寒冷地区冬期混凝土结构养护质量的保证措施

中建三局建设工程股份有限公司西北公司 西安 710065

1 工程概况

兰石集团装备制造工业园区建设项目行政中心工程，位于兰州新区经十三路东侧，纬一路北侧。本工程是1 栋主楼为12 层、两侧附楼为3 层的办公楼，含1 层地下室（桩基础），整体为框架结构。办公大楼及地下车库总建筑面积约为69 195.72 m2。建筑总高度为60.0 m。本工程自2013年11月5日进入冬季施工，连日以来大气温度持续下降，最低温度达－20 °C，最高气温－2 °C，日平均温度－11 °C。

2 混凝土的原料及制备[1,2]

本工程采用甘肃某公司的预拌混凝土。

（a）混凝土配合比中，采用祁连山P.O 42.5水泥，水胶比为0.41，粉煤灰（Ⅱ级）掺量为胶凝材料17％，外加剂选用MNF-1高效防冻剂（－15 °C，掺量为5％）和MNF-8缓凝高效减水剂（掺量为2％～3％）。4 层梁板（C35）混凝土质量配合比为：水泥∶煤粉灰∶细骨料∶水∶减水剂∶高效防冻剂= 340∶70∶741∶1 112∶170∶7∶21。

（b）根据冬期施工要求，冲洗石子在正温下进行。根据现场测温和当时气温，要求混凝土拌和物运输到浇筑时温度不小于15 °C，则根据混凝土拌和物运输到浇筑时的温度由热工计算公式得出，热水搅拌混凝土，水温控制在60～70 °C。

（c）运输过程中，罐车采用保温材料进行包裹保温。

（d）混凝土采用56 m泵车进行浇筑，浇筑时先浇筑墙柱混凝土，然后浇筑梁板混凝土，混凝土收平后立即用塑料薄膜和棉毡及彩条布进行覆盖。

3 混凝土的养护方案制定

本工程采用蓄热法、综合蓄热法和暖棚法相结合的保温措施来保证混凝土冬期施工质量。

方案1：混凝土表面采用薄膜和棉毡彩条布进行覆盖养护，结构层底部采用暖棚法进行升温养护。暖棚以周边外架为骨架，用彩条布进行维护。结构内部设火炉，采用废旧模板木方配合无烟煤进行升温养护。设置每个火炉能够覆盖70～80 m2的范围，并安排看火人，确保持续生火及防止火灾发生。

方案2：混凝土表面采用薄膜+棉被（厚3 cm）进行覆盖养护，暖棚以结构周边满堂架为骨架，在满堂架周边用彩条布与棉被进行维护。结构内部设临时取暖设备（火炉），采用无烟煤进行升温养护。设置每个火炉能够覆盖70～80 m2的范围，并安排看火人，确保持续生火及防止火灾发生。浇筑混凝土前2 h开始升温，施工时，确保混凝土入模温度不得小于5 °C，表面温度不得低于1 °C，混凝土强度超过40％方能逐渐减少暖棚内火炉数量，混凝土浇筑完升温养护至少3 d。浇筑同时，还应分别做3 组3 d、7 d、14 d同养试块。

4 混凝土冬期养护的监控措施

为了解冬期施工混凝土内部温度变化情况，在混凝土施工期间采用电子测温仪进行混凝土测温，在混凝土施工之前，进行测温导线预埋，预埋点选择结构构件中有代表性的位置，如角部构件、边缘构件等。梁预埋点剖面图如图1、图2所示，板预测温点埋设剖面图如图3，柱测温点埋设平面及剖面见图4、图5所示。

图1 边梁测温点埋设剖面

图2 非边梁测温点埋设剖面

图3 板预测温点埋设剖面

图4 柱测温点埋设平面

图5 柱测温点埋设剖面

5 结果分析

通过方案1和方案2的实施效果，得出以下的结论：

（a）通过方案1的实施，主楼3层及附楼5区2层施工时，大气平均温度为－8°C，混凝土的强度可以达到规范要求。可是在附楼四区3层施工时，天气突降，浇完混凝土后，当日测得大气温度为－14°C时，混凝土强度上升十分缓慢。得出结论为：方案1可以采用于大气温度不低于－10 °C时的冬期混凝土养护。当温度为－20°C～－10°C时，应采用方案2。

（b）通过方案2的实施，通过测温记录和强度变化可以看出，当温度为－20°C～－10°C时，采用方案2，冬期施工混凝土的强度完全可以达到规范要求。

（c）方案2与方案1的差别：方案2暖棚周边封闭材料采用彩条布+棉被，并以周边满堂架作为维护结构，减少了结构与封闭材料之间的空隙，有效减少了热量的散失途径，且通过增加棉被进行封闭，明显提高了周边保温封闭效果；方案2板面覆盖材料改为塑料薄膜+棉被，且棉被覆盖严密，保温效果较方案1明显。

通过温度的柱状图（图6），可以看出大气温度均为负值时，采用方案2后，能明显提高棚内的温度，而混凝土表面的温度也均大于10°C，满足现浇混凝土在大气温度－20°C～－10°C时养护；方案2通过棉被封闭暖棚及进行混凝土表面覆盖，增加了封闭材料和覆盖材料的成本，但是封闭保温功能的提高，有效地阻止了热量的损失，减小了无烟煤的损耗量，节约了成本。本工程共消耗无烟煤28 t。

图6 各个环境中的温度

（f）本工程在方案2环境下单位体积空气升高1 °C，所需无烟煤约0.24 kg，可为以后类似工程提供借鉴。

6 关键技术要点

（a）根据现场气温和施工条件确定混凝土的入模温度，根据入模温度反推拌和物出机温度。根据出机温度，通过热工计算求得混凝土拌和时所需水的加热温度。

（b）混凝土添加温度为－15°C的MNF-1高效防冻剂，明显地改变了混凝土的和易性、可泵性，且坍落度损失小。降低了混凝土中水泥水化的临界温度，保证混凝土强度增长。

（c）混凝土表面采用塑料薄膜+棉毡（－10°C以上）/棉被（－20°C～－10°C之间）进行覆盖保温，防止了水泥水化热量的散失，有效的利用水化热量加速水化过程，使混凝土强度迅速增长。同时塑料薄膜具有保湿作用，防止混凝土出现失水开裂现象

（d）采用暖棚法养护，应在混凝土浇筑前2 h对钢筋和模板进行预热，以减小钢筋模板对混凝土热量的吸收。

（e）本工程在构架中预埋测温导线，通过电子测温仪进行长达1 个月测温观察，根据实测大气温度、暖棚温度及混凝土构件内部温度，绘制温度变化趋势图，并结合混凝土同养试块的强度变化，确保养护措施有效。

7 结语

通过对本工程冬期混凝土结构养护施工的实施和研究，为相似环境冬期混凝土养护提供借鉴。