大體積混凝土冬期施工技術(shù)思考分析

文／王林林、胡東宇、賀海強(qiáng)、張振興 北京建工恒均工程檢測(cè)有限公司 北京 100000

1、引言

大體積混凝土冬期施工技術(shù)研究，是打破混凝土冬期施工困境的關(guān)鍵措施。冬期因?yàn)闅鉁亍h(huán)境等的變化，混凝土施工不利因素增多，因此對(duì)混凝土施工質(zhì)量的影響更大。但是在現(xiàn)代化建設(shè)與城市發(fā)展背景下，建筑工程項(xiàng)目增多，建筑施工壓力大，為了提升自身在建筑市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，必須從多方面取得建筑施工更多的突破，及時(shí)將建筑施工技術(shù)創(chuàng)新，完善建筑施工流程，克服建筑施工困難。冬期施工對(duì)于所有建筑施工企業(yè)來(lái)講施工難度都比較高，基于此，加大對(duì)大體積混凝土冬期施工技術(shù)的研究力度，改善冬期施工的不足，通過(guò)特殊的防護(hù)與技術(shù)處理，保證冬期施工質(zhì)量，從而為建筑企業(yè)的健康發(fā)展與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)提供更多有利條件。

2、工程項(xiàng)目概況

此次研究主要針對(duì)天津中醫(yī)藥大學(xué)第二附屬醫(yī)院中醫(yī)藥傳承創(chuàng)新工程展開(kāi)。該工程項(xiàng)目位于天津市河北區(qū)增產(chǎn)道69 號(hào)。根據(jù)醫(yī)院建設(shè)需求規(guī)劃，工程總建筑面積為4.2萬(wàn)m2。分別涉及到地上建筑與地下建筑，其中地上建筑面積為3.2 萬(wàn)m2，地下建筑面積為1 萬(wàn)m2。最大基坑深度12米，該工程屬于是天津市重點(diǎn)民生工程。工程包括中醫(yī)臨床傳承和研究基地中心，同時(shí)將中醫(yī)院傳承工作室規(guī)模與內(nèi)涵建設(shè)，對(duì)實(shí)驗(yàn)中心進(jìn)一步搭建完善，增加專(zhuān)科實(shí)驗(yàn)室與生物樣本庫(kù)。施工量比較大，建筑結(jié)構(gòu)多元化，建筑施工技術(shù)以及施工操作復(fù)雜，要求標(biāo)準(zhǔn)高。

3、大體積混凝土冬期施工準(zhǔn)備工作

3.1 施工準(zhǔn)備

冬期施工因?yàn)闇囟鹊挠绊懀瑸槭┕すぷ鏖_(kāi)展帶來(lái)很多不便。嚴(yán)格按照大體積混凝土冬期施工指導(dǎo)規(guī)范，制定科學(xué)合理的施工方案，管理人員、監(jiān)理人員等對(duì)其綜合審查，待達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)后，簽訂施工指導(dǎo)書(shū)，著手進(jìn)行施工準(zhǔn)備工作[1]。根據(jù)施工方案對(duì)崗位進(jìn)行劃分，堅(jiān)持做到責(zé)任到人。組織施工人員參與施工操作與安全培訓(xùn)，在此基礎(chǔ)上及時(shí)完成技術(shù)交底工作，并簽字留檔[2]。

制定施工測(cè)溫計(jì)劃，實(shí)時(shí)了解外界氣溫變化，同時(shí)還要對(duì)砂石、施工材料溫度及時(shí)掌握，尤其是混凝土攪拌過(guò)程中的溫度與出罐溫度變化。還要注意大體積混凝土的入模溫度，時(shí)刻關(guān)注養(yǎng)護(hù)溫度變化[3]。在此基礎(chǔ)上，明確大體積混凝土冬期施工期間，防裂、防凍處理原則，主要包括以下幾點(diǎn)：

（1）混凝土材料中不允許出現(xiàn)凍塊，時(shí)刻檢查混凝土材料狀態(tài)。拌和物的溫度及時(shí)測(cè)量，施工全程混凝土材料都不能有凍結(jié)現(xiàn)象[4]。

（2）嚴(yán)格控制混凝土受凍情況，尤其是臨界強(qiáng)度點(diǎn)到達(dá)之前如果受凍，必然會(huì)影響到內(nèi)部結(jié)構(gòu)，造成混凝土強(qiáng)度下降。

（3）內(nèi)外溫度必須控制在規(guī)定數(shù)值以內(nèi)，及時(shí)預(yù)防大體積混凝土裂縫，將混凝土結(jié)構(gòu)受影響風(fēng)險(xiǎn)降到最低。

3.2 物資與設(shè)備準(zhǔn)備

（1）物資方面的儲(chǔ)備

物資部要做好物資儲(chǔ)備，砂、石料、防凍型外加劑的儲(chǔ)備，保證冬施生產(chǎn)使用，更要與供應(yīng)商協(xié)商控制好砂、石的含水率、含泥量，以防砂、石結(jié)冰。做好冬期生產(chǎn)施工燃料的采購(gòu)工作。做好混凝土攪拌車(chē)等相關(guān)車(chē)輛防凍液的采購(gòu)，必要時(shí)準(zhǔn)備-20℃的防凍液。做好冬施用生產(chǎn)器材、保溫必需品以及勞保用品的采購(gòu)工作，保證冬施生產(chǎn)使用。

（2）設(shè)備方面的準(zhǔn)備

設(shè)備部門(mén)冬施前要聯(lián)系好對(duì)鍋爐的檢測(cè)，做好供熱（汽）管線及原材料加熱裝置的檢修工作，確保鍋爐及管線的安全正常運(yùn)轉(zhuǎn)。同時(shí)做好攪拌機(jī)組、生產(chǎn)車(chē)間及相關(guān)設(shè)備的保溫工作，液體外加劑要有保溫加熱裝置。設(shè)備部門(mén)要做好冬施測(cè)溫器具的檢測(cè)工作，保證正常使用。生產(chǎn)部要檢查攪拌車(chē)保溫套的配備情況，及防凍液的更換情況。對(duì)生產(chǎn)工藝中受環(huán)境溫度影響的車(chē)間、原材、流程環(huán)節(jié)采取適當(dāng)?shù)谋亍⒐┡ぷ鳎_保生產(chǎn)正常、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。冬施前要對(duì)使用鍋爐進(jìn)行試運(yùn)行檢查，溫度控制表要提前進(jìn)行檢測(cè)，鍋爐工需培訓(xùn)上崗。

4、大體積混凝土施工材料選擇與處理

4.1 水泥

水泥以粉煤灰硅酸鹽水泥為主，但是因?yàn)楣こ绦枨罅看螅虼诉€需要添加普通硅酸鹽水泥，以粉煤灰將水化熱降低。表1為水泥物理-力學(xué)性能參數(shù)。

表1 水泥物理-力學(xué)性能參數(shù)

4.2 細(xì)骨料

選擇高強(qiáng)度、低含泥、低堿活性的曲陽(yáng)達(dá)銘中砂，細(xì)度模數(shù)控制在2.4-2.7 之間。

4.3 粗集料

大體積混凝土選用5~25mm 連續(xù)級(jí)配淶水順合碎石，均為低堿活性。根據(jù)JGJ 52-2006 檢驗(yàn)，碎石性能達(dá)標(biāo)。

4.4 礦物摻合料

① 粉煤灰：選用天津國(guó)華盤(pán)山發(fā)電廠生產(chǎn)的F 類(lèi)II 級(jí)粉煤灰，符合國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《用于水泥的和混凝土的粉煤灰》（GB1596-2017）的規(guī)定，主要性能指標(biāo)見(jiàn)表2。

表2 粉煤灰性能指標(biāo)

② 礦渣粉：選用三河天龍新型建材有限公司生產(chǎn)的S95 級(jí)粒化高爐礦渣粉，符合國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《用于水泥和混凝土的粒化高爐礦渣粉》（GB/T18046-2017）的規(guī)定。

4.5 混凝土外加劑

經(jīng)試驗(yàn)比較，選用北京建筑工程研究院生產(chǎn)的AN4000 聚羧酸系高性能減水劑（標(biāo)準(zhǔn)型）。其主要技術(shù)性能指標(biāo)見(jiàn)表3。

表3 聚羧酸高效減水劑（標(biāo)準(zhǔn)型）性能指標(biāo)

4.6 水生活飲用水

符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《混凝土用水標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ63-2006）的規(guī)定。

5、大體積混凝土冬期施工技術(shù)應(yīng)用

5.1 科學(xué)選擇混凝土出機(jī)溫度

大體積混凝土冬期施工，材料準(zhǔn)備并充分?jǐn)嚢韬螅瑵仓囟扰c出機(jī)溫度的控制非常關(guān)鍵。震搗過(guò)程中，提前對(duì)澆筑溫度進(jìn)行測(cè)量，按要求入模溫度必須≥5℃。因?yàn)榇篌w積混凝土冬期施工，不僅需要保證施工順利進(jìn)行，還要從防凍與防裂方面出發(fā)，受到體積面積的影響，澆筑溫度下降非常快，因此表面溫度的控制難度大。但是受到水泥水化熱的影響，內(nèi)部溫度卻持續(xù)上升，內(nèi)外溫差的控制，主要集中在澆筑環(huán)節(jié)。全程實(shí)施保溫防護(hù)，澆筑溫度過(guò)高或者過(guò)低均會(huì)引發(fā)凍結(jié)或者開(kāi)裂。及時(shí)對(duì)熱損失進(jìn)行計(jì)算，從而掌握精準(zhǔn)的拌和溫度與出機(jī)溫度。

拌和溫度計(jì)算如下：

式中：W－混凝土組成材料重量（kg）；

C－混凝土組成材料比熱（J/kg·K）；

T1－混凝土組成材料溫度（℃）。

出機(jī)溫度計(jì)算如下：

表面溫度計(jì)算：

式中：K：折減系數(shù)，K 取0.666；

λ：混凝土導(dǎo)熱系數(shù)（w/m·k），λ 取2.33；

混凝土計(jì)算厚度：H =h+2h’=1.6 ＋2×0.40=2.4m；

混凝土中心最高溫度與表面溫度之差

Tmax－Tb(t)=50.53-41.41℃=9.12℃＜25℃

混凝土表面溫度與大氣平均溫度之差：

Tb(τ)－Tq=41.41－30=11.41℃＜20℃

5.2 澆筑施工基礎(chǔ)預(yù)熱

混凝土澆筑施工之前，需要及時(shí)對(duì)各種組件以及冷壁進(jìn)行預(yù)熱。具體涉及到預(yù)埋鐵件、混凝土預(yù)制模板以及冷壁等。其中的冰、霜凍等主要利用蒸汽進(jìn)行清除，并且逐漸將表面溫度提高。根據(jù)冷壁內(nèi)部溫度情況確定是否需要預(yù)熱。預(yù)熱的時(shí)間必須參考溫度計(jì)算，有效的預(yù)熱，保證混凝土臨街強(qiáng)度到達(dá)之前不會(huì)出現(xiàn)凍結(jié)現(xiàn)象。

5.3 原材料的加熱處理

原材料加熱處理是混凝土施工的重要環(huán)節(jié)。結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)氣溫條件，若氣溫≥-1℃，則原材料加熱以拌和水方式為主，觀察加熱溫度變化，以出機(jī)溫度數(shù)值為準(zhǔn)。當(dāng)然加熱期間，水溫的控制非常重要，按要求必須≤60℃。若氣溫＜-1℃，則提前將細(xì)骨料加熱，隨后對(duì)粗骨料加熱，粗骨料加熱達(dá)到冰雪融化為止。砂石料加熱在處理中，注意干燥情況，為了防止出現(xiàn)過(guò)熱現(xiàn)象，溫度控制到≤75℃。

5.4 材料運(yùn)輸中的保溫處理

混凝土材料運(yùn)輸期間，項(xiàng)目積極采用全球定位技術(shù)，全程觀察材料運(yùn)輸情況，同時(shí)對(duì)斷車(chē)以及壓車(chē)等情況有效預(yù)防。規(guī)劃好運(yùn)輸路線，以最短周期完成運(yùn)輸則工作，從而規(guī)避混凝土離析或者分層情況。基本運(yùn)輸路線之外，還要規(guī)劃備用路線，以免運(yùn)輸過(guò)程中出現(xiàn)堵塞或者其他情況能夠及時(shí)應(yīng)變。混凝土運(yùn)輸時(shí)間一定要適當(dāng)縮短，同時(shí)結(jié)合運(yùn)輸時(shí)間以及施工現(xiàn)場(chǎng)的澆筑速度，保證混凝土材料及時(shí)運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)。

5.5 澆筑、振搗施工技術(shù)

大體積混凝土澆筑與振搗是施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，必須加大對(duì)施工細(xì)節(jié)的處理，以此保證大體積混凝土施工質(zhì)量。首先澆筑施工中，受到大體積混凝土施工結(jié)構(gòu)與施工材料流動(dòng)性的影響，此次施工選擇“分段定點(diǎn)”澆筑方法。逐層完成混凝土澆筑，借助施工中的自然坡度，推進(jìn)混凝土澆筑。嚴(yán)格控制澆筑面，避免留下施工縫，影響到結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)固性。其次振搗施工處理，正常振搗操作中一定要對(duì)混凝土接茬位置特別處理，振搗棒的插入深度需≥50mm，同時(shí)按照“快插慢拔”施工原則，及時(shí)將上下層接茬位置消除。待初次振搗結(jié)束，及時(shí)封閉振搗空穴，待再次振搗施工期間，將粗骨料空隙或者鋼筋空隙等有效消除，從而保證大體積混凝土振搗施工密實(shí)性，有效預(yù)防混凝土裂縫。兩次混凝土振搗施工結(jié)束，將混凝土拌合物再次進(jìn)行液化處理，將配料所造成的水膜等消除。打散水泥中未水化顆粒，并且將砂漿、水等重新攪拌，這樣就可以保證混凝土拌和料水化更充分，以此將大體積混凝土的強(qiáng)度提高，同時(shí)還能夠?qū)B水通道有效預(yù)防，及時(shí)排除混凝土施工中的氣泡，以此提高大體積混凝土施工質(zhì)量。

5.6 混凝土施工裂縫的預(yù)防

混凝土結(jié)構(gòu)施工中，裂縫是最常見(jiàn)問(wèn)題。為了有效預(yù)防裂縫，必須對(duì)結(jié)構(gòu)形式科學(xué)選擇。綜合澆筑快、溫度應(yīng)力之間的關(guān)系，過(guò)大的澆筑快會(huì)導(dǎo)致溫度應(yīng)力明顯增加，從而增加混凝土結(jié)構(gòu)裂縫風(fēng)險(xiǎn)。這種情況下，就需要采取分縫分塊的方式，嚴(yán)格控制澆筑快平面尺寸，降低裂縫風(fēng)險(xiǎn)。此外材料的選擇以及配合比的設(shè)計(jì)等，都會(huì)直接影響到混凝土施工質(zhì)量。水泥、粉煤灰等嚴(yán)格按照施工標(biāo)準(zhǔn)選擇，精準(zhǔn)計(jì)算混凝土配合比，保證混凝土拌和料的質(zhì)量。加大溫差控制力度，尤其是出機(jī)溫度與表面溫度，協(xié)調(diào)好內(nèi)外溫差變化，勻速完成混凝土澆筑，將拌和料暴露時(shí)間科學(xué)控制。定期對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)養(yǎng)護(hù)處理，施工操作有序完成的同時(shí)，以表面保溫法、主動(dòng)加熱法、暖棚法等，保證混凝土施工的溫度需求。

結(jié)束語(yǔ)：

綜上所述，大體積混凝土施工中，因?yàn)槭┕そY(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工面積大，所以混凝土施工技術(shù)的應(yīng)用至關(guān)重要。通過(guò)對(duì)項(xiàng)目情況的了解，科學(xué)選擇混凝土原材料，保證材料性能的同時(shí)，制定完善的溫度控制計(jì)劃。結(jié)合冬期施工特殊要求，逐步完成混凝土施工，保證大體積混凝土冬期施工質(zhì)量。