基于冻土地区桥梁承台热扰动防护技术的保温外模板体系的制作方法

1.本实用新型涉及冻土上混凝土承台建造施工养护技术，特别是一种基于冻土地区桥梁承台热扰动防护技术的保温外模板体系，通过钢模板与保温层的组合，能够有效同时解决高寒高海拔环境中混凝土养护保温蓄热和保护冻土、减少热扰动的问题，在高寒高海拔地区提高承台混凝土养护质量，无需再做加热养护，也无需再做其他保温处理，从而有利于提高施工效率和降低工程综合造价。


背景技术：

2.在冻土地区进行桥梁下部结构施工时，对于大体积混凝土施工例如桥梁承台混凝土施工等，往往面临着许多特殊情况。大体积混凝土水化热大，高寒地区混凝土表面热量散失更大，内外温差作用明显，对混凝土耐久性十分不利，且外溢的热量会扰动混凝土周围的冻土，有可能产生大体积混凝土结构温度裂缝问题。传热后冻土层整体结构的应力会发生变化，使得冻土层逐渐失去原有的冻结状态。热扰动会对混凝土浇筑的水热稳定性产生负面影响，导致混凝土表面结构强度和承载力下降，严重减缓施工进度和造成施工质量不稳定。施工期间外界热量导入地基会导致冻土融化，需要很长一段时间才能再次平衡。同时冻土融化后重新凝固成冰的过程又会释放大量热量，进而会阻碍桩基回冻。对于采用保持冻结设计原则的桥梁基础，其设计承载力只有在地温场恢复到新的平衡和桩-土冻结力形成后才能完全达到。
3.关于水泥水化热时间特性及钢模板导热规律：混凝土的水化热主要集中在养护的早期，一般在模板拆除的时间点之前，在采取内部主动冷却的常规措施的同时可以考虑利用外模板保温，但普通钢模板的热传导系数较大，热量外溢明显、保温效果不佳。
4.关于高寒高海拔冬季施工问题：在高寒高海拔地区若混凝土表面热量散失严重，特别是冬季施工时，液相的水遇冷变为固相状态，混凝土将发生冻胀破坏。
5.混凝土受冻之前的有效养护可大大减小后期整体的强度损失：混凝土受冻前预养期愈长，强度损失愈小。混凝土化冻后(即处在正常温度条件下)继续养护，其强度还会增长，不过增长的幅度大小不一。对于预养期长，获得初期强度较高(如达到28d强度的35％)的混凝土受冻后，后期强度几乎没有损失。而对于安全预养期短，获得初期强度比较低的混凝土受冻后，后期强度都有不同程度的损失。
6.高寒高海拔地区独有的冻土条件对水化热隔热提出严格的要求：冻土具有流变性，其长期强度远低于瞬时强度特征。在冻土区修筑工程构筑物就必须面临两大危险：冻胀和融沉。


技术实现要素：

7.本实用新型针对现有技术中存在的缺陷或不足，提供一种基于冻土地区桥梁承台热扰动防护技术的保温外模板体系，通过钢模板与保温层的组合，能够有效同时解决高寒高海拔环境中混凝土养护保温蓄热和保护冻土、减少热扰动的问题，在高寒高海拔地区提
高承台混凝土养护质量，无需再做加热养护，也无需再做其他保温处理，从而有利于提高施工效率和降低工程综合造价。
8.本实用新型的技术解决方案如下：
9.基于冻土地区桥梁承台热扰动防护技术的保温外模板体系，其特征在于，包括围住承台混凝土的钢模板层，在所述钢模板层的外表面贴合第一粘结层，在所述第一粘结层的外表面贴合第一过渡层，在所述第一过渡层的外表面设置保温层，在所述保温层的外表面设置第二过渡层，在所述第二过渡层的外表面贴合第二粘结层，在所述第二粘结层的外表面贴合加强层，在所述加强层的外表面设置防水层。
10.包括连接钉，所述连接钉的一端位于所述第一粘结层内，另一端位于所述加强层内。
11.所述连接钉包括腰杆部，所述腰杆部的两端均为外扩喇叭头。
12.所述钢模板层为钢模板拼接结构，所述拼接结构的钢模板拼接处采用填充胶带填充密实。
13.所述第一粘结层和所述第二粘结层均采用聚合物砂浆。
14.所述第一过渡层和所述第二过渡层均为预混料填充形成的过渡层。
15.所述保温层采用岩棉保温板或绝热用挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板或绝热用石墨挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板或硬泡聚氨酯板。
16.所述加强层采用冷拔低碳钢丝焊接网或玻璃纤维网格布。
17.所述防水层为聚合物勾缝胶粉砂浆层。
18.所述承台混凝土的底部与冻土之间设置有垫层。
19.本实用新型的技术效果如下：本实用新型基于冻土地区桥梁承台热扰动防护技术的保温外模板体系，通过钢模板与保温层的组合，能够有效同时解决高寒高海拔环境中混凝土养护保温蓄热和保护冻土、减少热扰动的问题。本实用新型属于在现有大体积混凝土钢模板基础上的加工、改造，不改变传统混凝土浇筑、立拆模等工艺，具有较强的适应性。本实用新型的实施能够在高寒高海拔地区提高承台混凝土养护质量，无需再做加热养护，也无需再做其他保温处理，提高了施工效率，降低了工程综合造价。
附图说明
20.图1是实施本实用新型基于冻土地区桥梁承台热扰动防护技术的保温外模板体系结构示意图。
21.图2是图1中连接钉结构示意图。
22.图3是钢模板拼接处所用填充胶带结构示意图。
23.附图标记列示如下：1-冻土；2-垫层；3-承台混凝土；4-钢模板层；5-第一粘结层；6-第一过渡层；7-保温层；8-第二过渡层；9-第二粘结层；10-加强层；11-防水层；12-连接钉；13-腰杆部；14-外扩喇叭头；15-填充胶带。
具体实施方式
24.下面结合附图(图1-图3)和实施例对本实用新型进行说明。
25.图1是实施本实用新型基于冻土地区桥梁承台热扰动防护技术的保温外模板体系
结构示意图。图2是图1中连接钉结构示意图。图3是钢模板拼接处所用填充胶带结构示意图。参考图1至图3所示，基于冻土地区桥梁承台热扰动防护技术的保温外模板体系，包括围住承台混凝土3的钢模板层4，在所述钢模板层4的外表面贴合第一粘结层5，在所述第一粘结层5的外表面贴合第一过渡层6，在所述第一过渡层6的外表面设置保温层7，在所述保温层7的外表面设置第二过渡层8，在所述第二过渡层8的外表面贴合第二粘结层9，在所述第二粘结层9的外表面贴合加强层10，在所述加强层10的外表面设置防水层11。
26.包括连接钉12，所述连接钉12的一端位于所述第一粘结层内5，另一端位于所述加强层10内。所述连接钉12包括腰杆部13，所述腰杆部13的两端均为外扩喇叭头14。所述钢模板层4为钢模板拼接结构，所述拼接结构的钢模板拼接处采用填充胶带15填充密实。所述第一粘结层5和所述第二粘结层9均采用聚合物砂浆。所述第一过渡层6和所述第二过渡层8均为预混料填充形成的过渡层。所述保温层7采用岩棉保温板或绝热用挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板或绝热用石墨挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板或硬泡聚氨酯板。所述加强层10采用冷拔低碳钢丝焊接网或玻璃纤维网格布。所述防水层11为聚合物勾缝胶粉砂浆层。所述承台混凝土3的底部与冻土1之间设置有垫层2。
27.本实用新型涉及的对混凝土进行保温的必要性：混凝土拌和物浇灌后之所以能逐渐凝结和硬化，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；而当温度降低到0℃时，存在于混凝土中的水有一部分开始结冰，逐渐由液相(水)变为固相(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了。水变成冰后，体积约增大9％，同时产生很大的冰胀应力。这个应力值常常大于水泥石内部形成的初期强度值，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，减弱水泥浆与骨料和钢筋的粘结力，从而影响混凝土的抗拉强度。当冰凌融化后，又会在混凝土内部形成各种各样的空隙，而降低混凝土的密实性及耐久性。
28.本实用新型涉及的对冻土进行隔热的必要性：在冻土地区进行路桥施工的基础作业时，传热会受到冻土层的显著破坏，传热后冻土层整体结构的应力会发生变化，逐渐失去原有的冻结状态。热扰动会对混凝土浇筑的水热稳定性产生负面影响，导致混凝土表面结构强度和承载力下降，严重减缓施工进度也会造成施工质量不稳定。施工期间、外界热量导入地基、会导致冻土融化、需要很长一段时间才能再次平衡，同时冻土融化后重新凝固成冰的过程又会释放大量热量，又进而会阻碍桩基回冻。对于采用保持冻结设计原则的桥梁基础、其设计承载力只有在地温场恢复到新的平衡、桩-土冻结力形成后才能完全达到。
29.利用具有保温作用的本实用新型外模板体系减少水化热量散失：1)高寒高海拔环境中桥梁承台混凝土内外温差问题可以利用内部主动水循环冷却、外部混凝土表面保温的措施来尽可能减少温度裂缝的问题，利用外模板保温是一个十分有效的手段。2)高寒高海拔地区冬季施工时混凝土面临形成抗冻临界强度之前受冻问题和由此衍生的耐久性问题，利用外模板保温可在一定程度上加快混凝土早期强度形成。3)相关研究表明，混凝土的入模温度由5℃提高到10℃，混凝土温度下降延续时间变化很小，即混凝土入模温度对降温时
间的影响可以忽略不计。因此，应改变以往冬季混凝土施工强调加热原料拌制“热混凝土”以自体御寒的做法；更合理的做法是拌制“低温混凝土”强调体外保温以达到抗冻临界强度。混凝土拌制温度低时，拌合用水量小，混凝土和易性好、流动度大、有利于混凝土浇筑均匀密实和耐久性，也有利于增强混凝土的抗裂性，减少拌合用水意味着增加骨料含量，这又可降低混凝土的干缩性，也就是说，低温混凝土不仅可以减少温度裂缝和干缩裂缝，还能提高混凝土的耐久性。
30.利用具有隔热作用的本实用新型外模板体系减小冻土环境热扰动：水泥水化热的外溢会对冻土的冻结状态带来扰动，破坏原有的承载力。利用混凝土外模板隔断热量向冻土的传导路径可有效保护冻土，维护冻土层原有的应力水平。
31.高原多年冻土区混凝土施工养护措施的选择主要应综合考虑自然条件、混凝土结构特点、原材料情况、能源供给状况、工期限制和经济指标等因素。由于高寒高海拔地区施工工地，一般较为偏远，多数工地交通不便，电力供应不足，所以对工期要求不紧和无特殊限制的混凝土结构，从节约能源和降低施工费用着眼，应优先考虑选择蓄热法、综合蓄热法和负温法等不加热的养护施工方法。但是，由于高原多年冻土区一年中适宜混凝土施工的时期较短，一些地段如果不采取加热养护，则无法保证工程质量。另外，一些工程有工期限制，特别是新建大型公路工程，如果不实施加热养护就无法连续作业。利用外模板对混凝土保温隔热，可在能避免混凝土早期受冻前提下，尽最大可能减少对冻土的热扰动、用较低的施工费用，在较短的施工期内，能获得优良的混凝土施工质量，是在施工质量、施工期限，施工费用三方面综合考虑选择的最佳方案。
32.关于结构布局：保温层作为外模板的芯材，将其设置于整个外模板体系的中间部位，可以为混凝土养护和冻土保护提供高效的保温隔热功能。过渡层的导热系数相对较低，可以辅助保温层为模板提供保温功能，加强层具有较大的刚度，可以有效抵抗模板附着层结构在转移、堆放过程中产生的变形。防水附着在模板外侧，阻止外部环境中的酸、碱等腐蚀性物质对保温层的侵蚀，提高保温模板等的使用寿命。各层的材料的选择应尽量使热(冷)膨胀系数连续或者相差不大，保温系统中各层材料粘结密实、不应有空腔，各层间应涂刷改善粘结性能的界面剂。连接钉是把各结构层连接成一个外模板保温体系的的专用连接件，抗拉承载力标准值应不小于0.6kn。间距0.5m梅花状布置。
33.保温体系布置在钢模板外缘1cm的范围内，边界形状采用锯齿状(10mm
×
10mm)。在钢模板拼接处预留2cm的后填充带，用专用填充胶带填充密实。专用填充胶带同保温层材料保持一致，形状同样为锯齿形(10mm
×
10mm)，适当的牢固嵌合在后填充带内，并在外表面覆盖一层防水膜，标准节段长度为一米，不足一米的后胶带可以切割。未切割的填充胶带可以重复使用。钢模板外应保证表面平整光洁、无凹陷、无凸起，除去表面油污、杂质、浮锈残渣。
34.关于粘结层：粘结层直接承受现浇筑混凝土对模板产生的压力作用和冲击作用。因此，要求粘结层具有较好的抗压性能和抗裂性能和一定耐热性和对钢材良好的粘附能力。可采用喷涂、刷涂等方式，厚度不低于模板外钢楞的高度，将连接钉预埋在层内，有连接钉的地方应适当加厚至1.5倍钉的直径。选用粘结性能良好的聚合物砂浆。
35.关于过渡层：由于保温材料和抹面砂浆的导热系数、弹性模量等方面存在较大的差异，所以在两者之间填充过渡层。同时避免了粘结层凸起、开裂等问题引起保温层的粘附效果，选用无机胶凝材料、填料、添加剂、玻化微珠等混合而成的预混料，厚度2mm。
36.关于保温层；保温层可用岩棉保温板、xps板(绝热用挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板)、sxps板(绝热用石墨挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板)、pu板(硬泡聚氨酯板)。其中xps板具有完美的闭孔蜂窝结构，这种结构让xps板有极低的吸水性、有利于混凝土养护是的蓄湿保水、低热导系数、高抗压性、抗老化性(正常使用几乎无老化分解现象)。由于具有闭孔结构内层，可以实现对冻土的良好的隔热保护，选用xps板，厚度25mm。
37.关于加强层：为了使保温模板外表面在运输、安装中，以及混凝土出现胀模时具有一定的强度，设置加强层。选用冷拔低碳钢丝焊接成网或有耐碱功能的玻璃纤维网格布，厚度3mm。
38.关于防水层：防止雨雪水渗入保温层或存留在加强层内形成危害，以及被其他尖锐钢筋有刺破表面，保温模板外表面具有一定柔性、机械强度和良好防水性能的防水层，以选用聚合物勾缝胶粉砂浆，厚度2.5mm。
39.本实用新型说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。在此指明，以上叙述有助于本领域技术人员理解本发明创造，但并非限制本发明创造的保护范围。任何没有脱离本发明创造实质内容的对以上叙述的等同替换、修饰改进和/或删繁从简而进行的实施，均落入本发明创造的保护范围。