中铁城建集团第一工程有限公司 山西太原 邮政编码：030024
摘要：一般地区混凝土冬期施工采用综合蓄热法进行施工，在高原高寒地区，特别是跨度大、层高高、单层面积大的厂房冬施难度会显著增加，此时常规冬施措施就会降效，诱发混凝土冻害，无法保证施工质量，给结构带来隐患，得不偿失。采用高寒地区混凝土冬施措施，在工期、质量、经济成本施工中均可达到预期效果。高寒冷地区混凝土冬施采取暖棚法加蓄热法的方式进行施工，从混凝土原材料、混凝土拌合、运输、浇筑，到养护期间的一系列措施，从施工工期、质量、成本三方面进行经济指标分析均能挽回更多的企业荣誉及社会效益。
关键词：混凝土 冬季施工 暖棚法 蓄热法
引言:混凝土冬季施工是指混凝土浇筑后选择的能尽快增长混凝土受冻的临界强度,预防混凝土遭受早期冻害的养护措施。根据养护方法可分为两大类,即加热法与不加热法。加热法有暖棚间接加热法和电加热直接加热法；不加热法主要有综合蓄热法[1]。两种方法如何选用一般需经过技术、经济指标分析确定。进行比较时,不能只顾冬期施工费用多少因素,还要考虑能否保证工程质量以及对工期影响的综合因素。
一、提出论点
本论文依托的工程为西宁站改及相关工程3标段,位于青海省西宁市城东区,其中中铁城建集团第一工程公司承建货车车辆段、动车运用所房建工程、室外工程。根据青藏铁路公司施工要求入模温度和浇筑环境温度均不低于10℃。根据铁路项目工期紧、任务重,高标准,严要求的管理方针,从整个工期的综合效益考虑,冬施所投入的施工费用要远低于最后工期节点逼近所增加的人工、材料、机械费用及投产后的经济效益,是对工期要求严格的项目的必然选择。
二、分析问题
（一）生产特点
1、混凝土结构主体为工程的骨架，工艺标准、质量要求高，工艺复杂。
2、结构形式多样，单体数量较多，单层面积大。对应工作点多，材料转场次数多。
3、开工晚，工期紧，地处属寒冷地带，冬施面积大。
（二）整体规划
根据承担的生产任务和工期要求，冬施需完成建筑面积2.8万平，约占总建筑面积的60%。
在拆迁未全部完成的情况下，我部采取插入法施工，化整为零，分块施工。为确保工期混凝土结构需保温5-7天。
（三）混凝土保温施工
1、砼的浇筑[2]
（1）混凝土的出机温度不应低于12℃。
（2）混凝土运至工作面后,需快速施工,保证混凝土的入模温度不低于10℃。
（3）混凝土应尽量在白天施工，当遇到特殊寒冷天气时,应避开施工。
（4）混凝土浇筑前应清除模板和钢筋上的冰雪,混凝土罐车及设备需用保温棉包裹等措施。
（5）混凝土不得在冻胀性地基上或弱冻胀土上浇筑,以免混凝土质量出现严重缺陷。
2、砼的覆盖保温
（1）采用综合蓄热法加暖棚法。[3]在建筑外侧搭设双排落地扣件式脚手架，外侧满挂保温帆布，内生火炉，砼浇筑后,先满铺一层塑料薄膜，上铺一层厚棉毡,再满铺一层电热毯,一层厚棉毡,最后满铺一层防火棉帆布覆盖。
①模板保温采用加厚模板,在楼板上覆盖棉帆布，如遇极低温度时,在模板外侧包裹一层电热毯。楼层洞口全封闭,在楼层内生火炉提高养护温度。
②水泥选用普通硅酸盐水泥,并添加防冻剂、早强剂等。
③砼拆模未达到抗冻临界强度之前,应继续在10℃的环境中养护至少5-7天。
（2）保温设置完成后,项目部管理人员要认真检查并留值班员检查保温覆盖情况,并负责修复被损坏的保温层。
3、测温工作[4]
（1）测温内容:早7:00、最高、最低及平均温度4项。
原材料温度:水泥、水、砂、石4项,每天测9次,即9时、11时、13时、15时、18时、21时、1时、3时、6时各测一次,由试验室认真记录后向现场技术负责人上报。
砼温度:出机温度、入模温度两项,每台班4次,时间同原材要求,由试验员记录。
测温时间:从浇筑完毕起12h内,每隔2h测一次;12h后每隔4h测一次。停止测温时间由项目技术负责人根据测温数据另行通知。
（2）测温员必须认真做好记录,要求字迹清楚,项目填写齐全,准确,不得遗失,以备资料归档。 若发现砼温度过低的情况,应及时通知项目技术负责人,查找原因并采取措施。
（3）测温员每天20时,必须将测温值班记录、大气温度记录、砼养护测温记录,交技术负责人审阅一次。
4、试块留置
按规范应较常温至少多留置2组同条件养护试件,一组用来测定砼受冻前的强度即临界强度,另一组用作检验28d的强度,砼试块应在浇筑现场用浇筑结构的同批次混凝土制作。试压前试件应在拥有正温条件的室内停放,停放时间需12h。
5、拆模
砼强度达到规范要求强度后方可拆除支撑。具体拆模及拆保温时间,根据同条件试压强度决定,拆除保温及模板均应办理书面申请,技术负责人批准签字后报监理工程师,同意后方可进行。
三、解决问题
高寒地区混凝土冬季施工在现实中有不可估量的作用，从整个项目来看，节约成本，保证工期，能收到良好的社会经济效益。总结高寒区域混凝土冬季的详细施工方法、生产工艺和工艺装备，进行可行性论证、不断试验总结、细化完善、研究改进，形成一套新的、经济实用的混凝土高寒区域冬季施工措施。主要解决内容及关键技术如下：
1、混凝土的拌合
水泥选用标号不低于42.5号的普通硅酸水泥,水灰比不应大于0.6,并加入早强剂。[5]
砼所用骨料不得含有冰雪等冻结物，在掺用含有钾、钠离子防冻剂的砼中，骨料中不得混有活性材料，以免发生碱骨料反应，骨料的加热温度不得高于60℃。
拌合水一般选用自来水,采用蒸气式锅炉进行加热,温度控制在60-75℃间,当拌合水高于40℃时,不得先投放水泥。[6]
搅拌砼时按照当日的温度进行添加防冻剂，添加时严格按使用说明书上的掺量添加。
投料顺序一般先投入细骨料和粉状外加剂,搅拌均匀后再加入粗骨料,再加入加热的水,最后加入水泥。搅拌时要绝对避免水泥过热而出现假凝现象。[7]
砂石料仓地面下安装地暖加热，料仓门用棉性材料封闭，出现温度极低的天气，在料仓内生火取暖，确保砂石保持正温，不得有冻块。
2、混凝土的运输
混凝土应及时运到浇筑地点,运输车外侧必须进行棉布保温覆盖,确保混凝土的入模温度高于10℃。
3、混凝土的养护
结构外围用棉帆布进行包裹，保证密不透风，内生火炉，间距为6米，派专人进行看护，并准确记录室内温度。板梁等结构采用覆盖塑料薄膜+厚棉毡+电热毯+厚棉毡的方式进行保温。
4、创新点
4.1砂石料仓地面下安装地暖加热，料仓门用棉性材料封闭，确保砂石不得有冻块、保持正温 。
4.2结构外围用棉帆布进行包裹，保证密不透风。
4.3水平向构件采用双层厚棉毡+电热毯+防火棉帆布的方式进行保温养护。
5、混凝土热工计算[8]
5.1混凝土热工计算
本次计算只控制混凝土到场浇筑前的温度（即开始浇筑时温度）。
混凝土的入模温度为10℃，即T4＝10℃。取货车段锅炉房-4.9m底板（8.4*20.7*0.5）做为计算单元进行计算。
表面系数：（173.88+58.2*0.5）/（173.88*0.5）=2.33m-1
：结构冷却表面积（m2）积173.88 m2，周边长58.2m，板厚500mm
：结构体积（m3）
保温材料的总传热系数：（保温材料采用一层塑料布及一层50mm厚阻燃棉帆布）
：第i层保温层厚度（m）
：第i层保温层的导热系数[W/(m?K)]
散热系数：2.33*6.17=14.38KJ/
（m3?h?k）
5.1.1混凝土浇筑时的温度：T3
T4：混凝土入模温度（℃）
T3：混凝土开始浇灌时的温度（℃）
M：结构表面系数
tj：混凝土浇筑延续时间（min）
θ：结构形式系数；对楼板：θ＝1
Ta：浇灌时的气温（℃）
9*10-4*2.33*20*1*（T3+5）
T3＝10.66℃
5.1.2混凝土运输至现场的温度：T2
式中：
K总
Ta：泵管外气温（℃）
d保：泵管外保温层厚度（m），取0.05m
K保：泵管外保温材料导热系数[W/（m?K）]，取0.09
t：混凝土在泵管内停留时间（min）
d：混凝土泵管内径（m）
T2-10.66=0.1*(T2+5)*[5/(552*0.1)
T2=10.8℃
5.1.3混凝土成型温度：T0
T4：混凝土入模温度（℃）
cc、cf、cs：混凝土、模板材料、钢筋的比热容
mc：每立方米混凝土的重量（kg）
mf、ms：与每立方米混凝土相接触的模板、钢筋的重量（kg）
Tf、Ts：模板、钢筋的温度，可采用当时的环境温度（℃）
T0=[(0.92*2400*10+0.48*384*(-10)]/[0.92*2400+0.48*384]
由上式可得：混凝土成型温度T0＝10℃
5.1.4混凝土温度由T0冷却至0℃的延续时间：t0
(2400*10+300*270)/[13.03*(6.615+10)*1.3]=373
式中: 10/(1.03+0.181*2.33+0.006*10)=6.615
Tm：混凝土养护温度由T0冷却至0℃期间的平均温度（℃）
T0：混凝土浇筑完毕开始养护时的温度（℃）
mce：每m3混凝土水泥用量300（kg/m3）
Qi：每千克水泥在冷却期间的水化热值270（kJ/kg）
L：结构的散热系数13.03
Tm，a：混凝土养护期间的室外平均温度（-10℃）
ω：保温材料的透风系数1.3
因此，混凝土浇筑完毕养护的时间为373小时（15.5天）。
由混凝土的平均温度可知，该混凝土养护5d即可达到混凝土的受冻临界强度。故该保温措施合适。
5.2成熟度法计算混凝土早期强度
5.2.1成熟度法的适用范围及条件
（1）本法适用于预估混凝土强度标准值60%以内的强度值。
（2）混凝土强度计算时，需用本工程使用的混凝土原材料和配合比，制作不少于5组混凝土标准试件在标养下1d、2d、3d、5d、7d的强度值。
（3）使用本法需取得现场养护混凝土的温度实测资料（温度、时间）。
5.2.2混凝土强度计算步骤：
（1）用标准养护试件的各龄期强度数据，经回归分析合成下列形式曲线方程：①
式中：f：混凝土立方体抗压体强度（N/mm2）
D：混凝土养护龄期（d）
a、b：参数
（2）根据现场实测的混凝土养护温度资料，用下式计算混凝土已达到的等效龄期（相当于20℃标准养护的时间）。
②
式中：t：等效龄期（h）
aT：温度为T℃的等效系数，按表取值
tT：温度为T℃的持续时间（h）
（3）以等效龄期t作为D代入①式中可算出强度。
6、暖棚搭设及热负荷计算
6.1暖棚搭设
采用双排钢管脚手架结构，距外墙50cm，间距1.5m，步距1.8m，其外立面挂50mm厚棉帆布绷紧，内挂彩条布。高度为建筑物最高点以上2m。暖棚顶板为钢管脚手架搭设，高出结构面50cm，钢管纵横向间距2m，在浇筑完混凝土后及时用彩条布加棉帆布封闭，搭设完成后整体上形成一个密闭空间。内部生无烟火炉，整体暖棚内采用低压36V照明系统。
6.2暖棚热负荷计算
以货车车辆段锅炉房为例，平面尺寸27.4m*21.35m，暖棚高度13.3m，环境温度不低于10℃。
6.2.1耗热量估算：
按冷却面积系数法计算耗热量：
根据公式Q=q3 ×α×V=（M×K×△T）×α×V
式中：Q—暖棚采暖耗热量（W）
q3 --暖棚单位体积耗热量（W/m3）
V—暖棚体积 (m3)
M—暖棚的表面系数，即暖棚冷却面与暖棚体积之比（m2/m3）
K—暖棚围护结构的平均传热系数（W/m2*K），取2.5
△T—室内外空气温度差（℃）
α—在根据围护结构散热率时，应根据风力乘以系数α：
当风速＜5m/s时，α=1.25~1.50
当风速＞5m/s时，α=1.50~2.00
为简化计算，q3值也可由下表直接查的。
每m3暖棚的耗热量q3值（W/m3）
暖棚的体积：V=27.4×21.35×13.3=7780.4 m3
暖棚的冷却表面积F=27.4×21.35+（27.4+21.35）×2×13.3=1881.74 m2
暖棚表面系数M=1881.74/7780.4=0.24 m-1
内外温差△T=10-（-20）=30℃
根据西宁地区风速，取α=1.7
根据公式Q=q3 ×α×V=（M×K×△T）×α×V=0.24×2.5×30×1.7×7780.4=238KW。
6.2.2火炉的发热量计算：
1kg标准煤的低位发热量为29308KJ，而1KW.h=3600KJ.h。
需煤量：238×24h×3600/29308=696kg。
按一个火炉1.5小时烧5kg煤计算，一天需80kg，一共需要9个火炉，因此在27.4×21.35平米的建筑物内间隔6米放置。在实际操作中根据测温来决定增减火炉个数。
四、 结束语
通过不断的研究改进，创新总结，目前已形成一套完整的冬施措施，采用新颖的技术、先进的工艺使混凝土结构的质量、工期都有可靠保证，在今后类似项目中有很好的参考和借鉴意义。随着社会经济发展，用工成本不断增加，要在市场上有自己的竞争优势，就要用新颖的技术，过硬的产品质量赢得市场，或在同等用工条件下争取工期目标实现，压缩成本增加企业利润。
参考文献
[1]项玉璞 曹继文 冬期施工手册 第一版 北京 中国建筑工业出版社 2005年9月
[2]建筑施工手册（第四版）编写组 建筑施工手册（第四版） 北京 中国建筑工业出版社
[3]项翥行 混凝土冬季施工工艺学 北京 中国建筑工业出版社 1993
[4]中国建筑科学研究院主编 混凝土结构工程施工质量验收规范（GB50206-2012） 北京 中国建筑工业出版社
[5]中华人民共和国行业标准 建筑工程冬期施工规程JGJ104-97 1998
[6] 李继业 混凝土配置实用技术手册 第二版 北京 化学工业出版社 2011年9月
[7] 朱卫中 姚吉元 冬期施工禁忌手册 北京 中国建筑工业出版社 2002年6月
[8]江正荣 建筑施工计算手册 第二版 北京 中国建筑工业出版社 2007年7月
论文作者:马振雄
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第20期
论文发表时间:2017/12/25
标签：混凝土论文; 温度论文; 测温论文; 系数论文; 强度论文; 工期论文; 结构论文; 《建筑学研究前沿》2017年第20期论文;