冬季大體積混凝土施工淺談

馬如 趙長明

摘? 要：隨著城市建設(shè)的迅猛發(fā)展，對于建設(shè)工程工期的要求，冬季施工已是不可避免的選項，而大體積混凝土的冬季施工問題，特別是地下室底板部分的施工技術(shù)問題也逐步增加。該工程在針對大體積混凝土底板的澆筑時，針對該項目施工中采用的施工工藝，包括添加外加劑法、混凝土原材料蓄熱法，尤其是空白低溫混凝土施工工法做出分析。

關(guān)鍵詞：冬季施工? 大體積混凝土? 溫度應力? 裂縫控制? 保溫

中圖分類號：TU755.8? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A文章編號：1672-3791（2021）04（b）-0091-04

Discussion about Construction of Mass Concrete in Winter

MA Ru1? ZHAO Changming2

（1.Anhui Kechuang Engineering? Project Management Co.，Ltd.， Hefei， Anhui Province， 230003 China; 2.Sino Rsing-SunCongstruction Group Co.， Ltd.， Chuzhou， Anhui Province， 239000? China）

Abstract：? With the rapid development of urban construction， winter construction is an inevitable option for the requirements of construction period， and the winter construction problems of mass concrete， especially the construction technology problems of basement floor， are gradually increasing. In this project， when pouring the mass concrete floor， the construction technology used in the construction of this project， including the method of adding admixtures， the method of heat storage of concrete raw materials， especially the construction method of blank low temperature concrete， is analyzed.

Key Words： Winte rconstruction; Mass concrete; Temperature stress; Crack control; Preserve heat

隨著城市建設(shè)的迅猛發(fā)展，對于建設(shè)工程工期的要求，冬季施工已是不可避免的選項，而大體積混凝土的冬季施工問題，特別是地下室底板部分的施工技術(shù)問題也逐步增加。為此，根據(jù)筆者實際接觸的部分項目，在此對于冬季大體積混凝土施工進行研究與分析。

1? 工程概況

滁州市某大廈主樓基礎(chǔ)為鋼筋混凝土筏板基礎(chǔ)，厚度為2.5 m，長為45 m，寬度為18 m，底板埋深為-5 m，底板配筋為三層雙向鋼筋，間距為100～150 mm。該層板設(shè)計混凝土等級為C30，抗?jié)B要求為S6級，混凝土總量約為2 000 m3。

2? 施工工藝淺析

正常情況下，對于混凝土特別是地下室底板部分的大體積混凝土施工，混凝土澆筑養(yǎng)護過程中因為溫度收縮應力過大從而形成的溫度應力裂縫是必須要得到控制的，因此為了減少乃至避免此類問題的產(chǎn)生，施工單位一般采取選用類似低熱硅酸鹽水泥等水化熱較低的材料和經(jīng)過降溫處理的水等給原材料降溫的措施來控制水化熱的增加，減小混凝土的內(nèi)外溫差。但是對于混凝土的冬期施工，為了防止混凝土受凍破壞，導致混凝土承載力的降低，特別是保證混凝土強度能夠在一定較低的溫度范圍內(nèi)正常溫度增長，施工單位通常會采用提高混凝土的入模溫度以及通過添加外加劑、降低混凝土內(nèi)水的冰點等措施。而由于這兩個相互矛盾的特點及其混凝土強度形成的要素，在施工過程中需同時考慮以上兩個方面的要求。

為此，該工程在針對大體積混凝土底板的澆筑時，針對該項目施工中采用的施工工藝，包括添加外加劑法、混凝土原材料蓄熱法，尤其是空白低溫混凝土施工工法，做出以下分析。

（1）施工期間是在12月下旬，根據(jù)滁州市氣象部門提供的歷年資料，該地區(qū)冬季（11月到次年2月期間）最高氣溫為15 ℃，最低氣溫-5 ℃，平均氣溫1 ℃～3 ℃。同時，該工程位于城市中心，四面均有相鄰建筑物，考慮到為基礎(chǔ)底板施工，且施工面處于地下，背風條件較好，混凝土澆筑面的溫度比室外地面的氣溫大約高出約1 ℃～2 ℃左右，是非常有利于該項目混凝土澆筑后的養(yǎng)護工作。

（2）冬季施工時，由于原材料本身溫度已經(jīng)很低，因此不必再做降溫處理。

（3）該項目施工面較大，對于大體積混凝土較為有利，不易受凍，且易于采取覆蓋方式保溫。

（4）該項目采用商品混凝土，運輸里程約為20 km左右，通過現(xiàn)場情況，對相關(guān)參數(shù)進行取值調(diào)整后，熱工計的計算結(jié)果顯示，對于該項目的混凝土施工不做特殊處理時，混凝土入模溫度也是可以滿足施工的相應要求。

（5）雖然該項目采用低水化熱水泥配制混凝土，但是對于大體積混凝土，其產(chǎn)生的水化熱量依舊較多，可以滿足混凝土強度正常增長的需要。

因此，結(jié)合現(xiàn)場實際情況，該項目通過技術(shù)部分的研究分析后，決定采用空白低溫混凝土施工方法，即混凝土制備的原材料，主要是水，采取不加熱，同時不參加任何防凍劑的方式，僅僅通過對混凝土內(nèi)外溫差的控制措施來解決該項目在地下室底板大體積混凝土澆筑時，可能產(chǎn)生的溫度裂縫及凍害。

3? 混凝土抗裂問題的研究分析

當該項目地下室底板大體積混凝土澆筑時，因為水泥的水化反應會產(chǎn)生大量水化熱，從而導致其在混凝土內(nèi)部集結(jié)，短期無法散發(fā)出去，從而在混凝土內(nèi)外產(chǎn)生溫度差，進而形成溫度應力，此種現(xiàn)象對于冬季施工的大體積混凝土尤為明顯。此時，如果混凝土的強度較低，混凝土彈性模量小，混凝土的抗拉強度值不高，當內(nèi)外溫度差形成的應力差過混凝土自身抗拉強度時，該混凝土內(nèi)部就會產(chǎn)生微裂縫，而隨著時間的推移，裂縫逐漸發(fā)展，對混凝土強度及鋼筋的防銹產(chǎn)生較大的影響。同時，隨著養(yǎng)護時間及齡期的增長，水化熱逐步釋放完畢，混凝土內(nèi)部又會因為降溫形成的熱脹冷縮從而產(chǎn)生收縮變形，當此變形受到地基及內(nèi)部鋼筋的約束從而對混凝土產(chǎn)生拉應力，當拉應力超過混凝土的自身抗拉強度后，也會催生出更大的混凝土裂縫[1]。因此，該單位根據(jù)長期的施工經(jīng)驗，對于此次大體積混凝土澆筑施工工程中，特別注意的就是混凝土裂縫及變形的控制，而措施方法主要就是通過計算及現(xiàn)場觀測，實時采取措施，控制混凝土內(nèi)部溫度與表面溫度之差。一般情況下對于大體積混凝土，控制在 20 ℃～30 ℃之間。

針對該項目，因為是冬季施工，此次大體積混凝土按照溫差20 ℃進行抗裂計算，其水化熱計算具體如下。

3.1 最大絕熱溫升計算

最大絕熱溫升Tmax=mc×Q/C×ρ（1-e-mt）

式中，Tmax為混凝土最大絕熱溫升（℃）;

mc為混凝土中水泥用量（kg/m3）;

Q為水泥28天水化熱（Kj/kg）;

C為混凝土比熱容，取值0.97 （kJ/kg·K）;

ρ為混凝土密度，2 400 kg/m3;

e為為常數(shù)取值2.718;

t為混凝土的齡期（d） ;

m為系數(shù)，隨澆筑溫度改變，見表1。

3.2 混凝土中心溫度計算

T1ω=Tj+Th×εω。

式中，T1ω為t齡期混凝土中心溫度;

Tj為混凝土澆筑溫度;

εω為t齡期降溫系數(shù)，見表2。

經(jīng)計算，該項目底板大體積混凝土最高絕熱溫升值計算結(jié)果為58.18 ℃;

根據(jù)各種材料的溫度測算，混凝土入模溫度預估為8 ℃，實際施工時入模溫度在5 ℃～8 ℃之間，與計算取值相近（如表3）。

最終，依據(jù)《大體積混凝土施工標準》（GB 50496-2018）中附件B，通過計算得到不同齡期混凝土溫度收縮應力，具體見表4。

由表4可以得到結(jié)論，對于此次大體積混凝土澆筑施工，將混凝土溫度差控制在20 ℃以內(nèi)后，該工程的混凝土將不會產(chǎn)生溫度裂縫。

4? 混凝土的抗凍分析

4.1 混凝土的防凍與熱工計算

正常施工過程中，施工單位通過對混凝土表面進行保溫材料的覆蓋，通過水化熱的產(chǎn)生，從而有效提高混凝土表面溫度，減小混凝土內(nèi)外的溫差。在該項目大體積混凝土澆筑期間，可以通過在混凝土表面覆蓋一層保溫層，減小表面熱量的快速流失，使混凝土表面溫度保持在30 ℃左右，與外界氣溫的溫差最高達35 ℃左右;而在混凝土澆筑后第二天，其表面溫度一般可以達到10 ℃左右，與外界氣溫的溫差最高達15 ℃左右。因此，該項目通過熱工計算可以得到以下結(jié)論，即做好混凝土養(yǎng)護過程中的表面的保溫覆蓋后即可以滿足防凍及控制裂縫的基本要求。同時，因為該項目地下室底板大體積混凝土澆筑采用的是空白低溫混凝土法，因此，在進行大體積混凝土冬期施工的條件下，其熱工計算與采用蓄熱法的熱工計算有一定的不同。該項目大體積混凝土澆筑后，因為大量水化熱的作用導致混凝土的溫度不斷提高，而混凝土強度也會隨著時間的增長得到顯著提高，為此通過熱工計算可以知道，混凝土入模溫度是完全可以滿足振搗成型的施工要求[2]。在該工程澆筑施工期間，根據(jù)制備混凝土時段實測的原材料，包括水泥、水、砂石等的溫度及當?shù)貧庀蟛块T發(fā)布的實時天氣預報，該單位進行觀測記錄，混凝土的入模溫度最高在8 ℃左右，最低在3 ℃左右，而正常情況下5 ℃～8 ℃之間的入模溫度，完全可以滿足該項目混凝土澆筑施工的要求。

4.2 凍結(jié)現(xiàn)象

混凝土澆筑施工時，在施工縫預留位置，尤其是在接茬部位可能會在混凝土表面出現(xiàn)凍結(jié)現(xiàn)象，而因為施工要求，在振搗的期間，特別是在往返振搗的過程中，該部位不能立刻采取保溫覆蓋的措施進行處理，故該部分混凝土在低溫環(huán)境中暴露的時間較長，更容易出現(xiàn)凍結(jié)現(xiàn)象，最終會影響混凝土的各項強度指標。經(jīng)過對該項目施工過程中肉眼的實時觀察，當白天為零上溫度時，現(xiàn)場沒有產(chǎn)生凍結(jié)現(xiàn)象，而在夜間溫度在-2 ℃以上的期間時，現(xiàn)場也沒有產(chǎn)生凍結(jié)現(xiàn)象。但是此次澆筑施工過程中，在混凝土澆筑的第三天，夜間溫度突然達到-4 ℃的溫度，而根據(jù)現(xiàn)場的實測數(shù)據(jù)，在部分時段混凝土的入模溫度在2 ℃左右，澆筑混凝土后時間不長即在未覆蓋保溫區(qū)域表面出現(xiàn)了凍結(jié)現(xiàn)象。而在混凝土澆筑振搗往返期間內(nèi)，實測發(fā)現(xiàn)混凝土表面最大凍結(jié)厚度約為0.3 mm左右，凍結(jié)面為微白色，凍結(jié)層強度很弱，輕輕觸動即可導致凍結(jié)面的破碎，而此時混凝土尚處于初凝前狀態(tài)，根據(jù)實際施工經(jīng)驗及查閱部分資料后得到：“混凝土初齡受凍，即新拌混凝土在澆灌后，初凝前立即受凍。這時水泥未水化或有極微量的水化熱，水泥缺乏水化的基本條件——液相水，這樣凍前強度幾乎等于零。對于立即受凍的混凝土，由于水泥初期水化產(chǎn)物的觸變還原性在解凍并轉(zhuǎn)為正常養(yǎng)護后，仍保持水泥的正常水化和混凝土強度的正常建立[3]?！痹擁椖吭谶M行底板大體積混凝土澆筑時，該項目接茬部位表面的凍結(jié)屬于初齡受凍現(xiàn)象，凍結(jié)層的厚度較薄，因此，在振搗的作用下，凍結(jié)層會被立即破壞，混凝土表面無法形成較長時間的凍結(jié)塊，故此次表面的凍結(jié)不會影響混凝土的粘結(jié)內(nèi)力及強度[4]。施工過程中，通過在現(xiàn)場的實時檢查后發(fā)現(xiàn)，經(jīng)振搗后檢查，其凍層均已被融化。而在后期試塊的同條件養(yǎng)護下的試壓數(shù)據(jù)，可以得出，混凝土強度沒有降低，但是筆者還是建議在施工過程中應加強振搗，適當延長振搗時間。

5? 工過程簡述

（1）模板全部采用木工板。

（2）混凝土澆筑到頂部，沿板短邊往返循環(huán)澆筑，混凝土工作面約為35°～40°之間的斜面，一次性澆筑完成，每次澆筑厚度約為300 mm。振搗時由下往上振搗，往返一個循環(huán)約2 h[5]。

（3）混凝土的養(yǎng)護采用8 mm土工布，每完成混凝土的一個施工段的振搗后，馬上采取覆蓋得方式進行保溫養(yǎng)護，對于接茬部位更是需要密實填堵，保證覆蓋嚴實。

（4）混凝土的測溫方式：采用φ25鋼管預埋在混凝土底板內(nèi)，管底距板底距離約為800 mm，管口處伸出混凝土約100 mm。管底用鋼板焊死，管口用保溫材料包裹。測溫時間間隔約為4 h左右，測溫順序為先測檢測孔周圍保溫層下混凝土表面的溫度，再測檢測孔內(nèi)的溫度，后計算其溫度差[6]。

6? 經(jīng)濟效益分析

采用空白低溫混凝土法措施對大體積混凝土澆筑進行施工，可以通過采取空白低溫法控制混凝土內(nèi)外溫差的方法對大體積混凝土冬期施工質(zhì)量進行控制，相較于綜合蓄熱法、摻加添加劑法等措施，該工藝可以節(jié)約混凝土防凍劑費用及增加入模溫度增高混凝土原材料而增加的加熱費用，且可以簡化部分工藝，加快工期，有效提升項目的總體經(jīng)濟效益。

7? 結(jié)語

冬季施工采用空白低溫大體積混凝土施工工藝，通過控制混凝土內(nèi)外溫差的措施進行大體積混凝土冬期施工，在江淮地區(qū)冬季，在正負溫度交替期間、最低氣溫在-5 ℃以上的情況下是完全可以滿足正常施工需要。

參考文獻

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