閆騰飛，包漢營，敖長江，李 星，袁 山

(1.中國建筑土木建設(shè)有限公司，北京 100070； 2.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)工程學(xué)院，湖北 武漢 430074)

0 引言

大體積混凝體自身在常規(guī)溫度下主要面臨的是內(nèi)外溫差大的問題，目前可通過合理手段進行控制[1]，然而冬施條件下面臨的問題又與之不同.大體積混凝土冬季施工受養(yǎng)護措施影響較大，嚴(yán)重影響混凝土強度發(fā)展[2-3].5 ℃以上，混凝土正常進入化學(xué)反應(yīng)，影響較??；低于-0.3 ℃，混凝土逐漸凍結(jié)，強度成長受限.-10 ℃以下，混凝土受凍并失去強度發(fā)展.由此可看出，環(huán)境溫度低于5 ℃將是冬施的標(biāo)志.

現(xiàn)有學(xué)者針對冬季施工相關(guān)技術(shù)進行分析，李廣平[4]以哈爾濱市地鐵襯砌建設(shè)為背景，開展混凝土極寒條件下的襯砌養(yǎng)護研究，養(yǎng)護效果較佳.陳超等[5]以冷卻塔工程為例，采用電加熱方法對混凝土進行溫度平衡，養(yǎng)護效果較好，具有較高的指導(dǎo)意義.曾海清[6]總結(jié)陳述了冬施條件下混凝土養(yǎng)護及模板拆除要點，具有實際應(yīng)用價值.孟躍朋[7]采用ANSYS軟件建立了電伴熱混凝土模型，并研究了該冬施養(yǎng)護方法下的溫度場，具有較強的創(chuàng)新性.魏京華[8]以平度地區(qū)條件為例，從混凝土配合比外加劑等多因素研究了冬施對混凝土質(zhì)量影響的程度，具有較強的指導(dǎo)意義.冀長勇等[9]對綜合蓄熱法進行研究，并開展熱工計算，對冬施大體積養(yǎng)護混凝土具有重要指導(dǎo)意義.梁國標(biāo)[10]提出采用復(fù)摻技術(shù)改善混凝土自身的性能，并嘗試采用根本方法提高混凝土冬施性能，找出合理材料.

現(xiàn)有研究對冬施養(yǎng)護技術(shù)進行了多方向研究，研究成果豐碩，但不同區(qū)域冬施環(huán)境差異較大，無法對雄安新區(qū)的冬施養(yǎng)護技術(shù)起到很好的指導(dǎo)，因此，本文將雄安新區(qū)雄東管廊項目PM08大體積混凝土承臺冬施澆筑為背景，開展冬施養(yǎng)護技術(shù)總結(jié)和評估，得出適合雄安新區(qū)的冬施養(yǎng)護體術(shù).

雄東片區(qū)A社區(qū)對外道路(一期)項目位于雄安新區(qū)，服務(wù)于千年之城建設(shè).根據(jù)雄安新區(qū)歷年氣象信息，雄安新區(qū)每年11月15日即入冬施，第二年3月15日解除冬施，冬施時間長達4個月.冬季施工對雄安新區(qū)建設(shè)影響較大.根據(jù)雄安新區(qū)氣候特點將冬施劃分為3個時間段：11.15～12.15；12.16～02.15；02.16～03.15，其中最關(guān)鍵的12.16～02.15為嚴(yán)冬階段，溫度值最低.

為研究雄安新區(qū)大體積混凝土冬施養(yǎng)護技術(shù)，本文先提出雄安新區(qū)冬施養(yǎng)護技術(shù)措施，后采用數(shù)值模擬方法，以PM08左幅承臺大體積混凝土(尺寸：10.9 m×14.1 m×3.5 m)施工為研究對象，驗證了該技術(shù)的可行性.本承臺施工期間正處于嚴(yán)冬施工階段，具有代表意義，可為此類工程提供參考和借鑒.

1 冬施養(yǎng)護措施

1.1 提高出機溫度

出機溫度T1主要通過控制骨料、水等材質(zhì)溫度進行出機溫度調(diào)整，由熱工計算為依據(jù)進行材料溫度配置.本項目依據(jù)攪拌站距離(現(xiàn)場與攪拌站距離2 km)和工程經(jīng)驗，制定出機溫度為25 ℃，并交由混凝土供應(yīng)公司進行落實.通過工程管理員進行監(jiān)測，實測溫度均值為25.2 ℃.

1.2 混凝土運輸

混凝土運送采用外部覆蓋保溫套的混凝土攪拌車.混疑土出機后應(yīng)及時運到澆筑地點，運輸時間為30 min.在運輸過程中，罐車應(yīng)采用帆布包裹，保溫防風(fēng)且不漏漿.混凝土進場后應(yīng)以最短等待時間開展?jié)仓ぷ?，確保溫度損耗最低.經(jīng)實測，拌合物狀混凝土到達施工PM08位置的溫度為23.4 ℃(15:37)，23.3 ℃(15:42)，23.8 ℃(15:44)；平均值23.5 ℃.

1.3 混凝土澆筑

嚴(yán)冬的雄安新區(qū)溫度很低，預(yù)支的鋼模板及PM08基坑底部有局部殘霜和冰碴，因此必須進行殘霜冰雪清除處理，尤其是鋼模板冰雪的清除.可以用生火爐或電預(yù)熱等在澆筑前對模板進行預(yù)熱，以便清除冰雪.

澆筑混凝土?xí)r，泵管用棉被包裹，降低砼的熱量消損.經(jīng)實測，混凝土泵送管出管溫度為22.9 ℃(15:51)，23.1 ℃(15:55)，23.4 ℃(15:57)；平均值23.13 ℃.經(jīng)實測，本承臺澆筑完成時的溫度為22.52 ℃.

1.4 混凝土養(yǎng)護

承臺采用綜合蓄熱養(yǎng)護.混凝土澆筑完成后采用棉被進行保溫覆蓋并在棉被上方覆蓋保溫篷布，后用繩子捆綁固定.其中，覆蓋兩層被子，每層厚度為50 mm.在新澆筑混凝土表面先鋪一層塑料薄膜，承臺頂面需搭設(shè)支架后再覆蓋棉被與保溫篷布，如圖2和圖3所示.塑料薄膜起防水作用，篷布起到阻擋熱量流失與遮擋雨雪作用.

圖1 PM08左幅承臺澆筑 圖2 覆蓋棉被 圖3 覆蓋篷布

此外，在大體積混凝土中放置兩層冷凝管，冷凝管布置如圖4所示.層間距為800 mm，冷凝管管間距為1 m，管徑為27 mm.

2 數(shù)值分析

2.1 數(shù)值計算模型

基于有限元分析軟件Midas FEA對13.9 m×10.1 m×3.5 m(長×寬×高)承臺C40標(biāo)號大體積混凝土澆筑施工并進行水化熱數(shù)值計算分析.模型尺寸與實際情況PM08左幅承臺尺寸一致.根據(jù)計算理論，模型取1/4進行計算，水化熱模型如圖5所示，其中所示模型分承臺與下部地基兩部分.地基土模型外圍設(shè)置固定邊界，全模型對稱面設(shè)置對稱邊界.在承臺模型外表面與地基土模型表面設(shè)置對流邊界，對地基土設(shè)置強制溫度邊界.承臺及下部地基土均選用彈性模型，具體材料屬性見表1.

表1 材料參數(shù)

本數(shù)值模型設(shè)置的計算節(jié)點依據(jù)時間可分為：0.5 d、1 d、1.2 d、1.5 d、1.8 d、2 d、2.2 d、2.5 d、2.8 d、3 d、3.5 d、4 d、5 d、7 d、10 d、14 d、21 d、28 d、35 d、42 d.

圖4 冷凝管布置示意圖 圖5 數(shù)值模型示意圖

2.2 數(shù)值計算結(jié)果分析

不同期齡下承臺溫度場分部情況如圖6所示.由圖6可知，澆筑完成1 d后承臺內(nèi)部最高溫度為48.4 ℃，與表面溫度差值為12.6 ℃；澆筑完成2 d后承臺內(nèi)部最高溫度為59.1 ℃，與表面溫度差值為22.7 ℃；澆筑完成3 d后承臺內(nèi)部最高溫度為59.6 ℃，與表面溫度差值為24.7 ℃；澆筑完成7 d后承臺內(nèi)部最高溫度為47.4 ℃，與表面溫度差值為19.2 ℃；澆筑完成14 d后承臺內(nèi)部最高溫度為36 ℃，與表面溫度差值為13.1 ℃；澆筑完成21 d后承臺內(nèi)部最高溫度為30.2 ℃，與表面溫度差值為8.7 ℃；澆筑完成28 d后承臺內(nèi)部最高溫度為27.9 ℃，與表面溫度差值為6.5 ℃；澆筑完成42 d后承臺內(nèi)部最高溫度為23.1 ℃，與表面溫度差值為1.8 ℃.由上述結(jié)果可知，混凝土最大內(nèi)外溫差為24.7 ℃，出現(xiàn)在澆筑完成3 d時，未超過規(guī)范規(guī)定的25 ℃.

圖6 不同期齡下承臺溫度場分部情況

混凝土溫度測點布置如圖7所示，共計8個測點.承臺不同測點處的溫度值監(jiān)測曲線如圖8所示.由圖可知，在澆筑結(jié)束后，大體積混凝土迅速升溫，在澆筑后2.5 d時，內(nèi)部溫度達到最大，內(nèi)部溫度最大值為60 ℃，位于2/7測點處.隨后整體溫度開始呈緩慢下降趨勢，并在澆筑后14 d內(nèi)實現(xiàn)溫度快速冷卻.

同時根據(jù)圖8可知，上部測點降溫速度顯著大于下部測點.以同為對稱測點的2/7測點與5/7測點為例，2/7測點在7至14 d時間范圍內(nèi)溫度降幅為17 ℃，大于5/7測點在7至14天時間范圍內(nèi)的溫度降幅值14.3 ℃，差值為2.7 ℃.同時澆筑14 d以后，混凝土水化放熱產(chǎn)生的熱量主要集聚在承臺下部，這可能與底部地基土介質(zhì)不利于導(dǎo)熱，從而造成散熱緩慢.施工過程中應(yīng)充分關(guān)注承臺下部混凝土溫度，避免冬季施工條件下承臺下部內(nèi)外溫度差較大造成的不利影響.

通過對現(xiàn)有數(shù)值計算結(jié)果分析，混凝土冬季施工養(yǎng)護期間，混凝土可實現(xiàn)其正常的水化反應(yīng)路徑，內(nèi)部最高溫度未超過本項目初步設(shè)定的65 ℃范圍，同時混凝土內(nèi)部最高溫度與表面溫度之差未大于25 ℃，滿足施工要求，從而論證了冬季施工大體積混凝土養(yǎng)護技術(shù)的有效性，可為雄安地區(qū)同類項目提供參考和借鑒.

圖7 測點布置圖 圖8 不同測點水化放熱溫度變化曲線

3 結(jié)論

針對冬季施工大體積混凝土澆筑易受天氣影響產(chǎn)生病害問題，本文以雄東管廊項目N9主路PM08號左幅承臺澆筑為背景提出雄安新區(qū)大體積混凝土冬施養(yǎng)護技術(shù)，并開展冬施養(yǎng)護技術(shù)條件下大體積混凝土澆筑水化放熱數(shù)值計算，并分析了雄安新區(qū)冬施養(yǎng)護技術(shù)條件下的大體積混凝土溫度場，得出以下結(jié)論：

1) 提出適合雄安新區(qū)大體積混凝土澆筑冬施養(yǎng)護技術(shù)：控制入模溫度為23 ℃左右，并覆蓋2層5 cm厚棉被和一層篷布，大體積混凝土內(nèi)部設(shè)置冷凝管.

2) 本雄安新區(qū)大體積混凝土澆筑冬施養(yǎng)護技術(shù)環(huán)境下，尺寸13.9 m×10.1 m×3.5 m承臺水化熱計算結(jié)果為內(nèi)部最大溫度60 ℃(發(fā)生在2.5 d時)；內(nèi)外溫差最大24.7 ℃，滿足養(yǎng)護要求.

3) 水化溫度到達峰值后一段時間內(nèi)，上部測點降溫速度顯著大于下部測點.施工過程中應(yīng)充分關(guān)注承臺下部混凝土溫度，避免冬季施工條件下承臺下部內(nèi)外溫度差較大而造成的不利影響.

致謝：

感謝中建八局雄東管廊項目總工程師劉曉飛、技術(shù)負(fù)責(zé)人韋浩、專業(yè)工程師賀昭瑞、見習(xí)生趙鑫磊等技術(shù)人員對本研究工作給予的幫助與支持.