長春某工程冬期施工混凝土溫度設(shè)計和強度檢測

關(guān)歆瑩 裴如軍 王 旭

(1.北京建工集團有限責(zé)任公司，北京 100055; 2.北京市第三建筑工程有限公司，北京 100044)

我國北方寒冷地區(qū)冬季時間長且寒冷。在《建筑工程冬期施工規(guī)程》［1］中有相關(guān)規(guī)定，當室外日平均氣溫持續(xù)5 d低于5℃，便進入冬期施工;在室外日平均氣溫持續(xù)5 d高于5℃時，解除冬期施工?；炷两Y(jié)構(gòu)工程的施工通常應(yīng)避免在冬季開展，伴隨建設(shè)工程的大量增多，嚴寒地區(qū)的一些工程由于工期緊，為了保證工期，需要在冬季連續(xù)施工。因此，對冬期施工的工程，在冬季低溫環(huán)境施工中須采取保溫措施避免混凝土遭受凍害，進而保障整個結(jié)構(gòu)工程的工期和質(zhì)量。

1 工程概述

1.1 工程概況

工程位于吉林省長春市東南部凈月經(jīng)濟開發(fā)區(qū)，施工區(qū)地勢東北高西側(cè)低，高差約為4 m，用地面積150 028 m2。工程總建筑面積約605 191.51 m2，工程地下為聯(lián)體車庫，地上建筑包括酒店、七星溫泉酒店、水上樂園、室內(nèi)樂園、商業(yè)。

1.2 工程場地氣候

1)凍土深度:根據(jù)《中國季節(jié)性凍土標準凍深線圖》［2］，場地的標準凍深為1.70 m，凍脹等級為Ⅲ級。

2)氣溫:根據(jù)收集2014年—2016年11月上旬氣象站氣溫資料和2015年現(xiàn)場測溫顯示工程現(xiàn)場實際最低溫度均達到0℃以下，即10月中、下旬進入越冬維護。

1.3 越冬維護時間

根據(jù)常年氣象觀測資料，結(jié)合工程相關(guān)測溫記錄，于2017年10月20日進入越冬維護期，到2018年的4月1日(歷時155 d)開始復(fù)工。

2 混凝土施工要求

混凝土施工，在混凝土中摻加適量抗凍早強劑，混凝土內(nèi)摻復(fù)合抗凍早強劑，現(xiàn)場出罐溫度10℃。根據(jù)混凝土熱工計算，入模溫度最低保證值為5℃，保溫棚內(nèi)通過暖氣加熱，室內(nèi)溫度應(yīng)在20℃左右。抗凍臨界強度定為4 MPa，極端天氣則定為5.0 MPa。

3 施工過程中混凝土對溫度要求的計算

3.1 混凝土拌合物經(jīng)由運輸?shù)綕仓r的溫度T2

其中，T1為預(yù)拌混凝土出機溫度;T1－αtT1(T1－Ta)為混凝土拌合物經(jīng)由運輸?shù)竭_現(xiàn)場時的出罐溫度(取10℃);T2為混凝土拌合物經(jīng)由運輸?shù)竭_澆筑時的溫度，℃;Ta為運輸時候的環(huán)境氣溫，℃，取Ta=－10℃最不利情況;混凝土轉(zhuǎn)換輸送次數(shù)為n，泵送n=1次。

混凝土罐車到達施工現(xiàn)場時的出罐溫度不小于10℃時，混凝土入模溫度不小于5℃符合規(guī)范要求。

3.2 混凝土澆筑成型完成時刻的溫度T3

混凝土澆筑成型完成時溫度的計算，需要考慮模板和鋼筋的吸熱影響:

其中，T3為由于鋼筋和模板吸熱影響，混凝土澆筑成型完成時的溫度;Cc為混凝土的比熱容，取1 kJ/kg·K;Cf為鋼模板的比熱容，取0.48 kJ/kg·K;Cs為鋼筋的比熱容，取 0.48 kJ/kg·K;mc為每立方米混凝土的重量，取2 400 kg;mf為每立方米混凝土的相接觸的模板重量，取421 kg;ms為每立方米混凝土的相接觸的鋼筋重量，取120 kg;Tf為模板的溫度取最不利的－10℃，未預(yù)熱時可采用當時的環(huán)境溫度;Ts為鋼筋的溫度，取最不利的－10℃，未預(yù)熱時可采用當時的環(huán)境溫度。根據(jù)式(1)，式(2)計算，商品混凝土出罐溫度要求不小于10℃時，可以確保入模溫度不小于5℃。

3.3 混凝土保溫養(yǎng)護冷卻到0℃時需要的時間t0

混凝土保溫養(yǎng)護冷卻到任一時刻T的公式:

其中，K為總傳熱系數(shù)，取7.8 kJ/m2hK。K是20 mm阻燃保溫被、塑料薄膜保溫層和15 mm膠合板三項總合;Vce為水泥水化速度系數(shù)，取 0.017 h－1;Cc為混凝土的比熱容，取 0.96 kJ/kg;ρc為混凝土的質(zhì)量密度，取2 500 kg/m3;Qce為水泥累積最終放熱量，取330 kJ/kg;mce為每立方米混凝土水泥用量，取300 kg/m3;T3為混凝土入模溫度，取10℃;Tm，a為混凝土蓄熱養(yǎng)護開始至任一時刻的平均氣溫，?。?℃。

混凝土養(yǎng)護冷卻至0℃所需時間的計算方法:

將上述所計算的系數(shù)分別代入混凝土保溫養(yǎng)護冷卻至任一時刻的溫度公式 T= ηe－θVce－ φeVce·t3+Tm，a，計算公式得 T=ηe－θVce－ φeVcet3+Tm，a=3.94e－1.93+15.06e－0.68－ 9。

用試算法求T=0℃時的t值。估值t取60 h，代入公式求得T=0.17℃，表明混凝土養(yǎng)護60 h已基本接近0℃，故取t0=60 h。

3.4 混凝土溫度養(yǎng)護冷卻到0℃時的平均養(yǎng)護溫度Tm

式(4)是混凝土養(yǎng)護至任一時刻的平均養(yǎng)護溫度的公式。

將t0=60 h代入上述公式，計算混凝土養(yǎng)護冷卻至0℃的平均養(yǎng)護溫度Tm=3.6℃。

4 混凝土性能檢測

為了按照《建筑工程冬期施工規(guī)程》的要求完成長春復(fù)華未來世界文化旅游中心工程嚴寒地區(qū)冬期混凝土的施工，通過現(xiàn)場試驗掌握了冬期混凝土強度增長的規(guī)律，了解在嚴寒地區(qū)連續(xù)低溫條件下，影響混凝土強度增長的成熟度折算關(guān)系和等效養(yǎng)護齡期，滿足混凝土部件強度，保障冬期施工混凝土的施工質(zhì)量［3］，符合混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范［4］。

4.1 成熟度法計算混凝土早期強度

工程采用C60混凝土在20℃標準養(yǎng)護條件下試驗測試［5］，各齡期強度見表1。

表1 混凝土標準養(yǎng)護條件下各齡期強度

1)圖解法。

利用表2數(shù)據(jù)，經(jīng)回歸分析［6］擬合成曲線方程:

其中，f為混凝土立方體抗壓強度，MPa;D為混凝土養(yǎng)護齡期，d;a，b 均為參數(shù)。

根據(jù)表2數(shù)據(jù)，做出強度—齡期曲線和回歸分析擬合曲線圖1。

圖1 強度—齡期曲線和回歸分析擬合曲線圖

2)計算法。

非線性回歸分析計算 a=66.750，b= －2.14，2 d，3 d，7 d 和28 d非線性回歸計算強度(MPa)見表2。由表2可見，2 d，3 d，7 d的強度閾實測值接近或相同，1 d和28 d有些差別。

混凝土澆筑后，初期養(yǎng)護溫度測試記錄見表2，根據(jù)表2，計算等效齡期 De板=28.14 h，De梁=28.32 h。將 a=66.750，b= －2.140;De板=28.14 h，De梁=28.32 h 代入式(5)，求得:f板=66.750e－2.140/28.15=61.86 MPa，f梁=66.750e－2.140/28.32=61.89 MPa，將求得的數(shù)值乘以0.8，得出66 h養(yǎng)護混凝土達到的強度:

表2 混凝土澆筑后測溫記錄及等效齡期計算

4.2 不同齡期混凝土試塊抗壓強度試驗

在2017年12月采取了3 d，16 d，28 d和56 d的試驗，結(jié)果見表3。表3中每件試塊抗壓強度及每批試塊抗壓強度值的計算是依據(jù) GB/T 50081—2002普通混凝土力學(xué)性能試驗方法［3］計算的。

表3 混凝土試塊抗壓強度試驗

由表3可見試驗標本結(jié)果，當齡期16 d時，已達到設(shè)計強度107%，28 d和56 d的強度已達到115%，超過建筑工程冬期施工規(guī)程，符合要求。

5 結(jié)語

依據(jù)建筑工程冬期施工規(guī)程施工，根據(jù)工程實際計算的混凝土在運輸、澆筑和保養(yǎng)過程中溫度的要求，進行了施工。施工結(jié)果表明，混凝土的抗壓強度檢測是合格的，達到并超過建筑工程冬期施工規(guī)程。