长春某工程冬期施工混凝土温度设计和强度检测

关歆莹 裴如军 王 旭

(1.北京建工集团有限责任公司，北京 100055; 2.北京市第三建筑工程有限公司，北京 100044)

我国北方寒冷地区冬季时间长且寒冷。在《建筑工程冬期施工规程》［1］中有相关规定，当室外日平均气温持续5 d低于5℃，便进入冬期施工;在室外日平均气温持续5 d高于5℃时，解除冬期施工。混凝土结构工程的施工通常应避免在冬季开展，伴随建设工程的大量增多，严寒地区的一些工程由于工期紧，为了保证工期，需要在冬季连续施工。因此，对冬期施工的工程，在冬季低温环境施工中须采取保温措施避免混凝土遭受冻害，进而保障整个结构工程的工期和质量。

1 工程概述

1.1 工程概况

工程位于吉林省长春市东南部净月经济开发区，施工区地势东北高西侧低，高差约为4 m，用地面积150 028 m2。工程总建筑面积约605 191.51 m2，工程地下为联体车库，地上建筑包括酒店、七星温泉酒店、水上乐园、室内乐园、商业。

1.2 工程场地气候

1)冻土深度:根据《中国季节性冻土标准冻深线图》［2］，场地的标准冻深为1.70 m，冻胀等级为Ⅲ级。

2)气温:根据收集2014年—2016年11月上旬气象站气温资料和2015年现场测温显示工程现场实际最低温度均达到0℃以下，即10月中、下旬进入越冬维护。

1.3 越冬维护时间

根据常年气象观测资料，结合工程相关测温记录，于2017年10月20日进入越冬维护期，到2018年的4月1日(历时155 d)开始复工。

2 混凝土施工要求

混凝土施工，在混凝土中掺加适量抗冻早强剂，混凝土内掺复合抗冻早强剂，现场出罐温度10℃。根据混凝土热工计算，入模温度最低保证值为5℃，保温棚内通过暖气加热，室内温度应在20℃左右。抗冻临界强度定为4 MPa，极端天气则定为5.0 MPa。

3 施工过程中混凝土对温度要求的计算

3.1 混凝土拌合物经由运输到浇筑时的温度T2

其中，T1为预拌混凝土出机温度;T1－αtT1(T1－Ta)为混凝土拌合物经由运输到达现场时的出罐温度(取10℃);T2为混凝土拌合物经由运输到达浇筑时的温度，℃;Ta为运输时候的环境气温，℃，取Ta=－10℃最不利情况;混凝土转换输送次数为n，泵送n=1次。

混凝土罐车到达施工现场时的出罐温度不小于10℃时，混凝土入模温度不小于5℃符合规范要求。

3.2 混凝土浇筑成型完成时刻的温度T3

混凝土浇筑成型完成时温度的计算，需要考虑模板和钢筋的吸热影响:

其中，T3为由于钢筋和模板吸热影响，混凝土浇筑成型完成时的温度;Cc为混凝土的比热容，取1 kJ/kg·K;Cf为钢模板的比热容，取0.48 kJ/kg·K;Cs为钢筋的比热容，取 0.48 kJ/kg·K;mc为每立方米混凝土的重量，取2 400 kg;mf为每立方米混凝土的相接触的模板重量，取421 kg;ms为每立方米混凝土的相接触的钢筋重量，取120 kg;Tf为模板的温度取最不利的－10℃，未预热时可采用当时的环境温度;Ts为钢筋的温度，取最不利的－10℃，未预热时可采用当时的环境温度。根据式(1)，式(2)计算，商品混凝土出罐温度要求不小于10℃时，可以确保入模温度不小于5℃。

3.3 混凝土保温养护冷却到0℃时需要的时间t0

混凝土保温养护冷却到任一时刻T的公式:

其中，K为总传热系数，取7.8 kJ/m2hK。K是20 mm阻燃保温被、塑料薄膜保温层和15 mm胶合板三项总合;Vce为水泥水化速度系数，取 0.017 h－1;Cc为混凝土的比热容，取 0.96 kJ/kg;ρc为混凝土的质量密度，取2 500 kg/m3;Qce为水泥累积最终放热量，取330 kJ/kg;mce为每立方米混凝土水泥用量，取300 kg/m3;T3为混凝土入模温度，取10℃;Tm，a为混凝土蓄热养护开始至任一时刻的平均气温，取－9℃。

混凝土养护冷却至0℃所需时间的计算方法:

将上述所计算的系数分别代入混凝土保温养护冷却至任一时刻的温度公式 T= ηe－θVce－ φeVce·t3+Tm，a，计算公式得 T=ηe－θVce－ φeVcet3+Tm，a=3.94e－1.93+15.06e－0.68－ 9。

用试算法求T=0℃时的t值。估值t取60 h，代入公式求得T=0.17℃，表明混凝土养护60 h已基本接近0℃，故取t0=60 h。

3.4 混凝土温度养护冷却到0℃时的平均养护温度Tm

式(4)是混凝土养护至任一时刻的平均养护温度的公式。

将t0=60 h代入上述公式，计算混凝土养护冷却至0℃的平均养护温度Tm=3.6℃。

4 混凝土性能检测

为了按照《建筑工程冬期施工规程》的要求完成长春复华未来世界文化旅游中心工程严寒地区冬期混凝土的施工，通过现场试验掌握了冬期混凝土强度增长的规律，了解在严寒地区连续低温条件下，影响混凝土强度增长的成熟度折算关系和等效养护龄期，满足混凝土部件强度，保障冬期施工混凝土的施工质量［3］，符合混凝土结构工程施工质量验收规范［4］。

4.1 成熟度法计算混凝土早期强度

工程采用C60混凝土在20℃标准养护条件下试验测试［5］，各龄期强度见表1。

表1 混凝土标准养护条件下各龄期强度

1)图解法。

利用表2数据，经回归分析［6］拟合成曲线方程:

其中，f为混凝土立方体抗压强度，MPa;D为混凝土养护龄期，d;a，b 均为参数。

根据表2数据，做出强度—龄期曲线和回归分析拟合曲线图1。

图1 强度—龄期曲线和回归分析拟合曲线图

2)计算法。

非线性回归分析计算 a=66.750，b= －2.14，2 d，3 d，7 d 和28 d非线性回归计算强度(MPa)见表2。由表2可见，2 d，3 d，7 d的强度阈实测值接近或相同，1 d和28 d有些差别。

混凝土浇筑后，初期养护温度测试记录见表2，根据表2，计算等效龄期 De板=28.14 h，De梁=28.32 h。将 a=66.750，b= －2.140;De板=28.14 h，De梁=28.32 h 代入式(5)，求得:f板=66.750e－2.140/28.15=61.86 MPa，f梁=66.750e－2.140/28.32=61.89 MPa，将求得的数值乘以0.8，得出66 h养护混凝土达到的强度:

表2 混凝土浇筑后测温记录及等效龄期计算

4.2 不同龄期混凝土试块抗压强度试验

在2017年12月采取了3 d，16 d，28 d和56 d的试验，结果见表3。表3中每件试块抗压强度及每批试块抗压强度值的计算是依据 GB/T 50081—2002普通混凝土力学性能试验方法［3］计算的。

表3 混凝土试块抗压强度试验

由表3可见试验标本结果，当龄期16 d时，已达到设计强度107%，28 d和56 d的强度已达到115%，超过建筑工程冬期施工规程，符合要求。

5 结语

依据建筑工程冬期施工规程施工，根据工程实际计算的混凝土在运输、浇筑和保养过程中温度的要求，进行了施工。施工结果表明，混凝土的抗压强度检测是合格的，达到并超过建筑工程冬期施工规程。