淺析混凝土冬期施工技術措施

摘要：文章主要從冬季施工工作準備、熱工計算、混凝土的澆筑及養護等幾個方面，闡述了混凝土在冬季施工的控制方法。

關鍵詞：混凝土 冬季施工 質量控制

1 冬季施工概念

根據中華人民共和國行業標準《建筑工程冬季施工規程》JGJ104—97施工技術規范規定，冬季施工的概念是：當環境晝夜平均氣溫（最高和最低氣溫的平均值或當地時間6時、14時、21時室外氣溫的平均值）連續3天低于5度或最低氣溫低于-3度時，此時的施工叫冬季施工。

2 施工原理

混凝土拌和物澆灌后之所以能逐漸凝結和硬化，直至獲得最終強度，是由于水泥水化作用的結果。而水泥水化作用的速度除與混凝土本身組成材料和配合比有關外，主要是隨著溫度的高低而變化的。當溫度升高時，水化作用加快，強度增長也較快；而當溫度降低到0℃時，存在于混凝土中的水有一部分開始結冰，逐漸由液相（水）變為固相（水）。這時參與水泥水化作用的水減少了，因此，水化作用減慢，強度增長相應較慢。溫度繼續下降，當存在于混凝土中的水完全變成冰，也就是完全由液相變為固相時，水泥水化作用基本停止，此時強度就不再增長。

由此可見，混凝土凍結前，要使其在正常溫度下有一段預養期，以加速水泥的水化作用，使混凝土獲得不遭受凍害的最低強度。

3 施工工藝流程及操作要點

3.1 工藝流程

3.2 操作要點

3.2.1 混凝土的熱工計算

①混凝土拌合物溫度按下式計算：To=[0.92*（mce*Tce+msa*Tsa+mg*Tg）+4.2*Tw（mw-wsa*msa-wg*mg）+C1*（wsa*msa*Tsa+wg*mg*Tg）-C2*（wsa*msa+wg*mg）]÷[4.2*mw+0.9*（mce+msa+mg）]。式中：To——混凝土拌合物溫度（℃）；mce—水泥用量（kg）；mw—水用量（kg）；msa—砂用量（kg）；mg—石用量（kg）；Tw—水的溫度（℃）；Tce—水泥溫度（℃）；Tsa—砂溫度（℃）；Tg—石溫度（℃）；wg——石含水率%wsa——砂含水率%；C1——水的比熱容（kj/kg.k）；C2——冰的溶解熱（kj/kg）。當骨料溫度大于0℃時，C1=4.2，C2=0。當骨料溫度小于或等于0℃時，C1=2.1，C2=335。

②混凝土拌合物出機溫度按下式計算：T1=To-0.16（To-Ti）。式中T1-混凝土拌合物出機溫度（℃）。Ti-攪拌機室內溫度（℃）。

③混凝土拌合物運輸到澆筑時溫度按下式計算：T2=T1-（a*t1+0.032n）*（T1-Ta）。T2—混凝土澆筑溫度℃；t1—混凝土運輸至澆筑的時間，取1.5小時。n—混凝土拌合物運轉次數，取1次；Ta—混凝土拌合物澆筑環境溫度。a—溫度損失系數。

④考慮模板和鋼筋的吸熱影響，混凝土澆筑成型完成時的溫度按下式計算：T3=（Cc*mc*T2+Cf*mf*Tf+Cs*ms*Ts）÷（Cc*mc+Cf*mf+Cs*ms）。

T3—考慮模板和鋼筋吸熱影響，混凝土澆筑成型完成時的溫度℃。Cc—混凝土的比熱容（kj/kg.K）；Cf—模板的比熱容（kj/kg.K）。Cs—鋼筋的比熱容（kj/kg.K）；mc—每m3混凝土的重量（kg）。mf—每m3混凝土相接觸的模板重量（kg）。ms—每m3混凝土相接觸的鋼筋重量（kg）。Tf—模板的溫度，未預熱時可采用當時的環境溫度（℃）。Ts—鋼筋的溫度，未預熱時可采用當時的環境溫度（℃）。

⑤設當日氣溫為-5℃，C40混凝土每立方米的材料用量為：水泥470kg，水180kg，砂子735kg，碎石1040kg。原材料溫度為：水40℃，水泥40℃，砂子3℃，碎石2℃，砂含水率3.5%，石含水率0%，攪拌機室內溫度為10℃。當用混凝土攪拌車運輸時，溫度損失系數a=0.25；與每立方米混凝土相接觸的鋼筋為100kg，模板為250kg；混凝土的比熱容1.0（kj/kg.K）；模板的比熱容2.5（kj/kg.K）；鋼筋的比熱容0.48（kj/kg.K）；混凝土容重為2425kg/m3。

代入公式，混凝土拌合物理論溫度為：To=[0.92*（470*40+735*3+1040*2）+4.2*40（180-735*3.5%-1040*0%）+4.2*（3.5%*735*3+0%*1040*2）-0*（3.5%*735+0%*1040）]÷[4.2*180+0.9*（470+735+1040）]=47480.535÷2776.5=17.1℃。

混凝土拌合物出機溫度為：T1=To-0.16*（To-Ti）=17.1-0.16*（17.1-10）=15.96℃。

混凝土拌合物運輸到澆筑時的溫度：T2=T1-（a*t1+0.032n）*（T1-Ta）=15.96-（0.25*1.5+0.032*1）*（15.96+5）=7.43℃。

考慮到模板和鋼筋的吸熱影響，混凝土澆筑成型完成時溫度為：

T3=（1*2425*7.43+2.5*250*5+0.48*100*5）/（1*2425+2.5*250+0.48*100）=6.9℃。

混凝土澆筑成型完畢后溫度為6.9℃，符合JGJ104-97冬施規程入模不低于5℃要求。⑥設當日氣溫為-10℃，C40混凝土每立方米的材料用量為：水泥470kg，水180kg，砂子735kg，碎石1040kg。原材料溫度為：水40℃，水泥50℃，砂子2℃，碎石1℃，砂含水率3.5%，石含水率0%，攪拌機室內溫度為10℃。當用混凝土攪拌車運輸時，溫度損失系數a=0.25；與每立方米混凝土相接觸的鋼筋為100kg，模板為250kg；混凝土的比熱容1.0（kj/kg.K）；模板的比熱容2.5（kj/kg.K）；鋼筋的比熱容0.48（kj/kg.K）；混凝土容重為2425kg。代入公式，混凝土拌合物理論溫度為：To=[0.92*（470*50+735*2+1040*1）+4.2*40（180-735*3.5%-1040*0%）+4.2*（3.5%*735*2+0%*1040*1）-0*（3.5%*735+0%*1040）]÷[4.2*180+0.9*（470+735+1040）]=49847.4÷2776.5=17.95℃。

混凝土拌合物出機溫度為：T1=To-0.16*（To-Ti）=17.95-0.16*（17.95-10）=16.68℃混凝土拌合物運輸到澆筑時的溫度：T2=T1-（a*t1+0.032n）*（T1-Ta）=16.68-（0.25*1.5+0.032*1）*（16.68+10）=5.82℃。

考慮到模板和鋼筋的吸熱影響，混凝土澆筑成型完成時溫度為：

T3=（1*2425*5.82+2.5*250*5+0.48*100*5）/（1*2425+2.5*250+0.48*100）=5.64℃。

混凝土澆筑成型完畢后溫度為5.64℃，符合JGJ104-97冬施規程入模不低于5℃要求。

通過以上計算得出結論：T2＞5℃、T3＞5℃砼入模溫度滿足要求，在氣溫在-10℃環境溫度的情況下能滿足冬期施工要求。

3.2.2 砼的拌和及運輸。①拌和要求。對攪拌機棚內采用水暖加熱。采用保溫材料包裹拌和水輸送管道。攪拌混凝土，拌罐進行預熱。嚴格按選定的配合比進行配料，計量準確。冬期攪拌混凝土時嚴格控制配合比和坍落度，為防止水泥和熱水直接接觸，在投料時，需先投入骨料和熱水，攪拌后再投入水泥，同時將攪拌時間延長1.5倍。混凝土出盤溫度不應低于10℃，運輸車的罐體采用保溫棉布包裹，減少運輸過程中熱量散失。②運輸車輛保溫。對料斗進行保溫加熱處理，外部采用帆布+毛氈圍護，內部水暖加熱的方法，保證集料溫度大于0℃。對混凝土運輸攪拌車車罐周身包裹泡沫塑料保溫被，并用鐵絲固定。③確保運輸路況。為減少混凝土在運輸過程中散熱，，首先要保持路線暢通，無堵塞，再者就是保證路面無坑坑洼洼，三是修筑路線無急彎，拉直，縮短混凝土運輸距離。④合理安排生產，保證拖運到現場的混凝土料及時入倉。因此在運輸過程中，合理調配運輸車輛，縮短運輸時間，盡量減少轉運次數，降低混凝土運輸等過程中的溫度損失，有效保證混凝土料入倉澆筑溫度。

3.2.3 混凝土澆注?；炷翝仓^程中的溫度控制是整個溫控過程中的關鍵，主要從以下幾個方面著手：一是基巖面或老混凝土面澆筑前的溫度，二是模板內升溫。①基巖面或老混凝土面的升溫。在冬季，澆筑倉的基巖面或老混凝土表面的溫度一般都很低，為防止入倉的混凝土與基巖面或老混凝土面接觸后受凍，在開倉前用碘鎢燈、電爐或暖風機加熱至正溫。②提高模板及模板內溫度。在砼結構物模板外側包裹帆布進行保溫，在模板內安放取暖設備，保證澆筑時模板內氣溫達到正溫以上。

3.2.4 混凝土養生。①混凝土澆筑后的6天內，保溫設施不拆除，各種加溫設備不撤離，模板外側的保溫被繼續覆蓋，保持澆筑的混凝土仍然正溫。②為防止拆模時澆筑塊的溫度與外界溫差大，采用將模板預先松開，適當改變混凝土邊界環境，即加速降溫，又不使混凝土內外溫差過大。③混凝土拆模后，其表面先用塑料薄膜封閉，再用帆布罩在混凝土結構物上，在棚內空位處采用生火或電熱器進行加熱，形成保溫養護層。

4 施工控制

4.1 外界氣溫采用人工測溫，每天測量4次。

4.2 水、外加劑及骨料的溫度每小時測一次。測量水、外加劑溶液和砂的溫度，溫度計插人深度不小于10cm，測量粗骨料溫度，插入深度不小于10cm并大于骨料粒徑1.5倍，且周圍用細粒徑充填?；炷恋臋C口溫度、運輸過程中溫度損失及澆筑溫度，根據需要測量或每2h測量一次。

4.3 已澆混凝土塊體內部溫度，埋設測溫計進行測溫。大體積混凝土澆筑后3d內加密觀測溫度變化：外部混凝土每天觀測最高、最低溫度；內部混凝土8h觀測一次。其后宜I2h觀測一次。

4.4 氣溫驟降和寒潮期間，應增加溫度觀測次數。

4.5 砼施工時提前備好砂、石料，減少砂、石料水份，最好用干料，以免出現凍塊現象。

4.6 搞好攪拌機室和后臺料倉的保溫，溫度控制在15°C-20°C，減少砼拌制過程中的熱量損失。

4.7 合理安排生產，防止砼在工地停滯時間過長而造成熱量損失，導致砼入模溫度低于10°C或早期受凍。

4.8 混凝土澆筑過程中需檢查混凝土澆筑前倉面是否有結冰，基礎面積水是否排干，基礎老混凝土加熱是否符合要求，鋼筋、預埋件是否加熱等。在混凝土澆筑過程中隨時測量混凝土澆筑溫度，如滿足不了混凝土澆筑溫度要求應及時調整混凝土出機溫度。

4.9 加強砼的養生工作，混凝土澆筑完后初期要經常檢查澆筑塊頂面及邊角處的溫度情況，若溫度過低應及時加強保溫。

4.10 混凝土拌和時除派專人進行常溫混凝土坍落度、配合比、攪拌溫度定期和隨時檢查外，還應隨時檢查混凝土出機溫度、拌和材料是否有加熱過熱現象、加熱后的材料配料順序是否符合規定，檢查混凝土是否存在“假凝”現象等。

5 結束語

混凝土冬季施工質量控制非常難，因此，本方案只是一個參考，在不同的施工過程中，要根據施工工地的實際情況和具備的條件，采用適當的施工方法，使冬季混凝土施工達到最佳效果。

參考文獻:

[1]周水興、何兆益、鄒毅松?路橋施工計算手冊·人民交通出版社.

[2]江正榮·建筑施工計算手冊·中國建筑工業出版社.

[3]中華人民共和國行業標準·建筑工程冬季施工規程·JGJ104—97.

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