马如 赵长明
摘 要：随着城市建设的迅猛发展，对于建设工程工期的要求，冬季施工已是不可避免的选项，而大体积混凝土的冬季施工问题，特别是地下室底板部分的施工技术问题也逐步增加。该工程在针对大体积混凝土底板的浇筑时，针对该项目施工中采用的施工工艺，包括添加外加剂法、混凝土原材料蓄热法，尤其是空白低温混凝土施工工法做出分析。
关键词：冬季施工 大体积混凝土 温度应力 裂缝控制 保温
中图分类号：TU755.8 文献标识码：A文章编号：1672-3791（2021）04（b）-0091-04
Discussion about Construction of Mass Concrete in Winter
MA Ru1 ZHAO Changming2
（1.Anhui Kechuang Engineering Project Management Co.，Ltd.， Hefei， Anhui Province， 230003 China; 2.Sino Rsing-SunCongstruction Group Co.， Ltd.， Chuzhou， Anhui Province， 239000 China）
Abstract： With the rapid development of urban construction， winter construction is an inevitable option for the requirements of construction period， and the winter construction problems of mass concrete， especially the construction technology problems of basement floor， are gradually increasing. In this project， when pouring the mass concrete floor， the construction technology used in the construction of this project， including the method of adding admixtures， the method of heat storage of concrete raw materials， especially the construction method of blank low temperature concrete， is analyzed.
Key Words： Winte rconstruction; Mass concrete; Temperature stress; Crack control; Preserve heat
隨着城市建设的迅猛发展，对于建设工程工期的要求，冬季施工已是不可避免的选项，而大体积混凝土的冬季施工问题，特别是地下室底板部分的施工技术问题也逐步增加。为此，根据笔者实际接触的部分项目，在此对于冬季大体积混凝土施工进行研究与分析。
1 工程概况
滁州市某大厦主楼基础为钢筋混凝土筏板基础，厚度为2.5 m，长为45 m，宽度为18 m，底板埋深为-5 m，底板配筋为三层双向钢筋，间距为100～150 mm。该层板设计混凝土等级为C30，抗渗要求为S6级，混凝土总量约为2 000 m3。
2 施工工艺浅析
正常情况下，对于混凝土特别是地下室底板部分的大体积混凝土施工，混凝土浇筑养护过程中因为温度收缩应力过大从而形成的温度应力裂缝是必须要得到控制的，因此为了减少乃至避免此类问题的产生，施工单位一般采取选用类似低热硅酸盐水泥等水化热较低的材料和经过降温处理的水等给原材料降温的措施来控制水化热的增加，减小混凝土的内外温差。但是对于混凝土的冬期施工，为了防止混凝土受冻破坏，导致混凝土承载力的降低，特别是保证混凝土强度能够在一定较低的温度范围内正常温度增长，施工单位通常会采用提高混凝土的入模温度以及通过添加外加剂、降低混凝土内水的冰点等措施。而由于这两个相互矛盾的特点及其混凝土强度形成的要素，在施工过程中需同时考虑以上两个方面的要求。
为此，该工程在针对大体积混凝土底板的浇筑时，针对该项目施工中采用的施工工艺，包括添加外加剂法、混凝土原材料蓄热法，尤其是空白低温混凝土施工工法，做出以下分析。
（1）施工期间是在12月下旬，根据滁州市气象部门提供的历年资料，该地区冬季（11月到次年2月期间）最高气温为15 ℃，最低气温-5 ℃，平均气温1 ℃～3 ℃。同时，该工程位于城市中心，四面均有相邻建筑物，考虑到为基础底板施工，且施工面处于地下，背风条件较好，混凝土浇筑面的温度比室外地面的气温大约高出约1 ℃～2 ℃左右，是非常有利于该项目混凝土浇筑后的养护工作。
（2）冬季施工时，由于原材料本身温度已经很低，因此不必再做降温处理。
（3）该项目施工面较大，对于大体积混凝土较为有利，不易受冻，且易于采取覆盖方式保温。
（4）该项目采用商品混凝土，运输里程约为20 km左右，通过现场情况，对相关参数进行取值调整后，热工计的计算结果显示，对于该项目的混凝土施工不做特殊处理时，混凝土入模温度也是可以满足施工的相应要求。
（5）虽然该项目采用低水化热水泥配制混凝土，但是对于大体积混凝土，其产生的水化热量依旧较多，可以满足混凝土强度正常增长的需要。
因此，结合现场实际情况，该项目通过技术部分的研究分析后，决定采用空白低温混凝土施工方法，即混凝土制备的原材料，主要是水，采取不加热，同时不参加任何防冻剂的方式，仅仅通过对混凝土内外温差的控制措施来解决该项目在地下室底板大体积混凝土浇筑时，可能产生的温度裂缝及冻害。
3 混凝土抗裂问题的研究分析
当该项目地下室底板大体积混凝土浇筑时，因为水泥的水化反应会产生大量水化热，从而导致其在混凝土内部集结，短期无法散发出去，从而在混凝土内外产生温度差，进而形成温度应力，此种现象对于冬季施工的大体积混凝土尤为明显。此时，如果混凝土的强度较低，混凝土弹性模量小，混凝土的抗拉强度值不高，当内外温度差形成的应力差过混凝土自身抗拉强度时，该混凝土内部就会产生微裂缝，而随着时间的推移，裂缝逐渐发展，对混凝土强度及钢筋的防锈产生较大的影响。同时，随着养护时间及龄期的增长，水化热逐步释放完毕，混凝土内部又会因为降温形成的热胀冷缩从而产生收缩变形，当此变形受到地基及内部钢筋的约束从而对混凝土产生拉应力，当拉应力超过混凝土的自身抗拉强度后，也会催生出更大的混凝土裂缝[1]。因此，该单位根据长期的施工经验，对于此次大体积混凝土浇筑施工工程中，特别注意的就是混凝土裂缝及变形的控制，而措施方法主要就是通过计算及现场观测，实时采取措施，控制混凝土内部温度与表面温度之差。一般情况下对于大体积混凝土，控制在 20 ℃～30 ℃之间。
针对该项目，因为是冬季施工，此次大体积混凝土按照温差20 ℃进行抗裂计算，其水化热计算具体如下。
3.1 最大绝热温升计算
最大绝热温升Tmax=mc×Q/C×ρ（1-e-mt）
式中，Tmax为混凝土最大绝热温升（℃）;
mc为混凝土中水泥用量（kg/m3）;
Q为水泥28天水化热（Kj/kg）;
C为混凝土比热容，取值0.97 （kJ/kg·K）;
ρ为混凝土密度，2 400 kg/m3;
e为为常数取值2.718;
t为混凝土的龄期（d） ;
m为系数，随浇筑温度改变，见表1。
3.2 混凝土中心温度计算
T1ω=Tj+Th×εω。
式中，T1ω为t龄期混凝土中心温度;
Tj为混凝土浇筑温度;
εω为t龄期降温系数，见表2。
经计算，该项目底板大体积混凝土最高绝热温升值计算结果为58.18 ℃;
根据各种材料的温度测算，混凝土入模温度预估为8 ℃，实际施工时入模温度在5 ℃～8 ℃之间，与计算取值相近（如表3）。
最终，依据《大体积混凝土施工标准》（GB 50496-2018）中附件B，通过计算得到不同龄期混凝土温度收缩应力，具体见表4。
由表4可以得到结论，对于此次大体积混凝土浇筑施工，将混凝土温度差控制在20 ℃以内后，该工程的混凝土将不会产生温度裂缝。
4 混凝土的抗冻分析
4.1 混凝土的防冻与热工计算
正常施工过程中，施工单位通过对混凝土表面进行保温材料的覆盖，通过水化热的产生，从而有效提高混凝土表面温度，减小混凝土内外的温差。在该项目大体积混凝土浇筑期间，可以通过在混凝土表面覆盖一层保温层，减小表面热量的快速流失，使混凝土表面温度保持在30 ℃左右，与外界气温的温差最高达35 ℃左右;而在混凝土浇筑后第二天，其表面温度一般可以达到10 ℃左右，与外界气温的温差最高达15 ℃左右。因此，该项目通过热工计算可以得到以下结论，即做好混凝土养护过程中的表面的保温覆盖后即可以满足防冻及控制裂缝的基本要求。同时，因为该项目地下室底板大体积混凝土浇筑采用的是空白低温混凝土法，因此，在进行大体积混凝土冬期施工的条件下，其热工计算与采用蓄热法的热工计算有一定的不同。该项目大体积混凝土浇筑后，因为大量水化热的作用导致混凝土的温度不断提高，而混凝土强度也会随着时间的增长得到显著提高，为此通過热工计算可以知道，混凝土入模温度是完全可以满足振捣成型的施工要求[2]。在该工程浇筑施工期间，根据制备混凝土时段实测的原材料，包括水泥、水、砂石等的温度及当地气象部门发布的实时天气预报，该单位进行观测记录，混凝土的入模温度最高在8 ℃左右，最低在3 ℃左右，而正常情况下5 ℃～8 ℃之间的入模温度，完全可以满足该项目混凝土浇筑施工的要求。
4.2 冻结现象
混凝土浇筑施工时，在施工缝预留位置，尤其是在接茬部位可能会在混凝土表面出现冻结现象，而因为施工要求，在振捣的期间，特别是在往返振捣的过程中，该部位不能立刻采取保温覆盖的措施进行处理，故该部分混凝土在低温环境中暴露的时间较长，更容易出现冻结现象，最终会影响混凝土的各项强度指标。经过对该项目施工过程中肉眼的实时观察，当白天为零上温度时，现场没有产生冻结现象，而在夜间温度在-2 ℃以上的期间时，现场也没有产生冻结现象。但是此次浇筑施工过程中，在混凝土浇筑的第三天，夜间温度突然达到-4 ℃的温度，而根据现场的实测数据，在部分时段混凝土的入模温度在2 ℃左右，浇筑混凝土后时间不长即在未覆盖保温区域表面出现了冻结现象。而在混凝土浇筑振捣往返期间内，实测发现混凝土表面最大冻结厚度约为0.3 mm左右，冻结面为微白色，冻结层强度很弱，轻轻触动即可导致冻结面的破碎，而此时混凝土尚处于初凝前状态，根据实际施工经验及查阅部分资料后得到：“混凝土初龄受冻，即新拌混凝土在浇灌后，初凝前立即受冻。这时水泥未水化或有极微量的水化热，水泥缺乏水化的基本条件——液相水，这样冻前强度几乎等于零。对于立即受冻的混凝土，由于水泥初期水化产物的触变还原性在解冻并转为正常养护后，仍保持水泥的正常水化和混凝土强度的正常建立[3]。”该项目在进行底板大体积混凝土浇筑时，该项目接茬部位表面的冻结属于初龄受冻现象，冻结层的厚度较薄，因此，在振捣的作用下，冻结层会被立即破坏，混凝土表面无法形成较长时间的冻结块，故此次表面的冻结不会影响混凝土的粘结内力及强度[4]。施工过程中，通过在现场的实时检查后发现，经振捣后检查，其冻层均已被融化。而在后期试块的同条件养护下的试压数据，可以得出，混凝土强度没有降低，但是笔者还是建议在施工过程中应加强振捣，适当延长振捣时间。
5 工過程简述
（1）模板全部采用木工板。
（2）混凝土浇筑到顶部，沿板短边往返循环浇筑，混凝土工作面约为35°～40°之间的斜面，一次性浇筑完成，每次浇筑厚度约为300 mm。振捣时由下往上振捣，往返一个循环约2 h[5]。
（3）混凝土的养护采用8 mm土工布，每完成混凝土的一个施工段的振捣后，马上采取覆盖得方式进行保温养护，对于接茬部位更是需要密实填堵，保证覆盖严实。
（4）混凝土的测温方式：采用φ25钢管预埋在混凝土底板内，管底距板底距离约为800 mm，管口处伸出混凝土约100 mm。管底用钢板焊死，管口用保温材料包裹。测温时间间隔约为4 h左右，测温顺序为先测检测孔周围保温层下混凝土表面的温度，再测检测孔内的温度，后计算其温度差[6]。
6 经济效益分析
采用空白低温混凝土法措施对大体积混凝土浇筑进行施工，可以通过采取空白低温法控制混凝土内外温差的方法对大体积混凝土冬期施工质量进行控制，相较于综合蓄热法、掺加添加剂法等措施，该工艺可以节约混凝土防冻剂费用及增加入模温度增高混凝土原材料而增加的加热费用，且可以简化部分工艺，加快工期，有效提升项目的总体经济效益。
7 结语
冬季施工采用空白低温大体积混凝土施工工艺，通过控制混凝土内外温差的措施进行大体积混凝土冬期施工，在江淮地区冬季，在正负温度交替期间、最低气温在-5 ℃以上的情况下是完全可以满足正常施工需要。
参考文献
[1] 高旭东.冬季施工大体积混凝土防止裂缝的措施[J].有色环保建材，2020（10）：107-108.
[2] 沈良.大体积混凝土施工质量控制技术探析[J].中小企业管理及科技，2019（10）：193-194.
[3] 钮岳.建筑工程中大体积混凝土裂缝的控制探讨[J].科技创新导报，2020，17（5）：29-31.
[4] 周勇.混凝土的冬季施工技术措施[J].四川水泥，2018（10）：111.
[5] 朱志丽.建筑工程技术中混凝土冬季施工技术的研究[J]建材与装饰，2019（23）：46-47.
[6] 谭春腾.论土木工程中大体积混凝土结构施工技术[J].科技创新导报，2020，17（12）：3-4.
