如何保障大模板现浇混凝土冬期施工进程

1如何保障大模板现浇混凝土冬期施工进程中铁十二局集团第一工程有限公司李全堂李苏明河北三楷深发科技股份有限公司李茜茜摘要：本文提供了一种铁路混凝土高性能防冻外加剂，因其所选防冻材料均不含钾离子、钠离子、氯离子，所配制的混凝土可满足铁路混凝土耐久性技术要求，并成功应用于辽宁盘锦火渤铁路工程冬期施工。同时，在施工过程中采用防冻剂冷养护法与拌和站简易改造相结合的混凝土冬期大模板现浇混凝土施工技术，以较小的投入，延长混凝土冬期施工2个月，与暖棚法施工相比，具有较高的技术和经济效益。关键词：防冻剂冬期施工冷养护铁路混凝土聚羧酸减水剂0前言：东北盘锦地区冬季外界最低气温一般在-18℃左右，沈阳火石山岗至盘锦渤海站铁路工程盘锦段因工期安排，需要进行冬期混凝土施工，尤其是10多米高的双台子特大桥连续梁采用蓄热保温施工法难度高、投入大。因此，研发施工简单、成本低的混凝土施工技术对保证工期和节省成本具有重要作用。1不同混凝土冬期施工技术方案比较（1）采用暖棚法施工，混凝土保持正温养护条件，质量有保障，但是暖棚投入大，不适合大面积冬期施工；（2）采用早强剂加速混凝土的早期凝结硬化，使混凝土达到受冻前的抗冻临界强度；适合大面积冬期施工，但仅能在最低温度-5℃以上条件下使用。（4）采用冰晶干扰防冻剂使冰晶发生崎变，冰晶发软，在溶液受冻膨胀时应力变小，结构不受破坏；防冻剂可使混凝土在负温条件下仍存在液态水，仍然能正常凝结硬化。适合大面积冬期施工，最低温度超过-15℃条件下使用，混凝土养护质量就没有保证。结合分析以上技术的优缺点，施工采用冰晶干扰防冻剂和早强剂复合的技术路线，并对拌和站进行冬期施工简易改造，并满足混凝土入仓温度控制要求，此方法可行性最较好。依据JC475-2004《混凝土防冻剂》使用标准，施工控制可分为四个阶段：（1）最低温度为-5℃时；（2）最低温度为-10℃时；（3）最低温度为-15℃时；（4）最低气温超过-15℃时。2.铁路混凝土防冻剂技术要求2.1混凝土施工规范要求（1）用氯盐与阻锈剂（亚硝酸钠等）作防冻组分的防冻剂可用于钢筋砼工程，但不得用于预应力混凝土结构。2（2）无氯盐类防冻剂是用非氯盐类材料作防冻组分的防冻剂，可用于钢筋砼工程和预应力砼工程。但有硝酸盐、亚硝酸盐、碳酸盐类外加剂不得用于预应力砼工程，以及镀锌钢材或与铝铁相接触部位的钢筋砼结构。2.2铁路混凝土耐久性补充要求（1）不得使用氯盐类防冻剂;其混凝土的氯离子含量最大限值：钢筋混凝土为0.10%;预应力混凝土为0.06%。（2）每立方混凝土总碱含量应小于3kg/m³。3.防冻剂配方组成及作用机理3.1早强成分早强成分主要作用是加速混凝土的凝结硬化，使之尽快达到抗冻临界强度；在达到临界强度以后，能加快混凝土硬化速度，克服负温、低温造成的强度增长缓慢现象。3.2引气成分引气成分主要作用是在混凝土体内引入微米级的细小气泡，从而达到以下目的：（1）切割、封闭混凝土内的连通孔道，减轻冻胀时的裂纹扩展；（2）引入的大量气泡起到膨胀“缓冲器”的作用，吸收冰晶膨胀应力，减轻冻害。在混凝土内引入气体3.5%，可消除6.6%的体积膨胀，到龄期后，还能起到提高抗冻融能力、改善耐久性的作用。3.3减水成分减水成分主要作用包括：（1）减少拌合水，从而减少游离水总量，从根本上减少可冻冰的含量，消除冻胀内因；（2）通过减水成分的分散作用，释放包裹水，消除劣质水泡，使粗大冰晶转化为细小冰晶，优化水泥水化环境，减轻胀冻压力。3.4防冻成分多为一些有降低冰点作用的无机盐或低碳醇，防冻成分的作用是在连续降温过程中保持混凝土体内始终有一定的液态水存在，使水泥水化能持续进行。3.5冰晶干扰成分低碳醇防冻剂一般具有干扰剂的功能，干扰剂可使冰晶发生崎变，在溶液受冻膨胀时应力变小，混凝土结构不受破坏。3.6复配后的协同效应3防冻组分能够改变冰晶的形态，促进负温混凝土早期结构形成，有效避免负温混凝土早期的冻胀应力，在负温施工时可以减小混凝土早期的冻害损伤；双掺防冻组分和引气组分的混凝土不但能避免混凝土早期的冻胀应力，在混凝土冷缩的过程中，引气剂可以阻止混凝的体积变化，防止混凝土内部结构损伤，有利于转入正温后强度的增长。4.防冻剂试验研究4.1试验方法探究该防冻剂在不同试验温度（-5℃、-10℃）、不同掺量（1.0%（早强型）、1.3%（防冻剂含量23%）、2.0%（防冻剂含量50%））对混凝土抗冻性能的影响情况。混凝土性能试验参照JC475-2004《混凝土防冻剂》分别测定新拌混凝土及硬化混凝土的各种性能。表1硬化混凝土的性能要求指标试验项目性能指标一等品合格品减水率（%）≥JC475-2004128TB10424-20102525泌水率比（%）≤JC475-200480100TB10424-20102020含气量（%）JC475-20042.52.0TB10424-20102.0凝结时间差（min）初凝-150～+150-210～+210终凝抗压强度比（%）≥规定温度-5-10-15-5-10-15R-720121020108R28100959590R-7+R28959085908580R-7+R56100100对钢筋锈蚀作用应说明对钢筋锈蚀作用对钢筋无锈蚀4.2防冻剂中的常见防冻组分及预应力混凝土用筛选表2常见防冻组分及适用范围序号防冻组分适用范围41亚硝酸盐包括亚硝酸钠、亚硝酸钙、亚硝酸钾、不能用于预应力砼工程，且碱含量大。2硝酸盐包括硝酸钠、硝酸钙不能用于预应力砼工程，且碱含量大。3碳酸盐包括碳酸钾不能用于预应力砼工程，且碱含量大。4硫酸盐包括硫酸钠、硫代硫酸钠硫酸钠在低于14℃时易晶体析出，且铁路耐久性混凝土限制外加剂硫酸盐含量。5氯盐包括氯化钠、氯化钙不能用于预应力砼工程和耐久性混凝土。6氨水有刺激气味，影响施工人员健康。7尿素野外施工无不良影响，溶解时需加热。8低碳醇包括甲醇、乙醇、乙二醇、1，2丙二醇、甘油无不良影响，可以使用。9甲酸钙、乙酸钙、丙酸钙、一水乙酸钙、无不良影响，可以使用10三乙醇胺早强、防冻，掺量要求精确至万分之几。经试配结果表明选用液态材料配制工艺简单，拟选用三乙醇胺作早强剂，掺量占胶材用量的0.02%～0.04%；甲醇或乙醇作防冻剂，乙二醇作防冻兼冰晶干扰剂，掺量占聚羧酸减水剂20%～50%；引气剂选用醚类引气剂，掺量占外加剂0.1%～0.3%；由于以上所选材料不含有碱离子或氯离子，防冻剂可完全满足铁路混凝土耐久性要求。4.3冬期低温冷养护无氯低碱聚羧酸防冻外加剂表3铁路混凝土冬期施工大模板高性能防冻外加剂配制组分材料名称防冻剂聚羧酸减水剂乙醇乙二醇三乙醇胺引气剂聚羧酸减水剂掺量（％)70%30%0.03%0.2～0.4%100%备注占防冻剂用量占防冻剂用量占胶凝材料用量占外加剂用量占外加剂用量4.4聚羧酸防冻外加剂对比试验表4聚羧酸防冻外加剂混凝土对比试验序号试件名称配方龄期强度（MPa）强度比(%)1C30空白聚羧酸外加剂320.21005733.51002842.21002C30冻-5℃、（1.3%掺量早强型）聚羧酸外加剂76.9%+防冻剂23.1%-2+319.898.0-7+733.299.1-7+2842.699.33C30冻-10℃、（1.5%掺量早强型）聚羧酸外加剂33.3%+防冻剂66.7%-2+318.993.6-7+733.299.1-7+2841.999.34.5掺高性能防冻剂配合比调整原则（1）根据JC475-2004《混凝土防冻剂》规定，为保证冬期混凝土产生足够的水化热，混凝土中水泥用量不少于300kg。（2）保持用水量不变，水胶比不变，聚羧酸外加剂原掺量不变，根据最低气温情况选择防冻剂掺量。（3）C30墩身混凝土调整示例类别水胶比胶材用量水泥粉煤灰砂石子水外加剂防冻剂普通C300.4236725711077610291543.67/C30冻-5℃0.42367300677761029154/4.77C30冻-10℃0.42367300677761029154/7.345.混凝土防冻剂冷施工配合比选取原则及工地养护措施5.1若预计最近三天最低气温在-5℃加混凝土早强剂，工地需进行简单保温覆盖。5.2若预计最近三天最低气温在-10℃时，启用－5℃防冻剂，拌和站启动冬期施工措施，尽量利用白天的正温，表面进行简单覆盖；5.3若预计最近三天气温在-15℃时，启用-10℃防冻剂，拌和站布置冬期施工措施，工地混凝土浇筑依次振捣密实，构造物要用棉布类保温，表面进行简单覆盖；5.4若预计最近三天低气温超过-15℃，为确保质量，高性能防冻剂与暖棚法结合进行混凝土施工；6．拌和站冬期施工改进措施（1）配料称及气动阀保温6下部四个配料称全封闭，在仓中间安装四台加热器，夜间在零下温度时开启，确保不冻实出料口和气动阀，保证气动阀和配料称正常运行。（2）拌和楼保温封闭二楼三楼的所有透气孔；二层拌和机层安装一台1.5P空调；三层配料称层安装一台1.5P空调。（3）外加剂棚保温安装一台1.5P空调，确保室内在正温以上。（4）管路保温：所有外露管路加装保温隔热材料，水管和外加剂管道上各加装一条加热带，水泵和水井封闭并用保温材料覆盖。（5）砂仓保温提前备砂脱水，砂堆用帆布覆盖，下部安装用毡布和电热带缝制的电热被进行加热，防雨雪和冻冰结块。（6）碎石仓碎石堆用帆布覆盖，用帆布覆盖，下部安装用毡布和电热带缝制的电热被进行加热，防雨雪和冻冰结块。（7）拌和用水在水池中安装20KW的加热棒4根，水温控制在40℃60℃左右。（8）罐车保温：罐车外壳加装保温被。（9）投料顺序每天开盘前先用热水对搅拌机进行预热，加入砂石料后，再加水，最后加粉料及防冻外加剂。搅拌时间不少于180s确保出机温度不低于10℃。搅拌站每天施工完毕后，立即对砂进行清仓，水剂管道用用高压高压空气清空，防止低温冻结。7施工效果（1）研发的铁路混凝土冬期施工大模板高性能防冻外加剂，由于材料不含有碱离子或氯离子，满足了铁路混凝土耐久性技术要求，冬期施工的混凝土经无损检测均满足结构强度设计要求。7（2）采用防冻剂冷养护法与拌和站简易改造相结合的混凝土冬期施工技术，以较小的投入，延长混凝土冬期施工2个月，与大模板暖棚法施工相比，节省暖棚费用70万元。参考文献：[1]TB10424-2003.铁路混凝土工程施工质量验收标准[S].[2]JC475-2004.混凝土防冻剂[S].[3]TB10005-2010.铁路混凝土结构耐久性设计规范[S].作者简介：李全堂（1963-），男，试验工程师，高级技师，享受山西省政府津贴的高技能人才。Email:[e-mail]。