高高原机场冬期低温水泥混凝土施工

1浅谈高高原机场水泥混凝土冬季施工措施中国航空港建设第九工程总队摘要：本文从冬季混凝土施工原理、抗冻混凝土配合比设计、以及冬季养护方法、保温等一系列冬季混凝土施工措施方面进行了分析研究，通过实践证明了所采取措施的可行性，质量满足要求，具有一定的社会效应。对于今后高原高寒以及北方地区的机场、道路、建筑等工程，在特殊条件下进行冬季水泥混凝土施工作业具有一定的借鉴和指导意义。关键词：停机坪；混凝土；冬季施工；措施0前言：拉萨贡嘎机场海拔3569.5米，属于军民合用高高原机场。站坪扩建工程中标后由于受征地、多年不遇降雨、空军驻训等不利因素制约，致使工期严重滞后，无法在原定计划拉萨地区停工令下达之日11月15前完成水泥混凝土道面浇筑施工任务。在有关部门的要求下，为确保在2011年春运客运高峰来临前完成并开放B滑行道和K107号停机位，同时解决新成立的西藏航空公司飞机过夜停放需求，我们对新建站坪采取了冬季混凝土赶工施工。整个浇筑过程从2010年11月20日开始至12月25日结束，施工过程中现场记录平均最低温度为-5.2℃，平均最高温度为2.3℃，总计浇筑36cm厚抗折5.0MPa水泥混凝土道面63000m2，工程通过竣工验收，质量满足合同约定要求。下面，我就拉萨贡嘎机场新建站坪工程为例，浅谈一下高高原机场水泥混凝土道面冬季施工措施。道面设计技术指标：28d小梁抗折强度不小于5.0MPa，同时要求冻融指标为F300，纹理深度≥4mm。1水泥混凝土冬季施工的原理混凝土混合物在浇筑后之所以能够逐渐凝结和硬化，直至获得最终强度，是由于水泥水化作用的结果。而水泥水化作用的速度除与混凝土本身组成材料和配合比有关外，主要是随着温度的高低而变化的。当温度升高时，水化作用加快，强度增长也较快；而当温度降低至0℃时，存在与混凝土中的水有一部分开始结冰，逐渐由液相（水）变成固相（冰），这时参与水泥水化作用的水减少了，因此，水化作用减慢，强度增长相应较慢。温度继续下降，当存在于水泥混凝土中的水完全变成冰，也就是完全由液相变为固相时，水泥水化作用基本停止，此时，强度就不再增长。水变成冰后，体积膨胀，约增大9%，同时产生很大的冻胀应2力，这个应力将大于水泥石内部形成的临界强度值，使混凝土受到不同程度的破坏（即早期受冻破坏）而降低强度。此外，当水变成冰后，还会在骨料和钢筋表面上产生颗粒较大的冰凌，减弱水泥浆和骨料和钢筋的粘结力，从而影响混凝土的抗折（压）强度，当冰凌融化后，又会在混凝土中形成各种各样的空隙，冻害造成了内部结构损坏，其抗渗、抗碳化等耐久性都将降低。由此可见，在冬季混凝土施工中，水的形态变化是影响混凝土强度的关键因素。2确定受冻临界强度值混凝土受冻前可以抵抗冻融破坏的最低强度称之为受冻临界强度。未达到临界强度的新浇筑混凝土受冻，其后期强度及其它一系列力学性能都将受到损坏。新浇筑混凝土在冻结前养护措施到位，可以增加其内部液相，减少固相，加速水泥的水化作用，混凝土受冻前如果受冻临界强度值较高（如达到28d强度值的35%）的混凝土受冻后，后期强度几乎没有损失。我们通过查阅拉萨贡嘎机场历年来冬季气温资料后，借鉴以往冬季混凝土施工经验，并结合该工程选用的水泥、粗细集料品种及外加剂种类，通过现场模拟试验，我们将拉萨贡嘎机场冬期混凝土施工受冻临界抗折强度定为不小于设计要求的50%，即抗折不小于2.5MPa。3抗冻混凝土的配合比设计在冬季施工中，混凝土配合比设计是保证质量的首要环节。混凝土遭受冻害是由于拌合水在混合料中结冰造成，如果混凝土中的含水量较少，则冻害的严重程度便可降低，我们依据这一原则进行混凝土配合比设计。我们在配合比设计时，以满足施工为前提，按照“超干硬性”混凝土的标准进行的试配，尽量降低单方混凝土的用水量，水灰比仅为0.38，试配强度不小于设计强度的1.15倍。其中水泥选用“华新”堡垒牌42.5级普通道路低碱硅酸盐水泥，用量325kg/m3；粗骨料采用5-20mm和20-40mm两级配碎石，掺入比例为35%：65%，加大了粗骨料用量，每立方米用量为1449kg；砂子选用细度模数大于3.1-3.3的天然粗砂，砂率29%，降低了砂子用量；同时，在混合料中添加了北京科宁丰ADD-7复合高效减水、早强、引气、防冻外加剂，掺入量为水泥用量的4%。图1冬季混凝土施工配合比数据材料名称水泥（kg）砂子（Kg）碎石（5-20mm）（kg）碎石（20-40mm）（kg）水（kg）外加剂（kg）用量32559050794212413重量比（%）11.8151.5602.8980.380.04上述配合比试配强度在标准养护条件下，其7d小梁试件抗折强度结果为5.2MPa，28d3小梁试件抗折强度结果为6.7MPa，冻融试验满足F300。4冬季混凝土施工技术措施冬季混凝土配合比再行合理，试配强度再高，如果冬季施工保障措施、施工工艺、保温、养护措施不到位，新浇筑混凝土同样遭受冻害，工程质量最终仍然难以保证。4.1设备及机具准备1）采用钢木组合型阴企口模板，将20mm厚的木板采用螺栓连接在槽钢上，木模外包裹铁皮，这样既起到了保温作用，同时又保证了模板的钢度。2）针对超干硬性混凝土粗骨料多且水灰比小的特点，为确保振捣密实，将常温施工状态下的高频排式联合振捣器组振捣棒间距由45cm调整至30cm，加大振捣功效。3）增加平板振捣工序，保证表面水泥砂浆厚度达到3-5mm。4）在搅拌站配料仓上增设过滤网片，避免超粒径及受冻结块的石料进入搅拌机内。5）对搅拌站上水管采取棉毡包裹保温，避免次日进水管结冰堵塞。4.2材料仓储保温1）水泥仓储在库房内，并加盖篷布，使用时保证温度不小5℃。2）砂石堆放场地面设有坡度利于排水，当日停工后及时采用帆布覆盖，防止受冻结块。使用时利用推土机从上部推料打堆至装载机装料部位，形成多次碾压拌合，每日浇筑工作完成后，利用推土机将滑落四周的砂石向上打堆，使其重新形成锥体。4.3材料加热针对施工期气温特点，我们在施工中优先考虑对搅拌用水进行加热，首先对水加热比较简单，同时由于加热水同加热骨料相比，在重量与温度均相等的情况下，水可以把5倍的热量带入到拌合物内，所以能有效地提高拌合物温度。搅拌用水加热在常温施工用蓄水池中进行，冬季施工时进行了加盖封闭，采用投放功率4kw的电热棒10-16只进行加热，从每晚19点打开至次日施工后逐步关停，确保水温恒定在70℃±1℃，打开电热棒个数以当晚气温决定，在加热蓄水池中设置温度计，由专人值守保证拌合用水温度，保证混合料铺筑到模板中的温度不低于10℃。4.4保温养护措施由混凝土冬季施工原理可知，混凝土浇筑后如果立即受冻，其力学性能和耐久性能将明显降低。若浇筑的混凝土能够经过一定程度的养护，使其强度达到或者超过抗冻临界强度，此时混凝土具有早期抗冻能力，此后受冻将不会对混凝土产生不利影响，说明在冬季混凝土4施工中保温及养护措施是确保道面内在质量的关键。我们在养护中采用的是综合养护法养护，通过采取搅拌用水加热、延长搅拌时间、运输车辆覆盖保温、在混合料中掺入一定比例的防冻组份等措施，使混合料浇筑以后的温度达到了10℃以上。通过蓄热保温或人工加热，使混凝土在浇筑后有一个短暂的正温养护阶段，即使在终凝后气温降至0℃以下，但依靠防冻剂的作用，混凝土在负温中仍可继续硬化。4.4.1新浇筑混凝土前期养护混凝土做面完成一段，在用手指轻压表面无痕迹时，随即采取纵横方式各喷洒养护剂两遍，待养护剂成膜后，采用塑料布覆盖保湿，然后加盖1层土工布、1-3层棉毡、1-2层厚彩条布，面层保温覆盖物同时将模板全部包裹在内保温，覆盖厚度视当日气温和混凝土温度而定。覆盖后，早期利用水泥水化反应过程产生的热量进行自养护，保证在早期硬化期的最低温度不低于5℃，同时保证其受冻临界强度不小于2.5MPa，前期养护时间7d。4.4.2新浇筑混凝土后期养护每日9时以后，气温逐渐回升至5℃以上正温时，将覆盖物揭开晾晒，必要时可在表面喷洒少量水养护，下午15时过后气温降至5℃以下时，仍采用塑料布覆盖保湿，同时加盖棉毡等保温材料，厚度不少于2层，后期养护直至达到28d龄期。4.5其它措施1）在仓位底部增铺保温塑料布。2）混合料搅拌时间较常规施工延长50%，混合料坍落度控制在2m范围内。3）依据当日气温调整作业时间，每日在正温时开始混凝土浇筑，保证完成做面工序时的混凝土温度不低于5℃。4）冬季施工的测温范围：大气温度，水泥、水、砂子、石子等原材料的温度，混凝土出罐温度、入模或上墙温度，混凝土入模后初始温度和养护温度等。5）新旧道面连接部位胀缝宽度不能按照常温施工状态下留置，应充分考虑冬季施工的混凝土在来年最高气温到来后的膨胀度，避免新旧部位膨胀挤破。4.6施工注意事项1）每日施工结束后，将搅拌站配料斗中的剩余材料全部放空，堆至料场覆盖。2）为避免加热水与水泥直接接触产生假凝或形成团块，搅拌时调整材料投放顺序，先让水与骨料预拌，然后投入水泥开始正式搅拌。3）为减少热量损失，混凝土混合料的搅拌、运输和铺筑等工序应紧密衔接，尽量缩短5其间隔时间。运料过程中应对混合料予以覆盖保温。4）混凝土混合料铺筑后应尽快振实、做面，表面有泌水现象时，应及时清除。5）水和砂、石料投入搅拌站前与混合料出料时的温度测定，每台班应不少于3次。6）混凝土板养护过程中，最初两昼夜应每隔6h测温一次，以后每昼夜不少于2次。7）各项测量和保温情况的资料、试件代表地段及其强度等均应详细记录，作为工程验收时的依据。5质量结果自检及抽检小梁28d平均抗折强度值为6.1MPa，满足设计不小于5.0MPa的要求；冻融试验结果满足设计F300要求。在竣工验收中，依据《民用机场飞行区工程竣工验收质量检验评定标准》（MH5007-2000）要求，对完成工程进行了实测实量检查验收，其中保证项目合格率达到了100%，一般项目合格率达到了93%以上，同时进行现场钻芯，试样劈裂抗拉强度换算抗折强度达到了6.0MPa，进一步证明了冬季混凝土的施工质量。6结束语在冬季进行水泥混凝土施工，一般都是在遇到特殊情况后才采用，其投入成本高，产出低，推广价值不高。但在施工中发现，冬季施工的水泥混凝土道面与常温条件下施工的水泥混凝土道面相比，虽然成本高，但水泥混凝土的质量通病表面发丝裂纹现象明显减少，甚至发现不了。说明了在低温状态下抑制了水泥水化热的集中释放，减少了发丝裂纹的产生，不同程度提高了混凝土的耐久性，具体情况值得进一步研究。本文以拉萨贡嘎机场新建站坪工程冬季施工为案例，简要阐述了水泥混凝土冬季施工原理，介绍了冬季混凝土施工配合比，叙述了保温、养护等一些冬季施工措施，恳请大家批评指正。