長春某工程冬期施工混凝土溫度設計和強度檢測

關歆瑩 裴如軍 王 旭

(1.北京建工集團有限責任公司，北京 100055; 2.北京市第三建筑工程有限公司，北京 100044)

我國北方寒冷地區冬季時間長且寒冷。在《建筑工程冬期施工規程》［1］中有相關規定，當室外日平均氣溫持續5 d低于5℃，便進入冬期施工;在室外日平均氣溫持續5 d高于5℃時，解除冬期施工。混凝土結構工程的施工通常應避免在冬季開展，伴隨建設工程的大量增多，嚴寒地區的一些工程由于工期緊，為了保證工期，需要在冬季連續施工。因此，對冬期施工的工程，在冬季低溫環境施工中須采取保溫措施避免混凝土遭受凍害，進而保障整個結構工程的工期和質量。

1 工程概述

1.1 工程概況

工程位于吉林省長春市東南部凈月經濟開發區，施工區地勢東北高西側低，高差約為4 m，用地面積150 028 m2。工程總建筑面積約605 191.51 m2，工程地下為聯體車庫，地上建筑包括酒店、七星溫泉酒店、水上樂園、室內樂園、商業。

1.2 工程場地氣候

1)凍土深度:根據《中國季節性凍土標準凍深線圖》［2］，場地的標準凍深為1.70 m，凍脹等級為Ⅲ級。

2)氣溫:根據收集2014年—2016年11月上旬氣象站氣溫資料和2015年現場測溫顯示工程現場實際最低溫度均達到0℃以下，即10月中、下旬進入越冬維護。

1.3 越冬維護時間

根據常年氣象觀測資料，結合工程相關測溫記錄，于2017年10月20日進入越冬維護期，到2018年的4月1日(歷時155 d)開始復工。

2 混凝土施工要求

混凝土施工，在混凝土中摻加適量抗凍早強劑，混凝土內摻復合抗凍早強劑，現場出罐溫度10℃。根據混凝土熱工計算，入模溫度最低保證值為5℃，保溫棚內通過暖氣加熱，室內溫度應在20℃左右。抗凍臨界強度定為4 MPa，極端天氣則定為5.0 MPa。

3 施工過程中混凝土對溫度要求的計算

3.1 混凝土拌合物經由運輸到澆筑時的溫度T2

其中，T1為預拌混凝土出機溫度;T1－αtT1(T1－Ta)為混凝土拌合物經由運輸到達現場時的出罐溫度(取10℃);T2為混凝土拌合物經由運輸到達澆筑時的溫度，℃;Ta為運輸時候的環境氣溫，℃，取Ta=－10℃最不利情況;混凝土轉換輸送次數為n，泵送n=1次。

混凝土罐車到達施工現場時的出罐溫度不小于10℃時，混凝土入模溫度不小于5℃符合規范要求。

3.2 混凝土澆筑成型完成時刻的溫度T3

混凝土澆筑成型完成時溫度的計算，需要考慮模板和鋼筋的吸熱影響:

其中，T3為由于鋼筋和模板吸熱影響，混凝土澆筑成型完成時的溫度;Cc為混凝土的比熱容，取1 kJ/kg·K;Cf為鋼模板的比熱容，取0.48 kJ/kg·K;Cs為鋼筋的比熱容，取 0.48 kJ/kg·K;mc為每立方米混凝土的重量，取2 400 kg;mf為每立方米混凝土的相接觸的模板重量，取421 kg;ms為每立方米混凝土的相接觸的鋼筋重量，取120 kg;Tf為模板的溫度取最不利的－10℃，未預熱時可采用當時的環境溫度;Ts為鋼筋的溫度，取最不利的－10℃，未預熱時可采用當時的環境溫度。根據式(1)，式(2)計算，商品混凝土出罐溫度要求不小于10℃時，可以確保入模溫度不小于5℃。

3.3 混凝土保溫養護冷卻到0℃時需要的時間t0

混凝土保溫養護冷卻到任一時刻T的公式:

其中，K為總傳熱系數，取7.8 kJ/m2hK。K是20 mm阻燃保溫被、塑料薄膜保溫層和15 mm膠合板三項總合;Vce為水泥水化速度系數，取 0.017 h－1;Cc為混凝土的比熱容，取 0.96 kJ/kg;ρc為混凝土的質量密度，取2 500 kg/m3;Qce為水泥累積最終放熱量，取330 kJ/kg;mce為每立方米混凝土水泥用量，取300 kg/m3;T3為混凝土入模溫度，取10℃;Tm，a為混凝土蓄熱養護開始至任一時刻的平均氣溫，取－9℃。

混凝土養護冷卻至0℃所需時間的計算方法:

將上述所計算的系數分別代入混凝土保溫養護冷卻至任一時刻的溫度公式 T= ηe－θVce－ φeVce·t3+Tm，a，計算公式得 T=ηe－θVce－ φeVcet3+Tm，a=3.94e－1.93+15.06e－0.68－ 9。

用試算法求T=0℃時的t值。估值t取60 h，代入公式求得T=0.17℃，表明混凝土養護60 h已基本接近0℃，故取t0=60 h。

3.4 混凝土溫度養護冷卻到0℃時的平均養護溫度Tm

式(4)是混凝土養護至任一時刻的平均養護溫度的公式。

將t0=60 h代入上述公式，計算混凝土養護冷卻至0℃的平均養護溫度Tm=3.6℃。

4 混凝土性能檢測

為了按照《建筑工程冬期施工規程》的要求完成長春復華未來世界文化旅游中心工程嚴寒地區冬期混凝土的施工，通過現場試驗掌握了冬期混凝土強度增長的規律，了解在嚴寒地區連續低溫條件下，影響混凝土強度增長的成熟度折算關系和等效養護齡期，滿足混凝土部件強度，保障冬期施工混凝土的施工質量［3］，符合混凝土結構工程施工質量驗收規范［4］。

4.1 成熟度法計算混凝土早期強度

工程采用C60混凝土在20℃標準養護條件下試驗測試［5］，各齡期強度見表1。

表1 混凝土標準養護條件下各齡期強度

1)圖解法。

利用表2數據，經回歸分析［6］擬合成曲線方程:

其中，f為混凝土立方體抗壓強度，MPa;D為混凝土養護齡期，d;a，b 均為參數。

根據表2數據，做出強度—齡期曲線和回歸分析擬合曲線圖1。

圖1 強度—齡期曲線和回歸分析擬合曲線圖

2)計算法。

非線性回歸分析計算 a=66.750，b= －2.14，2 d，3 d，7 d 和28 d非線性回歸計算強度(MPa)見表2。由表2可見，2 d，3 d，7 d的強度閾實測值接近或相同，1 d和28 d有些差別。

混凝土澆筑后，初期養護溫度測試記錄見表2，根據表2，計算等效齡期 De板=28.14 h，De梁=28.32 h。將 a=66.750，b= －2.140;De板=28.14 h，De梁=28.32 h 代入式(5)，求得:f板=66.750e－2.140/28.15=61.86 MPa，f梁=66.750e－2.140/28.32=61.89 MPa，將求得的數值乘以0.8，得出66 h養護混凝土達到的強度:

表2 混凝土澆筑后測溫記錄及等效齡期計算

4.2 不同齡期混凝土試塊抗壓強度試驗

在2017年12月采取了3 d，16 d，28 d和56 d的試驗，結果見表3。表3中每件試塊抗壓強度及每批試塊抗壓強度值的計算是依據 GB/T 50081—2002普通混凝土力學性能試驗方法［3］計算的。

表3 混凝土試塊抗壓強度試驗

由表3可見試驗標本結果，當齡期16 d時，已達到設計強度107%，28 d和56 d的強度已達到115%，超過建筑工程冬期施工規程，符合要求。

5 結語

依據建筑工程冬期施工規程施工，根據工程實際計算的混凝土在運輸、澆筑和保養過程中溫度的要求，進行了施工。施工結果表明，混凝土的抗壓強度檢測是合格的，達到并超過建筑工程冬期施工規程。