摘要：通过理论分析并结合首都环线高速公路桥梁工程冬季施工应用实例，在严格的冬季施工管理情况下，通过搭设高效能的保温维护结构，使加热拌制的混凝土缓慢冷却，并利用水泥水化热和加入相应的外加剂来提高早强、减水和抗冻性能，并使用清洁能源进行加热等综合措施，使混凝土在温度降至冰点前达到临界强度，保证冬季施工混凝土质量，为类似桥梁工程冬季施工提供参考。
关键词：综合蓄热法；冬季施工；混凝土；强度；质量；清洁能源
1.前言
首都环线高速公路（通州-大兴）段工程工期紧，任务重，桥梁工程必须在冬季期间施工，施工过程中采用综合蓄热法来保证冬季混凝土质量，经过实践及不断总结，形成了一套适用于北京地区对环保要求高的冬季施工综合蓄热法技术。现就该工程采用的冬季施工综合蓄热法的工作机理、混凝土配合比设计及方案实施过程进行详细的介绍，在质量、安全及效益方面分析其应用效果。
2.工程背景
首都地区环线高速公路（通州-大兴段）工程起点位于大兴区采育镇韩营村南侧市界，与河北省廊坊市段规划线位相接，终点位于通州区西集镇赵庄村，与河北省北三县线位相接，线路全长38公里，本标段为中交一公局桥隧工程有限公司首都环线高速公路第一分部，起讫里程为K11+200～K19+915.809，全长约8.7km，包含桥梁6座，其中包括采于高架桥400m，分离式立交3座，互通式立交2座。
根据《建筑工程冬期施工规程》（JGJT104-2011）规定，当室外日平均气温连续5d稳定低于5℃时，工程即进入冬期施工。依据北京地区历年气温记录，在每年的11月15日至次年3月15日为冬施期，特殊情况视气温变化而定，历时4个月。在此期间进行施工，采取冬季施工综合蓄热法来保证混凝土质量。
3.工作机理
通过搭设高效能的保温维护结构，使加热拌制的混凝土缓慢冷却，并利用水泥水化热和加入相应的外加剂来提高早强、减水和抗冻性能，并使用清洁能源进行加热等综合措施，使混凝土在温度降至冰点前达到临界强度，保证冬季施工混凝土质量。
4.混凝土配合比设计
4.1原材料选用
（1）水泥：水泥优先选用普通硅酸盐水泥，水泥的强度等级不宜低于32.5，水胶比不宜大于0.5，冬季施工砼水泥采用冀东水泥；
（2）集料：混凝土所用集料必须清洁，不得含有冰雪等冻结物及易冻裂的矿物质，拌合站对集料采取防雪防冻措施，必要时采取加温措施；
（3）拌合水：一般饮用的自来水及洁净的天然水都可作为拌制混凝土用水，混凝土投料顺序先投入骨料，干拌均匀再投入加热的水，水温最高60℃，等搅拌一定时间后，水温至30℃左右时投入水泥，拌合均匀。注意搅拌时要绝对避免水泥遇到过热水出现假凝现象，混凝土的搅拌时间应比常温延长50％；
（4）外加剂：水泥完全水化所需水灰比在0.29左右，但不能满足施工使用要求，我们常用水灰比在0.4-0.8左右，多余的水存留在混凝土内结冰膨胀，破坏了混凝土结构，使其强度大大降低。因此要选用外加剂减少用水量，以减少混凝土中孔隙裂缝，增加毛细孔外压力，达到降低冰点作用，另外，加速水泥水化是使混凝土早强的主要措施，水化速度快慢与温度有关，与混凝土中自由水在负温下不结冰的条件有关。当温度降到0度时，混凝土中水结冰，水泥水化速度降到最低限度，选用合适的防冻剂使混凝土中自由水在负温下不结冰，水泥水化反应继续进行，强度可继续增长。项目根据北京地区环保要求及含氯盐外加剂对钢筋的锈蚀作用，联合商砼站，决定冬季施工砼采用EPS-1聚羧酸防冻剂，该防冻剂具有掺量低，减水率高，混凝土拌合物的流动性和流动度保持性好、坍落度损失低，增强效果潜力大，低收缩、总碱含量极低，环境友好的特点。
4.2冬季施工混凝土配合比
项目根据施工情况及北京地区特点，反复试验，制定出不同标号冬季施工混凝土配合比，如下表：
配合比一览表
5.方案实施
5.1承台冬季施工
(1)承台形式为工字型承台，尺寸6.5m×9m×2.15m，搭设暖棚如下图，浇筑混凝土之前，对暖棚进行预热，使棚内温度达到10℃以上；
（2）预热完后，开始用吊车配合吊斗或者用泵车浇筑混凝土，在暖棚顶部掀开一小块苫布供混凝土输送，浇筑完毕后密闭暖棚；
（3）浇筑混凝土的同时制作混凝土试件，并将试件放在暖棚内进行同等条件养生；
（4）浇筑完成后采用电暖气养生加热，承台顶面用一层塑料布、一层苫布进行覆盖，墩柱底部覆盖由于墩柱钢筋笼干扰，覆盖一层塑料布，其上再覆盖一层保温棉被。混凝土拆模时间根据同等条件养生的试件强度来确定，在水泥混凝土抗压强度达到设计强度的40%以前，不得受冻；
（5）实际施工数据：施工时室外温度-9℃～+5℃，混凝土入模温度为9℃～11℃，暖棚内温度10℃～13℃，经过保温养护三天后，混凝土强度可达到设计强度的60%，模板拆除后立即回填承台基坑。
5.2墩柱冬季施工
（1）我标段桥梁墩柱高5m～7m，直径1.5m，在墩柱周围使用ø48钢管搭设大棚，使用一层苫布包裹密封，大棚搭设必须牢固、不透风；
（2）用一台50kw燃油风机对大棚快速预热，使棚内温度达到10℃以上；
（3）预热完后，开始用泵车浇筑混凝土，在暖棚顶部掀开一小块苫布供混凝土输送，浇筑完毕后密闭暖棚，并做好同养试块；
（4）用50Kw燃油风机保温三天，派专人巡查，每个墩柱旁设置灭火器；
（5）拆除模板后的墩柱养生：采取包裹2层苫布，用铁丝绑紧。
5.3现浇箱梁冬季施工
（1）检查保温材料、保温设备是否备齐
现浇箱梁砼浇筑前，检查保温材料、保温设备是否备齐，对于未准备好的，一律不准浇筑砼。
（2）暖棚搭设严密，每跨放置4个30kw燃油风机
在盘扣支架四周搭设暖棚，暖棚需密实，支架四周配置灭火器，每跨配置4个燃油风机，燃油风机分层错开放置，保证暖棚里的温度达到10℃以上，并设专人看护。
（3）现浇箱梁边浇筑边覆盖
（4）在现浇箱梁箱室内放置蒸汽发生器，每箱室通蒸汽养生
现浇箱梁浇筑完后，每2跨放置1个蒸汽发生器，通过软管，将蒸汽送至每箱室，既保证箱室内的温度，有保证箱室内的湿度。
6.应用效果
现浇箱梁为我标段关键控制性工程，现具体分析我标段现浇箱梁通过综合蓄热法取得的实际应用效果。
6.1温度记录
冬季施工混凝土温度记录表
从上表可以看出，同条件养护3天的混凝土试块强度在设计强度的84%，比理论计算的结果要高很多，一方面是水泥早期强度提高的结果，另一方面也是外加剂作用的结果；从上表还可以看到高蓄热撤除后，混凝土强度仍然继续增长，达到混凝土设计强度的95.6%；燃油风机加蒸汽发生器养生，能迅速提高冬季施工混凝土强度，消除冻害对混凝土强度的影响。
6.2混凝土回弹强度
为了检验冬季施工混凝土试块强度的可靠性，2018年3月4日，我们对冬季施工的混凝土进行了回弹，回弹结果见下表：
根据上表统计结果，10组回弹值Scfcu = 3.10，mfccu = 67.8Mpa，则混凝土推定强度fcw.e = 62.7Mpa，与混凝土试块的强度值相近。因此，混凝土试块的强度值具有充分的代表性。
7.总结
通过对冬季施工综合蓄热法技术研究，项目形成了一套适用于北京地区对环保要求高的冬季施工综合蓄热法技术，并加快了施工进度，提高了社会效益。综合蓄热法成功实施关键在于执行严格的冬季施工管理措施，过程加强巡视、巡检，保证冬季施工质量安全。
参考文献：
[1]《公路桥涵施工技术规范》JTG T F50-2011.
[2]《建筑工程冬期施工技术规程》（JGJT104-2011）.
[3]赵进河.综合蓄热法在桥梁工程冬季施工中的运用.山西交通科技，2013，8（4）.
论文作者:黄启,朱斌泉
论文发表刊物:《基层建设》2019年第20期
论文发表时间:2019/9/21
标签：混凝土论文; 冬季论文; 强度论文; 蓄热论文; 水泥论文; 水化论文; 温度论文; 《基层建设》2019年第20期论文;