大體積混凝土冬季施工技術(shù)在水運工程中的應用研究

◎ 趙彬 渤海石油航務建筑工程有限責任公司

李放 譚博文 中交一航局第五工程有限公司

水運工程大體積混凝土施工中，室外溫度對其的影響較為顯著，若持續(xù)5d溫度在5℃以內(nèi)或是存在平均最低氣溫在0℃以內(nèi)的條件時，極容易對大體積混凝土的施工質(zhì)量帶來影響，伴有凍害等質(zhì)量問題。因此，探討冬季低溫環(huán)境下的大體積混凝土施工技術(shù)極具必要性。

1.物理模型及溫度監(jiān)測分析

本文結(jié)合天津港某工程，該水運工程施工條件較差，冬季低溫易影響混凝土的工程性能。根據(jù)大體積混凝土冬季施工的基本特點對其展開數(shù)值模擬分析，視施工條件創(chuàng)建澆筑物理模型，于具有代表性的區(qū)域埋設溫度監(jiān)測點，采集數(shù)據(jù)，進而準確確定其熱學參數(shù)，給正式施工提供依據(jù)。

（1）物理模型。物理模型尺寸為4m×3m×2m，先澆筑高度為0.8m的部分，再完成剩余1.2m的澆筑作業(yè)，兩個階段間隔時間設為1d，所用材料均為C45混凝土。

（2）模型塊循環(huán)冷卻系統(tǒng)。以大體積混凝土的施工量、現(xiàn)場環(huán)境溫度等為參考，合理設置循環(huán)冷卻水管，冷卻水管以輸水黑鐵管為基礎材料制作而得，基本尺寸為內(nèi)徑25mm、壁厚1.0～2.0mm，每層均存在進出水口，由此構(gòu)成兩個暢通的冷卻水管循環(huán)。

（3）測溫點的布設。在物理模型上共布設4個溫測點，溫度傳感器的數(shù)量要求為各溫測點均為4個、各進水口和出水口均為1個。

（4）測溫結(jié)果。自混凝土澆筑后，在第68h出現(xiàn)溫度峰值，具體達到51.6℃，經(jīng)數(shù)據(jù)對比分析后確定其最大內(nèi)表溫差為15.5℃。以所得的溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)為參考，對混凝土比熱、熱傳導率等相關(guān)熱學參數(shù)作出調(diào)整，以期提高其合理性。

2.大體積混凝土冬季施工的數(shù)值模擬分析

2.1 模型基本參數(shù)和建模

模型尺寸與物理模型具有一致性，摻和料水化熱折減系數(shù)取0.91，按照該標準經(jīng)折減計算后，將水泥當量值設為445.9kg。材料方面選用的是P.O42.5水泥。

以分階段澆筑的流程為準，利用MIDAS/Civi1軟件創(chuàng)建各階段的有限元模型.

2.2 模擬內(nèi)容

混凝土冬季施工的條件較為苛刻，溫度對其具有顯著的影響。此處考慮到蓄熱養(yǎng)護法和綜合養(yǎng)護法，分別對各工況展開模擬分析，以探明溫度對混凝土施工帶來的影響機制，從而探尋合適的溫控方法。

（1）蓄熱養(yǎng)護法。以保溫材料的類別和保溫層的厚度為變量，分別探討不同條件下墩臺溫度的實際表現(xiàn)。環(huán)境溫度取-8℃，共確定5種保溫工況，均應用蓄熱法，由此探討墩臺混凝土溫度場在各條件下的變化情況。

（2）綜合養(yǎng)護法。取多種蓄熱養(yǎng)護工況，改變墩臺外部環(huán)境溫度，在此條件下探討不同溫度下墩臺混凝土溫度的實際表現(xiàn)。

2.3 模擬分析

不同溫控方案所帶來的應用效果各異，為對其應用情況作出準確的判斷，考慮到內(nèi)表溫差、降溫速率和內(nèi)部最高溫度三項指標，具體情況如表1所示。

結(jié)合表1內(nèi)容展開具體分析：工況2和工況3中，各自的內(nèi)表溫差均超過規(guī)定限值（25℃）；工況5、工況7及工況8降溫速率表現(xiàn)良好，均滿足要求（不超過2℃/d）；所提各工況下的最高溫升均未超過50℃，在此方面均滿足要求。通過對三項指標的對比分析后，認為工況5、工況7和工況8具有合理性，所提的溫控技術(shù)帶來的應用效果可滿足要求，因此從中加以選擇并確定合適的溫控方案。

3.大體積混凝土冬季施工的溫控方案

3.1 環(huán)境溫度控制

以電熱風機為主要溫控裝置，在其作用下改善墩臺模板內(nèi)側(cè)面溫度場。于側(cè)模外側(cè)設置阻燃保溫布，利用電熱鼓風機向其中吹入熱風，確保側(cè)模內(nèi)部環(huán)境溫度至少達到20℃。

3.2 循環(huán)冷卻系統(tǒng)

以1寸鋼管為基礎材料，分層依次布設到位（共2 層），按1 m的水平間距設置，流量穩(wěn)定在1.1m3/h～1.5m3/h。各層均配套進水口和出水口，各自分別對應有特定的冷卻水管循環(huán)系統(tǒng)。其中，進水口位于墩臺中部，出水口位于墩臺外圍，通過此方式降低混凝土的核心溫度，確保混凝土內(nèi)部溫度場具有合理性。

4.大體積混凝土冬季施工的技術(shù)要點

4.1 嚴把材料質(zhì)量關(guān)，合理配制混凝土

以不影響混凝土強度為基本前提，在混凝土生產(chǎn)階段摻入適量外加劑與粉煤灰，有效削弱水化熱并減少水泥用量。碎石以5mm～30mm的級配碎石較為合適，砂料可取優(yōu)質(zhì)的中砂，細度模數(shù)應在2.30以上，含泥量＜1%。為減少水泥的用量，可摻入Ⅱ級粉煤灰，其在降低水化熱方面具有較好的應用效果。為確保大體積混凝土的強度滿足要求，可摻入高效減水劑，在該外加劑的作用下能夠延長混凝土的初凝時間，增強施工的靈活性。此外，混凝土和水灰比也是混凝土生產(chǎn)階段的重點控制指標，前者以15cm～18cm為宜，后者以0.5cm～0.55cm為宜。

4.2 原材料蓄熱保溫

小粒徑的砂石凍塊摻雜至混凝土后易對其質(zhì)量造成不良影響，伴有混凝土分布不均、局部質(zhì)量明顯不足的情況。對此，將提高攪拌用水的溫度作為重點突破口，將其穩(wěn)定在30℃～60℃區(qū)間內(nèi)，由具有資質(zhì)的人員完成攪拌作業(yè)，密切關(guān)注混凝土的攪拌狀態(tài)。加強對混凝土攪拌溫度的檢測，要求其出機溫度具有合理性，否則也易對混凝土的質(zhì)量造成不良影響。

4.3 加強攪拌、運輸及澆筑階段的溫度控制

攪拌階段的溫度控制措施包含搭建暖棚、用大容量的攪拌機施工等。通過此類措施的應用可減少混凝土的熱量損失，在短時間內(nèi)完成攪拌作業(yè)，保證混凝土質(zhì)量的同時提高施工效率。混凝土生產(chǎn)期間的摻料順序會對最終的質(zhì)量造成影響，宜先摻入水和骨料，經(jīng)過攪拌后再摻入水泥。相較于常溫狀態(tài)下的拌制時間，冬季施工環(huán)境下應取該值的1.5倍，使原材料得到充分的攪拌處理。此外，拌和站與現(xiàn)場存在特定的距離，混凝土在運輸期間易受到低溫環(huán)境的影響而快速降低溫度，導致運抵現(xiàn)場的材料難以滿足溫度要求。對此，在混凝土裝料后需采取防護措施，例如加蓋篷布等，盡可能減少運輸途中的熱量損失，同時完善的防護措施也可隔絕混凝土與外界環(huán)境，以免因雜物混入影響質(zhì)量。冬季施工條件下，混凝土溫度下降速度較快，運抵現(xiàn)場后需要及時澆筑入模。

5.結(jié)語

綜上所述，通過綜合養(yǎng)護法和循環(huán)冷卻法的應用，可起到多重控溫的效果，減小大體積混凝土的內(nèi)外部溫差，保證混凝土的施工質(zhì)量。本文就具體的施工技術(shù)要點展開探討，希望可為類似工程提供參考，以提高冬季環(huán)境下的大體積混凝土施工水平。