大体积混凝土冬季施工技术在水运工程中的应用研究

◎ 赵彬 渤海石油航务建筑工程有限责任公司

李放 谭博文 中交一航局第五工程有限公司

水运工程大体积混凝土施工中，室外温度对其的影响较为显著，若持续5d温度在5℃以内或是存在平均最低气温在0℃以内的条件时，极容易对大体积混凝土的施工质量带来影响，伴有冻害等质量问题。因此，探讨冬季低温环境下的大体积混凝土施工技术极具必要性。

1.物理模型及温度监测分析

本文结合天津港某工程，该水运工程施工条件较差，冬季低温易影响混凝土的工程性能。根据大体积混凝土冬季施工的基本特点对其展开数值模拟分析，视施工条件创建浇筑物理模型，于具有代表性的区域埋设温度监测点，采集数据，进而准确确定其热学参数，给正式施工提供依据。

（1）物理模型。物理模型尺寸为4m×3m×2m，先浇筑高度为0.8m的部分，再完成剩余1.2m的浇筑作业，两个阶段间隔时间设为1d，所用材料均为C45混凝土。

（2）模型块循环冷却系统。以大体积混凝土的施工量、现场环境温度等为参考，合理设置循环冷却水管，冷却水管以输水黑铁管为基础材料制作而得，基本尺寸为内径25mm、壁厚1.0～2.0mm，每层均存在进出水口，由此构成两个畅通的冷却水管循环。

（3）测温点的布设。在物理模型上共布设4个温测点，温度传感器的数量要求为各温测点均为4个、各进水口和出水口均为1个。

（4）测温结果。自混凝土浇筑后，在第68h出现温度峰值，具体达到51.6℃，经数据对比分析后确定其最大内表温差为15.5℃。以所得的温度监测数据为参考，对混凝土比热、热传导率等相关热学参数作出调整，以期提高其合理性。

2.大体积混凝土冬季施工的数值模拟分析

2.1 模型基本参数和建模

模型尺寸与物理模型具有一致性，掺和料水化热折减系数取0.91，按照该标准经折减计算后，将水泥当量值设为445.9kg。材料方面选用的是P.O42.5水泥。

以分阶段浇筑的流程为准，利用MIDAS/Civi1软件创建各阶段的有限元模型.

2.2 模拟内容

混凝土冬季施工的条件较为苛刻，温度对其具有显著的影响。此处考虑到蓄热养护法和综合养护法，分别对各工况展开模拟分析，以探明温度对混凝土施工带来的影响机制，从而探寻合适的温控方法。

（1）蓄热养护法。以保温材料的类别和保温层的厚度为变量，分别探讨不同条件下墩台温度的实际表现。环境温度取-8℃，共确定5种保温工况，均应用蓄热法，由此探讨墩台混凝土温度场在各条件下的变化情况。

（2）综合养护法。取多种蓄热养护工况，改变墩台外部环境温度，在此条件下探讨不同温度下墩台混凝土温度的实际表现。

2.3 模拟分析

不同温控方案所带来的应用效果各异，为对其应用情况作出准确的判断，考虑到内表温差、降温速率和内部最高温度三项指标，具体情况如表1所示。

结合表1内容展开具体分析：工况2和工况3中，各自的内表温差均超过规定限值（25℃）；工况5、工况7及工况8降温速率表现良好，均满足要求（不超过2℃/d）；所提各工况下的最高温升均未超过50℃，在此方面均满足要求。通过对三项指标的对比分析后，认为工况5、工况7和工况8具有合理性，所提的温控技术带来的应用效果可满足要求，因此从中加以选择并确定合适的温控方案。

3.大体积混凝土冬季施工的温控方案

3.1 环境温度控制

以电热风机为主要温控装置，在其作用下改善墩台模板内侧面温度场。于侧模外侧设置阻燃保温布，利用电热鼓风机向其中吹入热风，确保侧模内部环境温度至少达到20℃。

3.2 循环冷却系统

以1寸钢管为基础材料，分层依次布设到位（共2 层），按1 m的水平间距设置，流量稳定在1.1m3/h～1.5m3/h。各层均配套进水口和出水口，各自分别对应有特定的冷却水管循环系统。其中，进水口位于墩台中部，出水口位于墩台外围，通过此方式降低混凝土的核心温度，确保混凝土内部温度场具有合理性。

4.大体积混凝土冬季施工的技术要点

4.1 严把材料质量关，合理配制混凝土

以不影响混凝土强度为基本前提，在混凝土生产阶段掺入适量外加剂与粉煤灰，有效削弱水化热并减少水泥用量。碎石以5mm～30mm的级配碎石较为合适，砂料可取优质的中砂，细度模数应在2.30以上，含泥量＜1%。为减少水泥的用量，可掺入Ⅱ级粉煤灰，其在降低水化热方面具有较好的应用效果。为确保大体积混凝土的强度满足要求，可掺入高效减水剂，在该外加剂的作用下能够延长混凝土的初凝时间，增强施工的灵活性。此外，混凝土和水灰比也是混凝土生产阶段的重点控制指标，前者以15cm～18cm为宜，后者以0.5cm～0.55cm为宜。

4.2 原材料蓄热保温

小粒径的砂石冻块掺杂至混凝土后易对其质量造成不良影响，伴有混凝土分布不均、局部质量明显不足的情况。对此，将提高搅拌用水的温度作为重点突破口，将其稳定在30℃～60℃区间内，由具有资质的人员完成搅拌作业，密切关注混凝土的搅拌状态。加强对混凝土搅拌温度的检测，要求其出机温度具有合理性，否则也易对混凝土的质量造成不良影响。

4.3 加强搅拌、运输及浇筑阶段的温度控制

搅拌阶段的温度控制措施包含搭建暖棚、用大容量的搅拌机施工等。通过此类措施的应用可减少混凝土的热量损失，在短时间内完成搅拌作业，保证混凝土质量的同时提高施工效率。混凝土生产期间的掺料顺序会对最终的质量造成影响，宜先掺入水和骨料，经过搅拌后再掺入水泥。相较于常温状态下的拌制时间，冬季施工环境下应取该值的1.5倍，使原材料得到充分的搅拌处理。此外，拌和站与现场存在特定的距离，混凝土在运输期间易受到低温环境的影响而快速降低温度，导致运抵现场的材料难以满足温度要求。对此，在混凝土装料后需采取防护措施，例如加盖篷布等，尽可能减少运输途中的热量损失，同时完善的防护措施也可隔绝混凝土与外界环境，以免因杂物混入影响质量。冬季施工条件下，混凝土温度下降速度较快，运抵现场后需要及时浇筑入模。

5.结语

综上所述，通过综合养护法和循环冷却法的应用，可起到多重控温的效果，减小大体积混凝土的内外部温差，保证混凝土的施工质量。本文就具体的施工技术要点展开探讨，希望可为类似工程提供参考，以提高冬季环境下的大体积混凝土施工水平。