大型筏板混凝土冬季施工入模温度对强度影响的试验分析

大型筏板混凝土冬季施工入模温度对强度影响的试验分析

谢博 曾大勇 张平 余双洪

中国五冶集团有限公司 四川 成都市 610011

摘要：冬季施工时，混凝土如果在尚未达到允许受冻临界强度前一段时间内混凝土受冻，这段时间正处于混凝土结构的水化阶段，受冻之后对混凝土结构要产生破坏作用，以后虽经解冻和养生，但混凝土达不到设计强度，影响工程质量，对于大型筏板混凝土冬季施工而言尤为重要。混凝土低温施工的任务，就要保证在此期间内混凝土结构不受冻结。本文对大型筏板混凝土冬季施工的入模温度以及环境温度对混凝土强度的影响进行试验研究，以便于对类似工程提供施工依据。

关键词：大型筏板 入模温度 强度

1 冻结对混凝土结构的危害

研究表明,不同入模温度条件下不同龄期的混凝土温度场和应力情况有明显影响^[1-3],，从而对养护后的混凝土质量存在 影响。混凝土入模温度的控制可以起到控制结构裂缝的目的。 

1.1物理方面的危害

水结冰后，体积要膨胀。气温降到-2℃时，混凝土中水结冰变成固体。此部分水的密度由1降到0.917，其体积膨胀8%左右，当解冻后，其残留变形不能恢复原状，此时混凝土的孔隙率也增大，据测定，孔隙率提高15%~16%，而抗压强度则降低10%。

混凝土水化时，水泥颗粒外是一层水泥浆，它增强了水泥颗粒的粘着力，该水泥砂浆和砂石结合成坚实的混凝土结构。而低温施工受冻后，水分不能使水泥水化，从而造成混凝土结构的松散，降低了其结构强度。

混凝土结构强度。混凝土结构的冻结是由构件外表向内部逐层进行。当外层冻结后，拌合在混凝土中的一部分水要冻结，混凝土体积要发生变化，而此时混凝土结构强度较低时，加之组成材料的线膨胀系数不同，从而导致混凝土内部裂缝。

1.2化学方面的危害

当水结冰时，水分子聚集成团，此时水泥不能充分水化。

水泥矿物成分的水化与养护温度有密切的关系，当养生温度在-5℃以下时，水化作用就非常小了，由此可见，冻结是影响水泥水化的主要因素。

1.3初、早期受冻对混凝土抗压强度的影响

初早期受冻，对混凝土的抗压强度影响甚大，但它与结构在受冻前达到的强度有密切关系。含冰量与结构强度、冻结温度有关。当强度越大，温度越高时，含冰率越小。

经不同养护期后，只有成型后预养护3天以上的混凝土经75天较长时间养护，抗压强度才能接近标准养护强度的要求(正温养护28天)。

2 混凝土入模温度的控制

2.1混凝土入模温度控制的必要性

裂缝则是灌注桩混凝土结构中普遍存在的问题。工程调研及统计资料表明，由于变形作用(如：温度变形、收缩变形、不均匀沉降变形等)引起的工程裂缝约占80%以上。大体积混凝土在硬化过程中会释放大量的水化热，产生较大的温度变化和收缩作用，由此产生的温度和收缩应力是导致混凝土出现裂缝的主要原因。因此，灌注桩混凝土温度的控制具有重要意义，其控制的好坏将直接影响到结构的受力和耐久性要求。

灌注桩混凝土入模温度的控制是工程上用于降低温度应力从而减少温差裂缝的重要手段，在超长灌注桩混凝土工程中更是必不可少的防裂措施。入模温度控制要求限制温度最高值和最低值，即夏季炎热天气下需要采取措施降温；冬季施工要求保温，提高混凝土温度以确保水化反应的顺利进行。

2.2 低温施工入模混凝土温控措施

（1）原材料温控措施

根据新拌混凝土出机温度计算公式可知，控制原材料温度是控制混凝土温度的有效措施。

（2）砂石料

主要控制温度指标：粗骨料温度≥10 ℃。根据计算骨料升高 2 ℃，出机温度约升高0.5～1 ℃。

1） 设置砂石料料棚，减少热量损耗。

2） 向粗骨棚喷锅炉蒸汽来达到控制其温度的目的。

3） 加强储料管理。料棚内必须堆存 2 个以上管段混凝土砂石料，并保证堆存时间 3 d 以上，以充分进行热交换，禁止刚倒运砂石料或直接采用外场低温的砂石料浇筑混凝土。

4）粗骨料含泥量需要控制在 1.5 %范围内。

（3）粉料

主要控制温度指标：水泥≥15 ℃，粉煤灰≥15 ℃。

1） 严格按照合同要求控制粉料的出厂温度，进场粉料须由试验室检测符合要求后才能储料。

2） 设置中间储存转运仓，对转运仓采取保温措施，符合浇筑混凝土控制温度后才能倒运至搅拌站，禁止粉料直接入搅拌站。

（4）水

混凝土拌合前，可采用锅炉热水与自来水混合的措施来提高搅拌用水的温度。主要控制指标：水温（18 ~25 ℃）。

（5）混凝土运输温度控制措施

①在罐体外包裹帆布，以降低罐体内混凝土的热量损失。

②控制运输过程中罐体转速。

③合理配置罐车数量，与浇筑速度匹配，避免过程中过长时间的等待。

④室外泵管定位固定，采用定型加工帆布包裹，防止热量损失。

⑤施工过程中对泵管包裹材料进行加热，增加混凝土输送摩擦温升。

3 低温施工混凝土入模温度的确定

3.1低温施工混凝土入模温度试验

为确定低温场地条件下的混凝土最低入模温度，在施工现场根据设计配合比配置混凝土，根据不同的场地温度（低温时，施工现场的场地温度变化范围为-10℃~7℃），设置不同的混凝土入模温度，按控制好的混凝土入模温度浇筑在灌注桩试验孔内，待桩孔混凝土达到设计强度后，测定不同试验桩孔混凝土的抗压强度，选定符合设计强度要求的最低混凝土入模温度作为该场地温度下的入模控制温度。

低温条件时，不同场地温度（-10℃~7℃）和不同混凝土设计强度下，混凝土入模温度试验结果见表3-1。

3-1 混凝土入模温度试验结果统计

3.2 低温施工混凝土入模温度经验公式

混凝土入模温度试验统计结果表明：低温条件下（－10℃~7℃），混凝土设计强度一定时，场地温度越低，须要的混凝土入模温度越高；场地温度一定时，混凝土设计强度越高，须要的混凝土入模温度越高。 通过滨海低温环境中现场试验研究结果，对场地温度T

₁条件、不同深度下入模混凝土温度T₂与桩身砼浇筑强度fc间三个数据进行回归分析，建立适合滨海高含水量粉砂土地区的混凝土入模温度经验公式， 该经验公式为：fc=0.01 T₁+0.048 T₂²+20（T单位为℃，fc单位为MPa），根据试验结果，该经验公式R²=0.83，符合统计规律要求。

低温混凝土灌注桩施工时，应用该经验公式，可以确定不同场地温度和不同混凝土设计强度条件下，灌注桩混凝土入模控制温度，从而有效保证低温条件下的灌注混凝土质量。

参考文献

1. 于冬,唐洪岩,马文一. 入模温度对大体积混凝土基床结构温度应力的影响[J].铁道科学与工程学报. 2019,16(09):2150~2155.

2. [4]大体积混凝土成层浇筑过程温度场及温度应力研究[J]. 范永利,杨飞.  南昌工程学院学报. 2013(S1).

3. 大体积混凝土温度场仿真分析在ANSYS上的实现[J]. 王军玺,杨华中.  兰州交通大学学报. 2008(04).