.6.1浇筑
　　冬期浇筑混凝土，应做到：
　　2.6.1.1输送管用防寒毡保温；
　　2.6.1.2入模温度的测试。
　　2.6.1.3分层浇筑时，上下层间歇时间不得超过混凝土初凝时间，且不应使得混凝土冻结。
　　2.6.1.4运输到现场的混凝土拌合物不得低于5℃～10℃。
　　2.6.1.5入模混凝土塌落度不宜超过160mm。
　　2.6.1.6在计划浇筑区段内应连续浇筑混凝土不得中断，混凝土接茬时间不得超过上一次浇筑混凝土的冻结时间。
　　2.6.1.7混凝土的振捣一定要严格按施工操作规程进行，振捣棒要快插慢拔，振距一定要掌握好，不能漏振、欠振或过振，以混凝土表面出现浮浆并不在沉落为度。
　　2.6.1.8大体积混凝土冬期施工，注意防止内热外冷，形成夹心爆裂的后果。因此，在浇筑前，应进行混凝土中心温度估算，并进行降温度速率的估算，结合浇筑期间的环境条件，提出有效的保温，防冻、减小温差的技术措施，控制混凝土内外温差不超过20℃.
　　2.6.2养护
　　2.6.2.1冬期施工混凝土最好带模养护，同时根据预留试件试压后求出混凝土的受冻临界强度，当混凝土达到受冻临界强度后方可拆模，如果继续施工，当下一层混凝土没有达到承受上一层荷载的能力时，不得拆除模板。
　　2.6.2.2模板和保温层的混凝土达到要求的强度并冷却至5℃后方可拆除。拆模时，混凝土温度与环境温度差大于20℃时，拆模后的混凝土表面及时覆盖，使其缓慢冷却。
　　四、混凝土冬期施工要点
　　地铁工程混凝土冬期施工宜优先选用综合蓄热法施工
　　1.预先做好混凝土试配，通过掺入早强型防冻剂或防冻型防冻剂的办法，在热水的搅拌下形成混凝土拌合物。
　　2.将混凝土搅拌时间延长30s，让防冻剂充分溶解，根据天气温度可调节水的温度在40℃～60℃之间，不得超过80℃，混凝土出罐温度控制在10℃～20℃之间。
　　3.拌制混凝土宜优先采用加热水的方法，将骨料与水先拌合，然后加防冻剂与水泥拌合。若达不到要求则采用骨料加热法，骨料的加热温度不得超过50℃。
　　4.施工时，运输混凝土的罐车及混凝土泵的输送管必须用防寒毡保温，并采取可靠的防风措施。
　　5.混凝土浇筑前应清除模板上和钢筋上的冰雪和污垢。
　　6.浇筑混凝土时，应采用适当的保温防冻措施，防止混凝土提前受冻。浇筑混凝土应避开寒流大风天气。
　　7.混凝土运输、浇筑及间歇的全部时间不应超过混凝土的受冻时间.同一施工段的混凝土应连续浇筑，并应在底层冻结之前将上层混凝土浇筑完毕，浇筑过程中如必须间歇时，应在底层混凝土冻结前将上层混凝土浇筑完毕。
　　8.新拌混凝土的入模温度不得低于5℃。对于大体积混凝土应防止内热外冷，内部受热外部受冻的情况发生，应使混凝土内部温度与表面温度之差不超过20℃。
　　9.混凝土进入负温前，其受冻临界强度不应低于设计的混凝土强度标准值的40%。
　　10.混凝土拆模前应试其强度是否达到受冻临界强度，如达不到受冻临界强度则不得拆模。当环境温度与拆模后的混凝土温差大于20℃时，要及时加以保温覆盖。
　　11.混凝土浇筑完毕后，除了要及时进行保温覆盖外，还要进行测温工作，其测温方法及测温点的布置按JGJ104-97规定执行。
　　11.1.测温方法：测温工作从混凝土浇筑后进入终凝时开始进行。头3天每2小时测温记录一次；3天后每4小时测温一次；5天后每6小时测温一次，直至混凝土强度达到临界受冻强度测温结束。同时，测室外温度及周围环境温度，在每昼夜至少定时定点测量四次，认真填写测温记录。
　　11.2.测温点布置：每20m2设一测温点，每测温点由混凝土底部（200㎜）、混凝土中部、混凝土顶部（100㎜）埋设电子测温仪（或采用测温管）测温。
　　12.冬期施工的混凝土要留置四组试块，其中一组与结构同条件养护的混凝土试块用以对结构实体检测，检测时间一般为负温转正温28d。
　　13.对有抗渗、抗冻要求的混凝土应按现行的有关标准或规范规定留存试块。
　　结束语
　　综上所述，我们应从各个方面控制微硅粉混凝土质量，以确保整个工程质量，实现工程质量和进度的统一。
　　
　　参考文献：混凝土冬期施工组织、施工方案专题研究报告
　　（黑龙江省寒地建筑科学研究院）