寒冷地區冬期混凝土結構養護質量的保證措施

中建三局建設工程股份有限公司西北公司 西安 710065

1 工程概況

蘭石集團裝備制造工業園區建設項目行政中心工程，位于蘭州新區經十三路東側，緯一路北側。本工程是1 棟主樓為12 層、兩側附樓為3 層的辦公樓，含1 層地下室（樁基礎），整體為框架結構。辦公大樓及地下車庫總建筑面積約為69 195.72 m2。建筑總高度為60.0 m。本工程自2013年11月5日進入冬季施工，連日以來大氣溫度持續下降，最低溫度達－20 °C，最高氣溫－2 °C，日平均溫度－11 °C。

2 混凝土的原料及制備[1,2]

本工程采用甘肅某公司的預拌混凝土。

（a）混凝土配合比中，采用祁連山P.O 42.5水泥，水膠比為0.41，粉煤灰（Ⅱ級）摻量為膠凝材料17％，外加劑選用MNF-1高效防凍劑（－15 °C，摻量為5％）和MNF-8緩凝高效減水劑（摻量為2％～3％）。4 層梁板（C35）混凝土質量配合比為：水泥∶煤粉灰∶細骨料∶水∶減水劑∶高效防凍劑= 340∶70∶741∶1 112∶170∶7∶21。

（b）根據冬期施工要求，沖洗石子在正溫下進行。根據現場測溫和當時氣溫，要求混凝土拌和物運輸到澆筑時溫度不小于15 °C，則根據混凝土拌和物運輸到澆筑時的溫度由熱工計算公式得出，熱水攪拌混凝土，水溫控制在60～70 °C。

（c）運輸過程中，罐車采用保溫材料進行包裹保溫。

（d）混凝土采用56 m泵車進行澆筑，澆筑時先澆筑墻柱混凝土，然后澆筑梁板混凝土，混凝土收平后立即用塑料薄膜和棉氈及彩條布進行覆蓋。

3 混凝土的養護方案制定

本工程采用蓄熱法、綜合蓄熱法和暖棚法相結合的保溫措施來保證混凝土冬期施工質量。

方案1：混凝土表面采用薄膜和棉氈彩條布進行覆蓋養護，結構層底部采用暖棚法進行升溫養護。暖棚以周邊外架為骨架，用彩條布進行維護。結構內部設火爐，采用廢舊模板木方配合無煙煤進行升溫養護。設置每個火爐能夠覆蓋70～80 m2的范圍，并安排看火人，確保持續生火及防止火災發生。

方案2：混凝土表面采用薄膜+棉被（厚3 cm）進行覆蓋養護，暖棚以結構周邊滿堂架為骨架，在滿堂架周邊用彩條布與棉被進行維護。結構內部設臨時取暖設備（火爐），采用無煙煤進行升溫養護。設置每個火爐能夠覆蓋70～80 m2的范圍，并安排看火人，確保持續生火及防止火災發生。澆筑混凝土前2 h開始升溫，施工時，確保混凝土入模溫度不得小于5 °C，表面溫度不得低于1 °C，混凝土強度超過40％方能逐漸減少暖棚內火爐數量，混凝土澆筑完升溫養護至少3 d。澆筑同時，還應分別做3 組3 d、7 d、14 d同養試塊。

4 混凝土冬期養護的監控措施

為了解冬期施工混凝土內部溫度變化情況，在混凝土施工期間采用電子測溫儀進行混凝土測溫，在混凝土施工之前，進行測溫導線預埋，預埋點選擇結構構件中有代表性的位置，如角部構件、邊緣構件等。梁預埋點剖面圖如圖1、圖2所示，板預測溫點埋設剖面圖如圖3，柱測溫點埋設平面及剖面見圖4、圖5所示。

圖1 邊梁測溫點埋設剖面

圖2 非邊梁測溫點埋設剖面

圖3 板預測溫點埋設剖面

圖4 柱測溫點埋設平面

圖5 柱測溫點埋設剖面

5 結果分析

通過方案1和方案2的實施效果，得出以下的結論：

（a）通過方案1的實施，主樓3層及附樓5區2層施工時，大氣平均溫度為－8°C，混凝土的強度可以達到規范要求。可是在附樓四區3層施工時，天氣突降，澆完混凝土后，當日測得大氣溫度為－14°C時，混凝土強度上升十分緩慢。得出結論為：方案1可以采用于大氣溫度不低于－10 °C時的冬期混凝土養護。當溫度為－20°C～－10°C時，應采用方案2。

（b）通過方案2的實施，通過測溫記錄和強度變化可以看出，當溫度為－20°C～－10°C時，采用方案2，冬期施工混凝土的強度完全可以達到規范要求。

（c）方案2與方案1的差別：方案2暖棚周邊封閉材料采用彩條布+棉被，并以周邊滿堂架作為維護結構，減少了結構與封閉材料之間的空隙，有效減少了熱量的散失途徑，且通過增加棉被進行封閉，明顯提高了周邊保溫封閉效果；方案2板面覆蓋材料改為塑料薄膜+棉被，且棉被覆蓋嚴密，保溫效果較方案1明顯。

通過溫度的柱狀圖（圖6），可以看出大氣溫度均為負值時，采用方案2后，能明顯提高棚內的溫度，而混凝土表面的溫度也均大于10°C，滿足現澆混凝土在大氣溫度－20°C～－10°C時養護；方案2通過棉被封閉暖棚及進行混凝土表面覆蓋，增加了封閉材料和覆蓋材料的成本，但是封閉保溫功能的提高，有效地阻止了熱量的損失，減小了無煙煤的損耗量，節約了成本。本工程共消耗無煙煤28 t。

圖6 各個環境中的溫度

（f）本工程在方案2環境下單位體積空氣升高1 °C，所需無煙煤約0.24 kg，可為以后類似工程提供借鑒。

6 關鍵技術要點

（a）根據現場氣溫和施工條件確定混凝土的入模溫度，根據入模溫度反推拌和物出機溫度。根據出機溫度，通過熱工計算求得混凝土拌和時所需水的加熱溫度。

（b）混凝土添加溫度為－15°C的MNF-1高效防凍劑，明顯地改變了混凝土的和易性、可泵性，且坍落度損失小。降低了混凝土中水泥水化的臨界溫度，保證混凝土強度增長。

（c）混凝土表面采用塑料薄膜+棉氈（－10°C以上）/棉被（－20°C～－10°C之間）進行覆蓋保溫，防止了水泥水化熱量的散失，有效的利用水化熱量加速水化過程，使混凝土強度迅速增長。同時塑料薄膜具有保濕作用，防止混凝土出現失水開裂現象

（d）采用暖棚法養護，應在混凝土澆筑前2 h對鋼筋和模板進行預熱，以減小鋼筋模板對混凝土熱量的吸收。

（e）本工程在構架中預埋測溫導線，通過電子測溫儀進行長達1 個月測溫觀察，根據實測大氣溫度、暖棚溫度及混凝土構件內部溫度，繪制溫度變化趨勢圖，并結合混凝土同養試塊的強度變化，確保養護措施有效。

7 結語

通過對本工程冬期混凝土結構養護施工的實施和研究，為相似環境冬期混凝土養護提供借鑒。