混凝土熱工計算在冬期施工中的運用

摘要：本文著重介紹混凝土梁冬季施工技術的制定和實施的成功經驗，簡要敘述混凝土冬季施工的控制指標、熱工計算以及保證措施，對于類似工程的冬季施工具有一定的指導和借鑒意義。

關鍵詞：冬季 混凝土 熱工 技術

0 引言

我國許多地方有較長的寒冷季節。隨著我國民用建設基建工程的快速發展，由于受工期制約，許多工程的混凝土冬季施工是不可避免的。國內外對混凝土冬季施工理論和方法的探索研究認為，當環境溫度降到5℃以下時，只要采用適當的施工方法，避免新澆混凝土早期受凍，使外露混凝土與冬季外界氣溫保持較小溫差，也會取得像在天暖施工時的效果。

1 工程冬季施工概述

金石明知工程位于某市金石灘龍山小區北側，由我公司建設。本工程為多層建筑，地下一層，地上4～5層，E6為地下車庫，C3、C4、C5、D8、D9、D10、D11、D12、D13、D14為多層住宅。耐火等級為二級。建筑工程等級為一級，設計使用年限為50年。結構形式框架，抗震設防烈度7°，屋面防水等級Ⅲ級，地下室防水等級Ⅱ級。建筑風格采用西班牙建筑風格，屋面造型復雜，采用瓦屋面。該工程考慮本工程工期較緊、基礎占地面積為997m2，混凝土量大，混凝土的表面系數大，散熱快主體結構施工，為確保工期的如期實現，在保證質量的情況下，當外界氣溫在－10℃以上時，需進行混凝土冬期施工。本年度冬期混凝土施工項目主要為鉆孔灌注樁，要求在施工現場混凝土澆筑時溫度不低于5℃。

2 冬季施工的技術措施

2.1 冬季施工混凝土組成材料的要求

骨料：骨料中不得有冰塊、雪團和有機物，應清潔、級配良好、質地堅硬；水：采用可飲用的自來水；外加劑：選用防凍劑，防凍劑的作用機理是在規定的負溫下顯著降低混凝土的液相冰點，使混凝土在液態不結冰，保證水泥的水化作用，在一定的時間內獲得預期的強度，防凍劑應通過技術鑒定，符合質量標準，并經試驗室試驗掌握其性能；水泥：選擇活性高、水化熱大的普通硅酸鹽水泥。

2.2 冬季混凝土攪拌及運輸的要求

混凝土的攪拌：砼攪拌選用加熱水的方法，80℃以上的熱水不得與水泥直接接觸，先將熱水與骨料拌和而后再摻入水泥攪拌混凝土，以避免水泥假凝，砼攪拌的時間不得少于3分鐘。另外，必要時對攪拌機周圍進行防護并通暖保溫。

混凝土的運輸：采用混凝土罐車選擇最短路徑運輸混凝土，對混凝土罐車包裹巖棉被進行保溫，來延緩砼熱量損失。

2.3 冬季混凝土澆筑及養護的要求

混凝土的澆筑：澆筑砼前予先查詢天氣情況，遇惡劣天氣應調整澆筑砼的時間，避免在有寒流或大風、大雪天澆筑混凝土。盡量選擇在白天正溫天氣施工。澆筑砼前做好各項準備工作，人員齊備、材料充足、機具運轉良好，施工現場道路、場地安全暢通、電源完備、保溫材料量足質好，砼澆筑采用機械振搗，振搗要細致而快速。混凝土的養護：混凝土澆筑完后馬上用塑料布覆蓋保持水份，同時在塑料布外側覆蓋保溫被進行保溫，保溫被的覆蓋應整齊、嚴密，使砼溫度不至下降過快，避免砼凍害的發生。適當延長混凝土養護的時間，以不少于15天為宜。加做兩組混凝土同條件試塊放在現場環境中，以便隨時得到同條件下混凝土的抗壓強度。

3 冬期混凝土施工熱工計算

本施工區段混凝土原材料加熱方法：優先采用加熱水的方法，當加熱水仍不能滿足要求時，再對細骨料(砂)進行加熱；水加熱溫度控制在80℃以下，砂加熱溫度控制在60℃以下。按至鉆孔灌注樁澆筑現場混凝土拌合物的溫度為5℃進行計算。

3.1 混凝土拌合物出機溫度計算

混凝土拌合物經混凝土運輸車運輸到澆筑時溫度按下式計算：

T2=T1-(αt1+0.032n)(T1-Ta)式中：T2:混凝土拌合物運輸到澆筑時溫度，取5℃；T1:混凝土拌合物出機溫度（℃）；t1:混凝土拌合物自運輸到澆筑時的時間，取0.75h；n:混凝土拌和物運轉次數，取2；Ta:混凝土拌合物運輸時環境溫度（℃）；α:溫度損失系數（h-1），取α＝0.25；

為確保工程質量，按運輸環境溫度為－10℃時，所需的混凝土拌合物出機溫度10℃控制冬期混凝土的施工。

3.2 混凝土拌合物溫度計算

混凝土拌和物的溫度按下式計算：T1＝T0-0.16*(T0-Ti)

式中：T0—混凝土拌合物溫度（℃）；T1—混凝土拌合物的出機溫度（℃），取10℃；Ti—攪拌機棚內溫度（℃）；

即:10＝TO-0.16*(T0-Ti)；解得：T0=(10－0.16Ti)/0.84℃。

3.3 混凝土拌合物中水的加熱溫度計算

混凝土拌合物的理論溫度按下式進行計算：T0＝[0.92(mceTce＋mfTf+msaTsa+mgTg)+4.2Tw(mw-wsamsa-wgmg)+c1(wsamsaTsa+wgmgTg)-c2(wsamsa+wgmg)]÷[4.2mw+0.92(mce+mf+msa+mg)]

式中：T0—混凝土拌合物溫度（℃）；mw、mce、mf、msa、mg —水、水泥、粉煤灰、砂、石的用量(Kg）;其值分別為：152Kg、291Kg、107Kg、782Kg、1028Kg；Tw、Tce、Tf、Tsa、Tg—水、水泥、粉煤灰、砂、石的溫（℃）

wsa、wg—砂石的含水率（％）；c1、c2—水的比熱容（KJ/Kg*K）和冰的溶解熱（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。

即：Tw=[((10-0.16Ti)/0.84)*(4.2mw+0.92(mce+mf+msa+mg))-(0.92(mce+mfTf+msaTsa+mgTg)+c1(wsamsaTsa+wgmgTg)-c2(wsamsa+wgmg)]/ 4.2(mw-wsamsa-wgmg)

①當環境溫度大于0℃時，假定攪拌機棚內氣溫及粗、細骨料的溫度同實際的環境溫度，采用加熱水的方法來保證混凝土的出機溫度滿足要求。水的加熱溫度計算如下：

②當環境溫度小于0℃時，假定粗骨料的溫度同實際的環境溫度，本施工區段采用加熱細骨料（砂）和水的方法，來保證混凝土的出機溫度達到10℃，水的加熱溫度計算如下：

說明：采用加熱砂和加熱水方法，砂加熱溫度控制在40℃以下，水加熱溫度控制在80℃以下；當環境溫度小于－10℃時，暫停混凝土施工。

4 冬季施工溫度測量

4.1 混凝土的測溫工作

在砼中埋設測溫導線設專人進行測溫，包括大氣溫度、混凝土的出機、入模溫度、混凝土內部溫度，如有異常及時采取措施。

要求砼出罐溫度不低于10℃，入模溫度不低于5℃。測溫次數控制：砼澆筑完及時測一次溫度做為第一次測溫，以后每2小時測一次，連測三天，三天后改為每4小時測一次（早8：00、晚8：00、夜2：00）至砼溫度0℃為終結。

4.2 測溫要求

①在測時，按測點編號順序進行，如埋設測溫孔，溫度計插入測溫孔后，堵塞住孔口，留置在孔內3-5分鐘后進行讀數；

②混凝土出罐、澆注及入模溫度每一工作班不應少于4次；

③當采用蓄熱法養護時，其間每6小時測量一次；

④摻用防凍劑混凝土，在強度未達到4.0Mpa以前，每2小時測1次，以后每6小時測一次；

⑤冬期施工有室外大氣測記錄表；

⑥采用成熟度法預估混凝土強度。

5 施工中的注意事項

①本施工區段冬期混凝土施工的期限：當連續5 天的日平均氣溫穩定在5℃以下，則此5天的第一天為進入冬季施工的初日；當氣溫轉暖時，最后一個5天的日平均氣溫穩定在5℃以上，則此5 天的最后一天為冬季施工的終日。

②當環境溫度在0℃以上時，僅需將水加熱到表中溫度；當氣溫小于0℃時，需采用將水、細骨料至加熱至表中的溫度。

③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。

④盡量縮短混凝土拌合物從出料至澆筑現場的運輸時間，冬季施工期間，罐車應使用定型的保溫被覆蓋，減少運輸過程中混凝土熱量的損失。

⑤在鉆孔灌注樁混凝土澆筑后，為防止熱量及水份散失過快及風雪侵襲，抵御氣溫驟降，提高混凝土的早期強度，采用一層塑料布覆蓋表面，再用草袋覆蓋。

⑥當環境氣溫低于－10℃時，停止混凝土施工。

⑦首灌混凝土施工時，需實測混凝土出機溫度，必要時，對加熱水溫、細骨料溫度進行調整，保證混凝土的出機溫度滿足要求。

6 結束語

冬季混凝土施工是工程施工的難點之一，且對后續工程質量影響很大。如何保證冬季混凝土的施工質量是保證整個工程質量的關鍵。只要廣大工程技術人員提高認識，注意采取一定的工藝及技術措施，冬季混凝土的施工質量是完全能得到保證的。

參考文獻：

[1]冬期施工規程JGJ104-97.

[2]混凝土結構施工驗收規范.GB50204-2002.

[3]《混凝土外加劑應用設計規范》.GB50119-2003.

[4]《建筑工程施工質量驗收實施細則》. DB21/1234-2003.

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