041高寒地区低温季节混凝土施工工法1.docx
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041高寒地区低温季节混凝土施工工法1
高寒地区低温季节混凝土施工工法
1.前言
混凝土的质量控制是混凝土建筑工程质量控制的重要组成部分。
混凝土的耐久性，是混凝土工程结构寿命的重要决定因素。
受冻融破坏的混凝土表面会胀缩、崩解、风化剥蚀，长时间后，混凝土整体结构就可能遭到严重破坏，甚至导致工程无法正常运行。
在西藏、青海等高海拔严寒地区，日平均气温低、昼夜温差非常大，每年11月至次年3月基本处于冰冻期，低温季节时间很长。
其恶劣的自然环境，对建筑工程混凝土的质量，特别是混凝土的耐久性，有了更高的要求。
长期以来，由于缺乏科学的方法和手段，在这些高寒地区的低温季节（气温常在-20℃以下）往往停止施工，工程建设周期相对较长。
我公司依拖西藏承建的水利水电工程建设，积极探寻科学、有效的方法进行低温季节混凝土施工并确保工程质量，加快了工程项目建设，取得了良好的社会效益和经济效益，通过实践，逐步形成了本工法。
2.工法特点
2.1本工法完全突破了高寒地区低温季节不宜进行混凝土浇筑施工的常规，可以加快工程建设进度，使工程项目尽快发挥效益。
2.2本工法是在多个工程切实的施工实践基础上总结出来的，针对高寒环境，对一些现行的施工规范、规程的标准、要求有更深入的验证、理解和认识，提出了一些更实际的指标，有较强的实践性。
2.3本工法对施工工艺各环节的要求很明确，主要质量控制指标都有具体的数据，有较强的可操作性。
2.4本工法所使用的主材、辅材和机具设备无特殊要求，一般的建材市场都能够提供，适用的地域范围和行业范围比较宽泛。
3.适用范围
3.1地域范围
本工法既适用于西藏、青海、四川等高海拔寒冷地区低温季节的混凝土施工；也适用于北方高寒地区的冬季混凝土施工。
3.2行业范围
本工法依托水利水电工程施工为基础，既适用于高寒地区低温季节的水利水电工程混凝土施工，也适用于高寒地区低温季节工业与民用建筑、公路、铁路等行业混凝土施工。
4.工艺原理
在高寒地区低温季节条件下，根据工程特点，在混凝土配合比设计时，通过试验确定，适量地加入高效引气减水剂和防冻剂，并围绕混凝土拌和生产、输送、浇筑各个环节，利用综合温控措施，创造水化反应能够正常进行的状态环境，维持混凝土本身的水化反应得以正常进行，保证混凝土的质量，使混凝土工程施工在高寒地区低温季节能够正常进行，并得到满足设计要求的混凝土建筑物。
5.施工工艺流程及操作要点
5.1施工工艺流程
高寒地区低温季节的混凝土施工工艺基本流程见图5.1-1。
土持续保温
图5.1-1高寒地区低温季节混凝土施工基本流程图
5.2施工操作要点
5.2.1原材料的选用
1、做好砂石骨料的检验分析。
特别是直接影响到混凝土配合比参数的设计和混凝土质量的细度模数、针片状含量、坚固性及碱活性等技术指标。
宜选用级配良好的中、粗砂，避免使用细砂；可以使用坚固性及碱活性低的碎石或卵石，若使用卵石时，应避免使用针片状含量较大的卵石。
在拌和站（楼），应设立砂石骨料成品料堆场，对砂石骨料进行滤水稳定，确保用于混凝土拌和生产的骨料含水率小且稳定。
2、做好水泥、粉煤灰的检验与选型。
高寒地区对混凝土的耐久性（抗冻性能）一般要求较高。
对于水泥，应选用42.5级以上等级、水化热相对较高的普通水泥；当掺用粉煤灰时，应优先选用I、II级灰，关于替代掺量，宜采用超量替代的方法，当采用等量替代的方法时，替代掺量不宜超过20%。
3、做好外加剂的检验与选型。
应使用减水剂；对有抗冻性能技术要求的混凝土，必须使用引气减水剂；宜使用防冻剂。
根据混凝土的具体抗冻性能技术要求和施工实际条件，对引气减水剂供货厂家应提出具体的产品技术参数指标，诸如对钢筋的腐蚀性、含气量、凝结时间、减水率等。
减水剂、引气减水剂及防冻剂的掺量，应根据减水率、含气量等指标的预期值和气温情况通过试验确定。
5.2.2配合比设计
1、应通过分析比较，确定出各种类混凝土的抗压强度、抗冻性能及抗渗性能等技术指标要求的设计主控制指标。
如对C15F150W6混凝土，经过分析，F150就成为配合比参数的设计主控制指标。
2、充分考虑混凝土拌和生产、运输实际过程中的砂浆量损失，根据砂石骨料、外加剂的检验成果，结合混凝土的级配，通过试验确定粗骨料的混合比例及砂率。
砂率对混凝土的质量，特别是对混凝土的抗冻性能影响很大，必须保证混凝土拌和物在入仓后有足够的砂浆量和良好的和易性。
砂率参数应比常规设计取值偏大1%~2%。
5.2.3仓位保温
1、做好混凝土仓位的保温棚搭设。
模板安装、仓内架管搭设均需充分考虑到保温材料的外挂要求，空间尺寸和承重强度要满足浇筑作业和操作安全的要求，还应考虑是否影响拆模。
宜使用较为结实的帆布篷布，当气温在-10℃以下时，应在帆布篷布外侧加挂棉被类轻质量加厚保温材料。
仓位内加温用的炉具和辅助加温照明碘钨灯等应均匀布设。
对有孔洞的结构部位，应采取封堵挡风措施，边角部位保温材料厚度应加强。
洞室类的内部，应在进出口部位外挂加厚型棉质篷布进行封闭，并做好供风换气工作，应采用电加热类设备进行加热保温，宜采用碘钨灯进行洞室内部温度调整。
2、混凝土浇筑前，对仓位应进行预热。
在仓内温度达到5℃以上后，方可以开始混凝土浇筑。
保温所用的燃料炉具应挂置，不得直接放在老混凝土面上，防止灼伤老混凝土结构。
3、浇筑过程中和浇筑完成后的仓位应持续保持仓内温度在5℃以上，浇筑完成后的仓位持续加热保温时间不少于72h。
5.2.4混凝土拌和
1、高寒地区的混凝土工程施工，在前期做施工总布置时就应考虑拌和系统的布置。
在条件允许的情况下，混凝土拌和系统不宜布置在风口位置，应布置在避风带。
2、施工配合比应按照设计配合比执行。
特别是外加剂的掺用量和拌和水用量一定要严格执行配料单。
在混凝土生产拌和现场，应根据砂石骨料的含水率、细骨料的细度模数变化情况对水用量及时调整。
3、宜采用强制式搅拌设备拌制混凝土，混凝土的拌和时间应适当延长，保持在90s左右，以保证外加剂的性能得以充分发挥，使混凝土拌和物有良好的和易性、均匀性。
对称量集料仓（斗）闸阀、拌和主机设备等部位应进行辅助加热，确保设备正常运转。
4、拌和作业前，应先用热水对搅拌设备进行清洗预热。
拌和材料应按照粗骨料→细骨料→水→水泥→外加剂的先后顺序进行投料。
5、防冻剂的掺量应根据气温变化通过试验适时调整。
当平均气温低于-5℃时，开始掺用防冻剂；防冻剂的起点掺量应根据防冻剂的品种、型号经过试验确定，当无试验资料或不具备试验条件时，起点掺量一般可采用2.5%～3.0%；气温每下降5℃，应通过试验调整防冻剂的掺量，当无试验资料或不具备试验条件时，可按每降低5℃增加0.5%的防冻剂进行，但防冻剂的最高掺量不宜超过4.5%。
5.2.5混凝土运输
对水平和垂直运输设备都应采用保温措施，如对罐车、吊罐等外挂加厚型保温篷布“裹肚”，对吊罐、溜槽、溜桶的进料口和上口也要进行保温，减少水平和垂直运输过程中混凝土热量损失。
混凝土浇筑完成后，应用热水对运输设备进行清洗。
5.2.6温度监控
1、混凝土的入仓温度不应低于5℃，出机口混凝土拌和物的温度最低限值应根据水平和垂直运输手段、运输距离等实际情况确定。
2、拌和用水的最低加热温度可依据热工计算进行计算，应根据热工计算成果并增大2～3℃确定，但最高加热温度应不高于60℃。
若计算得出的拌和用水最低加热温度高于60℃，则应采取其它的措施，保证混凝土的出机口温度满足最低限值要求。
热工计算应包括混凝土新拌和物温度计算、运输过程温度损失计算、浇筑过程温度损失计算及暖棚下料口冷空气渗入的耗热量计算等内容。
3、应对浇筑过程中及浇筑完成后的混凝土内部水化温度进行测定，对混凝土成熟度进行计算，确定更准确的加热保温持续时间，避免混凝土在达到临界受冻强度前终止保温而冻坏。
5.2.7混凝土拆模
低温季节浇筑的混凝土，非承重模板应在仓位持续保温结束后方可拆除，承重模板的拆除时间不得早于规范规定或经成熟度计算确定的时间。
遵循高寒地区的气温和日照规律，模板的拆除作业时间宜选择在白天，不宜在夜间进行。
5.2.8混凝土表面覆盖及养护
大体积混凝土浇筑完成收面后，应使用保温性能良好的棉被等保温材料覆盖，利用混凝土本身水化反应产生的水化热达到保温的目的，棉被等材料的覆盖时间应不少于施工规范规定的混凝土养护时间。
小体积混凝土浇筑完成收面后，应以气密性能良好的塑料薄膜等保温材料及时进行覆盖，并在持续保温结束、暖棚拆除后，在塑料薄膜等材料外增加保温性良好的棉被等材料覆盖，棉被等材料的覆盖时间应不少于施工规范规定的混凝土养护时间。
无论是大体积混凝土，还是小体积混凝土（构件），均不宜直接洒水养护。
5.3劳动力组织
在高寒地区的低温季节，人员、机械设备的效率都相对降低。
要根据低温季节混凝土施工的特点，认真抓好施工组织，提高效率。
充分做好仓位预热工作，宜在仓位保温棚搭设后期就开始对仓位加热，避免仓位预热环节耽误时间。
表5.3-1施工劳动力组织表
备注：
本表的劳动力组合的工种和数量仅供参考，应根据具体的工程规模、施工计划和强度进行合理配置。
抓好拌和、运输和入仓浇筑各环节的协调与配合，组织好交接班工作，保证施工作业连续性，特别要明确施工过程中试验人员对各项温度数据测量、配合比调整的工作职责和程序，以便为措施跟进和质量监控提供准确的基础依据，严禁随意更改混凝土施工配合比。
低温季节混凝土施工劳动力组织见表5.3-1。
6.材料和机具
6.1机具设备
拌和用水的加热设备可以结合实际情况选用电加热类或燃料加热类锅炉设备。
设备的容量、功率等应根据混凝土拌和生产能力计算出每小时需要的拌和用水量并乘以1.1～1.2的系数后确定，并作为设备选型的参考依据。
低温季节混凝土施工辅助材料与机具设备见表6.1-1。
表6.1-1施工辅助材料与机具设备
备注：
本表的材料与机具设备的规格型号和数量仅供参考，应根据具体的工程规模、施工计划和强度进行选型、合理配置。
6.2辅助材料
6.2.1加热材料
宜用照明用碘钨灯作为辅助加热手段。
如采取燃料方式加热时，燃料应优先选用无烟燃煤；不具备无烟燃煤供应条件的，可以选用有烟燃煤或木质柴火，但要做好排烟措施。
6.2.2保温材料
拌和用水的储存和输送管路、混凝土输送设备、仓位保温宜采用棉被、海棉类、篷布、塑料薄膜等材料。
拌和站（楼）的保温宜采用钢质、木质材料做骨架，外挂篷布等材料防风。
7.质量控制
应严格按照“5.2.1～5.2.8”各条操作要点所列的具体标准进行混凝土原材料的选型、配合比设计、仓位保温、拌和、输送、温度监控及保温、养护等流程和环节的控制。
除此以外，还应注意以下要点：
7.1原材料质量控制
严格监控原材料（水泥、粉煤灰、砂石骨料、外加剂等）的质量，外购材料必须具备出厂合格证和必要的检验证明，对砂石骨料的超逊径、含泥量、含水量等直接关系混凝土质量的关键指标加强检测。
7.1.1严格按照有关施工规范和标准检查、检验各原材料的质量，并根据砂石骨料的超逊径、含水量等指标变化的实际情况及时对施工配合比进行调整，以保证混凝土各项指标满足设计要求。
7.1.2严禁使用不合格的原材料生产混凝土。
7.2拌和质量控制
7.2.1做好对拌和计量系统的监督控制，确保各种材料按有效配料单投料拌和。
混凝土拌和设备的计量系统应强制检定。
同时，施工单位还应在强制检定周期内定期自检。
7.2.2通过现场坍落度、含气量等检测手段，及时检查、分析掌握混凝土的拌和质量信息，确保拌和物有良好的和易性。
拌和生产过程中发现的问题，应及时调整、搞好控制。
和易性较差的混凝土有可能达到设计要求的抗压强度，但不可能有较好的抗冻性能。
7.2.3做好水温加热控制工作，保证混凝土出机口温度和浇筑温度相对稳定，应避免大的波动，波动幅度不应超出控制标准水温-2℃~+5℃的范围。
7.3混凝土浇筑质量控制
7.3.1抓好各环节的配合与协调，保证混凝土浇筑连续。
7.3.2认真抓好平仓振捣工序质量控制，仓内混凝土不宜大面积铺开浇筑，宜采取小分区分层台阶法浇筑。
7.3.3抓好浇筑过程和浇筑完成后的仓内的持续保温工作。
7.3.4切实做好施工记录和各项数据资料的收集与整理工作。
7.3.5当采用柴火、煤炭进行混凝土仓内加热保温过程中，应防止灰烬散落到新浇混凝土的表面而产生污染，在炉具下方应设置收集散落灰烬的有效装置。
7.4温度测控
做好温度测量和监督控制，保证各环节的限制温度，是搞好高寒地区低温季节混凝土施工的关键。
特别要做好大气、拌和水、出机口混凝土、仓内等温度测量信息采集工作，根据采集信息和实际的情况及时对拌和水温等进行调整或跟进采取其它必要措施，按各环节的温度限值指标进行严格控制。
8.安全措施
8.1认证贯彻“安全第一，预防为主”的方针，建立完善的施工安全保证体系，加强施工作业中的安全检查，确保作业标准化、规范化。
根据国家有关规定、条例，结合施工单位实际情况和工程的具体特点，组成专职安全员和班组兼职安全员以及工地安全用电负责人参加的安全生产管理网络，执行安全生产责任制，明确各级人员的职责，抓好工程的安全生产。
8.2仓位保温按符合防火、防风、防触电等安全规定及安全施工要求进行布置，并完善布置各种安全标识。
保温棚所用的篷布、棉被要搭设严密，固定牢固；骨料仓和混凝土仓位内加热设施应有排烟通道，负责添加燃料的夜班工作人员应以2名以上为1组，防止一氧化碳中毒。
8.3加强消防管理，坚持预防为主，防消结合。
各类房屋、库房、料场等的消防安全距离做到符合公安部门的规定，室内不堆放易燃品；严格做到不在木工加工场、料库等处吸烟；随时清除现场的易燃杂物；不在有火种现场或其近旁堆放物资。
8.4氧气瓶与乙炔瓶隔离存放，氧气瓶不得沾染油脂，乙炔发生器必须安装防止回火的安全装置，加热保温工作未结束的仓位内严禁进行氧焊作业。
8.5电、燃料加热锅炉应修建相对独立的锅炉房，对锅炉设备应制定详细的安全操作规程，严格执行交接班制度。
8.6施工现场的安全用电严格按照《施工现场临时用电安全技术规范》的有关规范规定执行。
烧制拌和用热水的电锅炉应有良好的绝缘，应安装短路保护和漏电保护装置；保温棚内的照明、辅助加温用的碘钨灯及振捣器等电力线路应与仓位内钢架架管严格绝缘；室内配电柜、配电箱前要有绝缘垫，并安装漏电保护装置；电缆线路应采用“三相五线”接线方式，电气设备电气线路必须绝缘良好，场内架设的电路其悬挂高度、线间距除按安全规定要求进行外，还应将其布置在专用电杆上；施工现场使用的手持照明灯应使用不高于36V的安全电压。
8.7做好清障除雪等路面维护工作，加强驾驶员安全教育，确保车辆行驶安全；吊罐、溜槽输送作业时，下方严禁站人或人工作业；做好倒车、吊运等作业指挥。
8.8配发齐全适应低温环境的棉衣、棉鞋及手套等劳保用品，做好劳动保护。
9.环保措施
9.1成立相应的文明施工环保管理机构，在施工过程中严格遵守国家和地方政府下发的有关环境保护的法律、法规和规章，遵守防火和废弃物处理的规章制度，加强对施工燃油、染料、工程材料、废水、生活和建筑垃圾、弃渣的控制和治理，随时接受环保监理和相关单位的监督、检查。
9.2将施工场地和作业限制在工程建设允许的范围内，杜绝对施工范围外的植被破坏，合理布置、规范围挡，做到材料堆放整齐，标牌清楚、齐全，各种标识醒目，施工场地整洁文明。
9.3设立专用坑、道，对沉淀泥沙、污水进行集中，认真作好无害化处理，从根本上防止乱流。
废水除按环境卫生指标进行处理达标外，并按当地政府环保部门要求的指定地点排放。
9.4定期清运，作好混凝土、泥沙、弃渣及其他工程材料运输过程中的防散落与沿途污染措施，弃渣及其他工程废弃物按工程建设的指定地点和方案进行合理处治。
9.5对燃煤、柴火等燃料的燃烧煤渣、灰烬按指定地点进行集中堆放、掩埋处理。
9.6做好施工区内交通道路的环保工作，在晴天的白班时间适时对施工道路进行洒水，防止尘土飞扬，污染环境。
10.效益分析
10.1本工法针对高寒地区低温季节的恶劣环境条件下的混凝土施工制定，其操作性强，可靠性高，混凝土施工质量完全能够得到保证。
10.2就高寒地区低温季节混凝土施工单项来讲，短期成本是增加的。
但进行高寒地区低温季节混凝土施工可以加快工程施工进度，满足工程防洪渡汛、提前发电、缩短施工总工期等需要，社会效益和经济效益显著。
11.工程实例
11.1工程概况
直孔水电站位于西藏自治区墨竹工卡县境内拉萨河中下游交界处，距拉萨市约100公里。
电站以发电为主，兼顾防洪和灌溉，正常蓄水位3888.00m，设计水头30m，水库库容1.75亿m3，总装机容量4×25MW。
坝顶高程3892.6m，最大坝高57.6m。
主要建筑物有碎石心墙堆石坝、混凝土坝、引水系统、地面式发电厂房、尾水渠等系统。
该电站混凝土坝及引水发电系统工程共有混凝土约31万m3，其中抗冻性能混凝土约15万m3，抗冻性能混凝土种类有C15F150、C20F150、C20F200、C25F200、C40F200等。
工程所在地海拔约3900m，日平均气温低、日温差大，低温季节时间长。
每年11月至次年3月基本处于冬季状态，气候寒冷，极端最低气温可达-23.1℃，昼夜温差非常大。
11.2施工情况
我公司承担西藏直孔水电站混凝土大坝及引水发电系统工程的土建和金属结构安装工作。
2003年3月至2004年初完成开挖，2004年2月开始主体工程混凝土浇筑。
从2004年2月至2006年10月，连续跨越4个低温季节。
共计完成混凝土浇筑约31万m3,其中4个低温季节共浇筑混凝土约8.8万m3。
针对工期任务要求的低温季节施工，总结、借鉴西藏其它工程冬季施工的经验，认真研究施工规范和设计技术要求，编制了详细的冬季混凝土工程施工组织设计，制定了冬季混凝土工程保温施工的作业指导书，明确了各项质量保证指标要求。
在具体施工过程中，狠抓人员责任的落实和各环节的配合与协调，保证了低温季节混凝土工程施工得以顺利、有效地完成。
11.3混凝土质量检测与评价
对混凝土严格按照《水工混凝土施工规范》（DL/T5144—2001）及《水工混凝土试验规程》（DL/T5150—2001）进行取样检验。
以2004年11月15日到2005年3月25日低温施工时段的混凝土检测与评价为例如下：
该施工时段共浇筑完成抗冻性能混凝土约3.7万m3。
C15F150、C20F150两个类别的混凝土抗压强度检验统计分析见图11.3-1、图11.3-2，这两个级别混凝土的抗冻性能共进行了8组随机样品检测，抗冻性能全部合格。
检验成果表明，该工程的混凝土的配合比设计是成功的、施工控制是有效的、质量是良好的。
充分说明我们所总结的“高寒地区低温季节混凝土施工工法”是切实可行、行之有效的施工方法。
图11.3-1C15F150混凝土抗压强度统计图表
抗压强度范围（Mpa）
17-20
20-22
22-25
25-27
27-30
强度范围内试件分布组数（N）
1
6
25
9
2
备注：
1.共有43组混凝土抗压强度试件；2.平均抗压强度mfcu=22.6MPa，抗压强度标准差S=1.9MPa，离差系数CV=0.08,最高抗压强度fcu,max=29.5MPa，最低抗压强度fcu,min=17.8MPa；3.统计时段内混凝土强度保证率为100%，混凝土生产质量评定为优良。
图11.3-2C20F150混凝土抗压强度统计图表
抗压强度范围（Mpa）
20-22
22-24
24-26
26-28
28-32
强度范围内试件分布组数（N）
2
9
28
10
3
备注：
1.共有52组混凝土抗压强度试件；2.平均抗压强度mfcu=24.7MPa，抗压强度标准差S=1.8MPa，离差系数CV=0.07，最高抗压强度fcu,max=31.4MPa，最低抗压强度fcu,min=20.9MPa；3.统计时段内混凝土强度保证率为99.0%，混凝土生产质量评定为优良。
1、当地气候条件
高寒地区低温季节混凝土施工工法图片资料
2、冬季降雪
3、冬季部分待浇部位
4、骨料防雪保护
5、供水水池保护
6、拌和系统保温
7、热水拌和
8、基础加热
9、混凝土运输罐车保温
10、溜槽保温
11、蓄热法保温施工
12、暖棚法保温施工
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