丁大勇 陳和福 楊 鑫

混凝土澆筑后，在硬化過(guò)程中，水泥水化產(chǎn)生大量的水化熱，導(dǎo)致內(nèi)部溫度急劇上升，而混凝土表面散熱較快，就形成內(nèi)外的較大溫差，較大的溫差造成內(nèi)部與外部熱脹冷縮的程度不同，使混凝土表面產(chǎn)生一定的拉應(yīng)力，對(duì)于大體積混凝土施工，尤其容易產(chǎn)生溫差裂縫。因此，溫度應(yīng)力控制是大體積混凝土施工的重點(diǎn)及難點(diǎn)。混凝土冬期施工，由于外界溫度過(guò)低，混凝土在養(yǎng)護(hù)硬化過(guò)程中容易造成凍害，致使混凝土強(qiáng)度無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)值，從而影響結(jié)構(gòu)安全。本工程通過(guò)對(duì)混凝土配合比、施工過(guò)程及養(yǎng)護(hù)條件的控制，有效解決了大體積混凝土溫度應(yīng)力問(wèn)題，并通過(guò)混凝土自身水化熱防止混凝土凍害，達(dá)到了雙贏目的。

1 工程概況

本工程位于東北某地，該地區(qū)自然條件惡劣，冬季寒冷，冰凍期從11月至次年3月，長(zhǎng)達(dá)4個(gè)月，凍結(jié)深度多年平均值為0.94 m，年平均溫度8.7℃，1月份氣溫最低達(dá)-19℃。工程建筑面積2 000 m2，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，采用筏板式基礎(chǔ)，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)厚度1 000 mm，屬于大體積混凝土施工。結(jié)構(gòu)混凝土要求:設(shè)計(jì)強(qiáng)度C30，抗?jié)B等級(jí)S8，抗凍等級(jí)F250。

本工程于11月上旬開(kāi)工，氣溫已至零下，全面進(jìn)入冬期施工。

2 施工方案

2.1 混凝土配合比選擇

根據(jù)規(guī)范及施工經(jīng)驗(yàn)，冬季大體積混凝土配合比的選擇應(yīng)注意以下幾個(gè)問(wèn)題:水泥優(yōu)先使用硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥，水泥標(biāo)號(hào)不應(yīng)低于425號(hào)，水灰比不應(yīng)大于0.6[1];混凝土冬期施工，為提高混凝土早期強(qiáng)度，不宜加入粉煤灰等外加劑，但對(duì)于大體積混凝土施工，加入適當(dāng)?shù)姆勖夯矣欣诨炷翜囟瓤刂撇⒛芙档统杀?。本工程采?25號(hào)普通硅酸鹽水泥，水灰比0.43，每立方米摻入52 kg粉煤灰(見(jiàn)表1，表2)。

表1 混凝土技術(shù)條件

表2 每立方米混凝土材料用量 kg

2.2 施工工藝

施工過(guò)程中，混凝土攪拌站采用熱水?dāng)嚢?，砂石采取保溫措施，保證混凝土出罐溫度不低于10℃，入模溫度不低于5℃。混凝土傳熱模型示意圖見(jiàn)圖1。為減少混凝土溫度損失，同時(shí)確保大體積混凝土振搗質(zhì)量，澆筑過(guò)程中，采取分區(qū)分層澆筑(見(jiàn)圖2)。本工程利用混凝土拌合物的初始熱量，加之水泥初期水化時(shí)產(chǎn)生的水化熱，外側(cè)采用保溫材料進(jìn)行保溫蓄熱，養(yǎng)護(hù)期間不再額外加熱?？紤]到大體積混凝土澆筑，為防止出現(xiàn)溫差裂縫，養(yǎng)護(hù)期間應(yīng)控制混凝土內(nèi)外溫差，一般控制在25℃以內(nèi)。因此，混凝土澆筑后硬化過(guò)程中須采取有效措施保溫及保濕，且要充分考慮其經(jīng)濟(jì)性和可操作性。

混凝土最高溫升Tmax(℃)采用以下經(jīng)驗(yàn)公式確定:

其中，T0為混凝土澆筑溫度，℃;W 為單位水泥用量，kg/m3;F為單位磨細(xì)粉煤灰摻量，kg/m3。

近似采用一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱模型[2]，并簡(jiǎn)化其邊界條件，估算保溫蓄熱層所需的厚度。

其中，H為底板厚度;λ1為蓄熱層導(dǎo)熱系數(shù)，取0.05 W/(m?℃);λ2為混凝土導(dǎo)熱系數(shù)，取 2.3 W/(m?℃);Ta為混凝土表面溫度，Ta=Tmax-ΔT(ΔT為控制溫差);Tb為施工時(shí)日平均氣溫，此處取值-10℃;δ為蓄熱層厚度，m。δ=0.5Hλ1(Ta-Tb)/[λ2(Tmax-Ta)]=0.5×0.08×(12.64+10)/(2.3×25)=0.016 m。

根據(jù)以上理論計(jì)算，并結(jié)合施工經(jīng)驗(yàn)，分區(qū)澆筑完畢后表面立即采用塑料薄膜進(jìn)行覆蓋，防止養(yǎng)護(hù)過(guò)程中水分散發(fā)過(guò)快，有利于保濕;然后覆蓋一層土工布，最后加蓋兩層草簾被。

混凝土內(nèi)預(yù)埋測(cè)溫管，每組兩根，一根埋入混凝土厚度一半的位置，一根埋入混凝土表面下50 mm處。根據(jù)對(duì)稱的特點(diǎn)，測(cè)溫區(qū)的測(cè)點(diǎn)布置成“X”形。共布置24組測(cè)點(diǎn)，48個(gè)測(cè)溫管(如圖 3所示)。

測(cè)溫管每組平面間距6 m。管上口露出底板表面200 mm左右，測(cè)溫用紅外測(cè)溫儀測(cè)讀，為能精確體現(xiàn)混凝土內(nèi)部溫度，測(cè)溫管上口必須用棉包塞嚴(yán)，測(cè)完溫度繼續(xù)塞好棉包?；炷吝M(jìn)入養(yǎng)護(hù)期后，進(jìn)行溫度測(cè)量，記錄環(huán)境、混凝土表面溫度及混凝土中心溫度，以便掌握保溫、養(yǎng)護(hù)情況，施工過(guò)程中備留2組同條件養(yǎng)護(hù)試件，分析混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)情況。

3 數(shù)據(jù)分析

混凝土澆筑于11月25日完成，養(yǎng)護(hù)前7天內(nèi)每2 h測(cè)溫一次，此處取其中三組測(cè)點(diǎn)(W1，W6，W12)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

由圖4～圖 6分析可以看出，3組測(cè)點(diǎn)溫度變化曲線相似，且基本在澆筑后第3天溫度升至最高，這與混凝土水化熱增長(zhǎng)的基本規(guī)律是一致的，說(shuō)明混凝土養(yǎng)護(hù)狀態(tài)良好;溫度下降曲線平緩，有利于控制總拉應(yīng)力不超過(guò)同齡期的混凝土抗拉強(qiáng)度，防止出現(xiàn)收縮裂縫;混凝土內(nèi)部及表面溫度差較小，控制在25℃以內(nèi)，保溫措施有效。值得一提的是，實(shí)際的溫差較理論計(jì)算值偏小，此種情況下，可以適當(dāng)減少保溫蓄熱層，加快散熱，但應(yīng)加強(qiáng)測(cè)溫，注意溫度變化，防止溫降過(guò)快。

另外，可以通過(guò)對(duì)同條件養(yǎng)護(hù)試件的抗壓強(qiáng)度分析來(lái)驗(yàn)證混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)是否正常，是否達(dá)到臨界受凍強(qiáng)度值。

一組同條件養(yǎng)護(hù)試件養(yǎng)護(hù) 3 d后進(jìn)行試壓，強(qiáng)度代表值18.2 MPa，占設(shè)計(jì)強(qiáng)度值的61%;另一組同條件養(yǎng)護(hù)試件達(dá)到等效養(yǎng)護(hù)齡期[3]后進(jìn)行試壓，強(qiáng)度代表值 36.9 MPa，占設(shè)計(jì)強(qiáng)度值的123%(見(jiàn)表3，表4)?？梢?jiàn)混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)情況良好，最終狀態(tài)滿足設(shè)計(jì)要求。

養(yǎng)護(hù)期結(jié)束后，經(jīng)檢查，混凝土表面未出現(xiàn)裂縫，外觀質(zhì)量良好。

表3 同條件養(yǎng)護(hù)試件抗壓強(qiáng)度值(3 d)

表4 同條件養(yǎng)護(hù)試件抗壓強(qiáng)度值(600℃?d)

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)大體積混凝土冬季施工的某一案例，闡述了大體積混凝土冬期配合比的選用，混凝土溫升及保溫蓄熱層厚度的估算方法，并對(duì)混凝土溫度變化情況的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)及強(qiáng)度試驗(yàn)值進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，大體積混凝土冬期施工僅采用蓄熱法養(yǎng)護(hù)是切實(shí)可行的，在理論計(jì)算的基礎(chǔ)上，采取有效的溫度監(jiān)控措施，可以保證混凝土施工質(zhì)量，并能降低冬期施工成本。

[1] JGJ 104-97，建筑工程冬期施工規(guī)程[S].

[2] 章熙民.傳熱學(xué)[M].北京:高等教育出版社，2001.

[3] GB 50204-2002，混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S].

[4] 焦啟文，魯曉均.冬季混凝土施工技術(shù)[J].山西建筑，2009，35(20):159-160.