大体积混凝土冬季施工技术总结

摘要：近年来，越来越多的工程被安排在冬季施工，使工地要同时保证大体积混凝土施工的降温要求和冬季施工的保温要求。这就要求在施工过程中混凝土的浇筑和养护既要满足冬季施工的保温要求，又要符合大体积混凝土低温入模和养护期混凝土内部的降温要求，这大大增加了混凝土施工技术的控制难度。

关键词：混凝土；大体积；冬季施工；技术

中图分类号：TU755.8 文献标识码：A 文章编号：2095－6835（2014）08－0077－03

1相关定义

由于混凝土内水泥水化热较大，容易使混凝土产生温度裂缝而必须采取降温养护措施的混凝土被称为大体积混凝土，其一次浇筑最小断面尺寸一般大于1 m。

混凝土冬季施工是指在气温较低（连续3 d平均气温低于5 ℃或者最低气温低于－3 ℃）的情况下，采取一系列保温、加热措施进行混凝土施工，使混凝土拌和、浇筑和养生过程中不受低温、冻害影响的施工过程。

2大体积混凝土冬季施工技术要点

大体积混凝土冬季施工，即要求混凝土在施工过程中既要符合大体积混凝土低温入模和养护期混凝土内部的降温要求，又要满足混凝土冬季施工保温要求。这就要求在施工过程中，将混凝土和施工环境的温度控制在一个最佳的平衡点上，使混凝土施工和养护过程中既不会出现冻害，又不会因混凝土内水泥水化热过大而产生温度裂缝，同时还要满足混凝土各种设计指标的综合要求。

3工程概况

城川河特大桥位于山西省临汾市隰县境内，属于新建霍永高速公路西段控制工程，特大桥中心里程为K89＋092，全长1 005.6 m，共计15个墩台。其中6#墩承台位于209国道东侧，承台长23.2 m，宽14.2 m，高4.5 m，混凝土总方量1 482.5 m3，强度等级C30。混凝土统一由拌和站拌制，混凝土罐车运输，泵送入模。拌和站至施工现场约1 km，6#承台施工期间气温为－10～5 ℃。

4混凝土施工

4.1热工计算

本工程的混凝土主要是由P.O.42.5普通硅酸盐水泥配制的，承台混凝土配合比C30的比例为水泥（P.O42.5）∶砂∶骨料∶外加剂=1∶2.19∶3.43∶0.012，其中水泥质量为340 kg，砂745 kg，石子1 165 kg，水170 kg。为便于计算，暂对拌和水、水泥、砂和骨料的温度进行假定（均为可实现的温度），按项目部现有条件和冬季施工方案采取的措施，现将水温加热到60 ℃；粗细骨料和水泥均为正温，取1 ℃；砂子的含水量按3%计算；石子的含水量暂按0.5%计算；搅拌机棚内的温度取10 ℃；混凝土自运输至成型的时间取0.5 h；室外气温平均取－5 ℃；温度损失系数取混凝土运输车a=0.25计算。

通过计算得出，混凝土的出机温度为13.8 ℃，入模温度为10.4 ℃，绝热温升理论最高温升为66.465 ℃。当龄期为28 d时，温度升至66.462 ℃，后期升温很小。

由于大体积混凝土散热能力差，为了防止混凝土内部、表面与环境温差过大，超过规范允许的要求。所以，需要设置冷却管冷却，防止混凝土由于内、外温差过大产生温度裂缝。

4.2原材料

4.2.1细骨料

根据施工技术规范要求，大体积混凝土细骨料宜采用级配良好的中粗砂。由于中粗砂的孔隙率小，比表面积小，所以混凝土的水泥量和用水量可以减少，水化热会降低；控制砂石料中的含泥量，防止细骨料中的泥土吸附水泥和外加剂而影响混凝土质量。

施工过程中选用大宁县宜宁砂场机制砂，细度模数3.34，级配区Ⅰ区，表观密度2.517 g/cm3，含泥量2.3%，孔隙率38.8，均满足要求。

4.2.2粗骨料

根据承台钢筋绑扎密度和混凝土泵送性能要求，选用隰县岭上石料场5～10 mm和16～31.5 mm的碎石，表观密度2.665 g/cm3，其技术指标符合要求。

4.2.3水泥

混凝土中的热量主要是由水泥水化热产生的，为了降低水化热、减小温差，宜采用熟料中含铝酸三钙和硅酸三钙较少的中热硅酸盐水泥、低热矿渣水泥、粉煤灰水泥等。

施工过程中选用海天冀东P.O42.5水泥，经过试验确定其C3A含量较低，为7.48%；C2S含量相对较高，可适当减少混凝土初期放热量。

4.2.4粉煤灰

为了减少水泥用量，降低水化热，提高和易性，可以用粉煤灰代替部分水泥。掺入粉煤灰主要有以下几点作用：①粉煤灰中含有大量的硅、铝氧化物（其中SiO2含量为40%～60%，Si2O3含量为17%～35%），这些硅铝氧化物能够与水泥的水化产物进行二次反应，是其活性的来源，可以取代部分水泥，降低混凝土的热胀；②粉煤灰颗粒较细，能够参加二次反应的界面相应增多，在混凝土中分散更加均匀；③粉煤灰的火山灰反应进一步改善了混凝土内部的孔结构，使混凝土中总的孔隙率降低，孔结构进一步细化，分布更加合理，使硬化后的混凝土更加致密，相应收缩值也减小。但施工中应该注意的是，粉煤灰比重较小，混凝土振捣时，比重小的粉煤灰容易浮在混凝土表面，使上部混凝土强度偏低，表面容易产生塑性裂缝。

施工中采用临汾河西热电有限公司的Ⅰ级粉煤灰，经试验确定其各项指标符合施工要求。

4.2.5外加剂

施工过程中选用山西桑穆斯建材化工有限公司的高效减水剂，经试验它能达到各种施工目标的要求。

4.3模板

为减少混凝土浇筑过程中的热量散失，现场采用大块组装木模板进行施工。木模板采用2 cm木胶板，背后安装工字型木肋，定型钢梁，配套拉筋设施，经检算模板安全性能符合要求。

4.4混凝土拌和及运输

4.4.1拌和水加热

为保证混凝土的出机温度，施工前在拌和站的水池搭设保温棚，拌和用水直接采用蒸汽锅炉加热。根据拌和站出料能力，加热能力为每小时可将15 t水加热到30 ℃左右，并在水池内悬挂温度计，随时测量拌和水温度，使拌和用水水温达到冬季施工要求。

4.4.2骨料保温

拌和站粗细骨料的保温措施是将储存粗细骨料的料仓周围用彩钢包裹密实，并在料仓口用篷布棉帘封闭，棚内采用煤炉加热，保证存放粗细骨料的大棚内温度不低于0 ℃，防止粗细骨料冻结。

4.4.3拌和站保温

拌和楼全部搭设彩钢瓦棚封闭，防止雨雪、寒风侵入。拌和站拌和楼内气温不低于10 ℃，保证混凝土各种材料在拌和过程中的温度不受损失。出料口采用篷布部分遮盖，尽量减小出料口与罐车进料口之间的距离，减少混凝土温度损失。

4.4.4外加剂保温

外加剂的存放点搭设保暖棚，棚内采用蜂窝煤炉取暖。使外加剂在保温棚中自然预热，棚内的温度不低于10 ℃，外加剂在使用过程中不得直接加热，防止外加剂变质失效。

4.4.5罐车及泵车保温

混凝土运输车在搅拌罐上包裹保温棉被，同时尽量缩短运输时间，使混凝土在运输过程中减少温度损失。泵车在接料斗搭设敞口半封闭保温棚，并采用土工布将泵管全部包裹，防止混凝土在泵送过程中温度损失。

4.5混凝土浇筑

4.5.1混凝土浇筑总体方案

承台混凝土施工采用分区分层法浇筑，一次浇筑完毕。混凝土由拌和站统一拌制，现场采用2台混凝土输送泵浇筑，6台混凝土运输车运输。由于承台尺寸较大，为了保证浇筑循环时间，确定分层厚度为30 cm，按每台混凝土输送泵每小时浇筑30 m3计算，浇筑一层需要1.5 h，满足大体积混凝土分层散热的要求和混凝土浇筑分层时初凝时差的要求。

4.5.2混凝土参数控制

根据现场施工工艺和配合比要求，承台C30混凝土试配初凝时间6 h，终凝时间12 h，塌落度180 mm，含气量3%，满足要求。

混凝土施工时安排2名专职实验员24 h盯班，对混凝土入模温度、塌落度和含气量等参数进行控制，并做好记录。同时，将检测结果反馈拌和站，拌和站及时对混凝土参数进行调整，使混凝土入模参数始终处于最佳状态，杜绝不符合要求的混凝土入模。

对混凝土参数的控制主要有以下几方面：①入模温度。入模温度采用插入式温度计测量，每车混凝土测量一次。施工时，测量温度均在8～11 ℃之间，符合要求。②塌落度。塌落度每3～4车测量一次，均在170～180 mm之间。对未检测的混凝土用肉眼观测，观测流动性能满足要求。③含气量。含气量测量频率与塌落度测量频率同步，现场实测含气量均在3%～3.5%之间，符合设计要求。

4.5.3混凝土浇筑具体施工

混凝土浇筑应选择气温较高的时间进行浇筑，当气温低于0 ℃时，采用保温材料包裹混凝土输送泵泵管，尽量减少混凝土浇筑过程中的温度散失。混凝土浇筑时，采用分区分层法浇筑，共分两个区域，每台泵车负责一个区域；分层厚度30 cm，采用往复循环法浇筑，每层浇筑完毕后泵管回到起点继续浇筑。混凝土浇筑过程中采用碘钨灯对混凝土表面进行加热，防止混凝土结冰。浇筑时，注意串桶底面离混凝土面尽可能近，避免混凝土掉落、溅射到碘钨灯上，从而影响加热效果。

4.5.3.1振捣

振捣采用50式插入式振捣器。振捣时，插入要迅速，拔出要慢，一般振捣25 s左右，振动到表面泛浆无气泡为止。插点不得大于振动器作用半径的1.5倍，且插入下层混凝土内的深度宜为5～10 cm。振捣时，应注意振捣棒不得紧贴钢筋和模板振捣，严防漏振。

4.5.3.2收面

混凝土浇筑完毕后，应立即进行悬空覆盖，防止混凝土表面温度过低结冰。覆盖后进行表面找平，并抹压坚实平整。待混凝土初凝后，进行二次收面压光，保证混凝土表面平整，无干缩裂缝。

5养生

5.1外部保温

为了保证混凝土不受冻害，且满足混凝土内部、表面与环境温度的梯度差符合要求，必须在承台部位搭设暖棚保温。暖棚采用双排杆脚手架搭设，利用承台顶面架设立杆，顶部架设横杆；外部挂设保温篷布保温；内部生火炉加热，火炉应尽量远离篷布，并与模板间加设石棉瓦，防止引燃篷布及模板。保温期间棚内环境温度始终控制在15 ℃左右。

5.2内部降温

混凝土内部降温采用冷却水循环方法降温，冷却管布置4层，每层均设置进水口和出水口；冷却管层间距0.9 m；采用往复式排布，间距1.0 m；冷却管采用d=50 mm无缝钢设置；转弯处采用90°弯头管连接。混凝土浇筑完毕后，进行冷却水循环，对冷却水进、出口进行水温测量，测量频率可与承台混凝土测温同步。当水温温差超过20 ℃时，应加大冷却水流量，加快混凝土内部降温；当温差较低时，可适当间歇冷却水循环。

5.3温度测量

5.3.1测点布置

在承台混凝土内埋设三个测温点，分别布置在承台中心、承台一角距离边缘1 m处和两个测温点连线中心位置。每个测温点设置三根测温管（或测温芯片）间距10 cm，长度分别为1.0 m、2.5 m和4.0 m，便于测定不同位置不同深度混凝土的温度值。承台温度检测点布置图和测温管布置图分别如图2、图3所示。

图1承台温度检测点布置示意图图2测温管布置

保温大棚内设置2个温度计，分别设置在顶部和底部，便于测定暖棚内气温；暖棚外设置1个温度计，用于测量大气温度。

5.3.2测温频率及结果分析

混凝土浇筑结束5 d内，每4 h测量1次温度；5～10 d内，每6 h测量一次；10 d后，每12 h测量一次。每次测温都要严格按要求进行记录，直至拆模后混凝土内部温度与环境温度温差小于15 ℃。

对比混凝土不同深度测温结果（本文以2 d的数据为例），混凝土内部温度大致相同，个别部位最大温差为2 ℃。分析后认为，其原因是混凝土体积过大，内部条件接近一致，导致温度基本相同。

图3混凝土内部、表面、环境温度折线图

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