浅谈严寒地区大体积混凝土施工技术

浅谈严寒地区大体积混凝土施工技术

王刚

上海建工七建集团有限公司  上海市  200000

【摘要】本工程项目所在地为青海省西宁市，属于中国西北省份；冬期时间从每年十月的十五日开始至次年的三月十五结束。考虑到项目的实际情况和进展速度，我们需要关注冬季七建地下结构施工分部分项工程，由于在严寒气候条件下，混凝土强度形成较缓，且混凝土浇筑完成好内外温差大；因此在严寒地区混凝土结构施工要引起足够的重视，所以我们在计划初期就进行了精心的准备，并在整个过程中的每个环节都保持了严谨的态度，以保证高质量地完成了这一重要任务。

【关键词】严寒地区 大体积混凝土浇筑 冬季施工 蓄热法施工

【引言】 宁属于大陆性高原半干旱气候，其特征是高原高山的寒冷和温暖，具有干燥、多风、蒸发量超过降水量的特点，太阳照射力度强，昼夜温差较大，冬季寒冷夏季凉爽，严寒地区底板大体积混凝土施工成为施工过程中一道难题

1.工程概况

本工程位于青海省西宁市城中区。项目总建设用地面积约为53024㎡，总建筑面积约为128006㎡，其中地上建筑面积79199㎡，地下建筑面积48807㎡。项目建设内容主要由体育文化馆、行政审批楼以及地下车库等组成。建筑功能主要包括文化展览、体育、便民、行政等。

主楼及地下室采用天然地基，基础形式为筏板基础，基础持力层为③层卵石，地基承载力特征值为400KPa。地下一层，局部为两侧。地下室主体结构详见下表：

混凝土结构物实体最小几何尺寸不小于1m的大体量混凝土，或预计会因混凝土中胶凝材料水化引起的温度变化和收缩而导致有害裂缝产生的混凝土，称之为大体积混凝土。底板反柱帽结构最小尺寸超过1m，属于大体积混凝土范畴。具体节点如下图所示

根据1971-2000年气象资料：西宁市年平均温度6.2℃，最冷月为1月份，平均温度为-8.3℃；最热月为7月份，平均温度为17.2℃，历年极端最低气温-24.9℃，极端最高气温（2000年7月份）38.7℃，年平均降水量为371.9毫米，蒸发量为1800毫米，历年最大积雪厚度18cm。西宁市市民中心底板结构施工正处于2017年11月至2018年1月，如何在严寒气候下进行大体积混凝土建筑施工成为项目部进场时第一道难题。

2.冬季大体积混凝土施工技术特点分析

大体积混凝土结构施工关键问题在于可能出现的裂缝现象，特别是在底部具有防渗透需求的关键部位上，这可能会对整体结构的水密性和混凝土的坚固度及耐用性构成威胁。如果未能妥善解决这些问题，将会导致严重的质量问题并带来不可逆转的经济损害。本工程的特点是：工程质量安全要求高、工期紧、作业量大（混凝土工程量大、施工机械多、施工用电量大）。在地下室主体结构施工中,将要遇到寒冷的天气施工，由于气温较低，极端情况要降低到-15℃以下，无论在材料、设备选择、施工方法确定等方面都需要采取有一些特殊的措施。

对混凝土质量的影响主要取决于水泥，普通水泥主要含有四种矿物成份，硅酸三钙（Ca3Si）、硅酸二钙（Ca­2Si）、铝酸二钙（Ca3Al2）、铝酸四钙（Ca4Al）。混凝土产生的强度强度，这些物质与水的接触会引发一系列化学反应，从而形成新的一系列化学产物从而此形成新的具有一定强度的混合物。浇筑的混凝土是由未水化的水泥、水泥的水化产品、砂石、水和空气构成的混凝土混合物是一个包含固态、液态和气体成分的三相均衡系统。当周围的环境温度下降，混凝土强度的提升速度会减缓。若其低至零度以下，其中的水分会在固态与液态之间转变，使混凝土的强度形成几乎停滞。随气温继续下探，混凝土中固态水的体积增加，可能引发混凝土因冷冻而导致的破裂。根据相关的研究，水变成冰之后，体积大约扩大了九个百分点，这可能会引起巨大的冰膨胀压力。假如该压力超过初始阶段混凝土的抗压能力，那么混凝土就会因为被冷冻所致的破损(也就是早期的冻伤损坏)。

冬季施工中混凝土的受冻分不同阶段：一是当温度下降时，混凝土会在初凝之前被冰冻住;二是在混凝土已经完成固化的过程中，早期的冰冻会影响到它的各种特性，这是一个需要特别关注的问题。初凝和终凝不久的混凝土由于混凝土内部水泥水化热的作用，由于水泥水化产生的热量使得其内部温度迅速上升至30°C及以上，然后慢慢地降温。然而，外部环境的温度可能相对较低，这会导致混凝土内外的收缩速度不匹配并引发裂缝，从而对混凝土结构产生破坏。三是硬化后的混凝土结构受到气候变化的影响，如严寒、炎热的天气，这种反复的过程会对混凝土造成损伤，进而削弱其实际功能，为了防止这种情况的发生，应该确保混凝土能在正常的温度条件下加快水泥的水化进程，以达到不受冰冻伤害的最小强度，通常被称为"临界强度"，该值不得低于混凝土设计强度的30%。

通过初步研究，我们发现在大体积混凝土结构施工过程中，预防冰冻对于保持工程品质至关重要。因此，为确保高质量完成项目，必须实施相应的科技手段与规定以避免寒冷气候对混凝土的影响。解决混凝土内部及外部温差过大导致的开裂现象，提升其防水、耐裂性和抵抗腐蚀的能力，是建筑工程大体积混凝土施工中的一个关键问题。

3.大体积混凝土施工部署

我们项目的所有建筑构件都采用了预拌混凝土。为了确保其质量，我们在混凝土预拌的过程中加入了早强剂与抗冻剂。用规定温度为-15℃的水泥混凝土防冻剂（可在比规定温度低5℃的条件下使用），初凝时间和终凝时间均增加约2h。搅拌时原材料加热，浇筑后利用原材料余热及水泥的水化热量，通过适当保温延缓混凝土冷却，使砼温度降到0℃前，达到受冻临界强度（即标准强度的30％）。

为保证冬施工程质量，对混凝土加热、搅拌、运输、浇筑及养护作如下要求：

1）冬施用于搅拌混凝土的砂、石、水泥均应保持5℃以上。

2）拌制砼采用加热水的方法，水温保持在40℃~60℃之间，确保混凝土出机温度大于10℃，入模温度不低于5℃

3）必须保证骨料的清洁度，不能有冰雪或其他易冻裂的物质存在，泥土含量也不应超过标准规定。

4）在进行混凝土浇筑之前，必须及时清理冰雪冻块和污垢，以及钢筋和模板上的障碍物。同时，要对脚手架和工作平台上的冻块进行及时清理，以避免发生滑倒和坠落的危险。

5）混凝土要充分拌制后再卸车，每盘搅拌时间不少于180s，严禁任意加水，浇筑时间安排在白天进行，当温度低于-15℃不宜进行混凝土的浇筑工作。

4）在配合比的设计方面，应该严格遵循国家有关冬季施工规范的要求，混凝土最小水泥用量不宜低于280Kg/m3,水胶比不应大于0.55。

5)底板浇筑方法采用同一端开始向另一端采用“赶浆法”浇筑，分层分段浇筑。具体详见下图

混凝土振捣密实后抹平，在混凝土表面及时覆盖一层塑料薄膜，上加两层纤维毛毯覆盖保温。在混凝土养护期间，出现雨雪天气，需在最上面一层保温棉被上覆盖一层彩条布，防止雨水渗入棉被内影响棉被的保温效果。具体做法如下图所示：

6）混凝土试件留置：应按规定留置龄期为28d标养试件和相应数量同条件养护试件，尚应增设二组与结构同条件养护试块，一组用以检验混凝土受冻前的强度，即7天同条件养护试件，另一组用以检验转入常温养护28天的强度。混凝土抗压强度试块的留置应按照规定留设，还用增设不少于2组的同条件养护试件，一组用于检查混凝土受冻临界强度，另外一组或一组以上用于检查混凝土拆模强度或负温转常温后的强度检查。

7）冬期混凝土初凝时间一般为3小时~5小时，终凝为6小时~8小时。因此应适当把握好抹面时机，并在初凝前（用手轻按表面可留下指痕）进行二次抹面，可以减少表面裂缝。二次抹面以后及时覆盖保温材料。

在混凝土养护期间要对浇筑体里表温差、降温速率及环境温度进行检测，并做好记录。项目部派专人及时测大气温度（每2小时一次），浇筑砼时对砼的入模温度每2小时测一次，砼浇筑完成后每60m2布一测温点，在强度未达到4MPａ以前每2小时测温一次，以后每6小时测温一次,所以测定数据做好记录及时提供采取保温养护措施的依据，确保正温养护。

在每个测温监测点预埋pvc管道，作为测温点。内径17mm，长度650mm，外面用胶布裹坚实，下端用胶布层层封住，PVC管上露200，管内灌入机油，浇筑砼前插入一根ф14的钢筋防止塑料管变形，塞紧管口后胶布密封。测温点的布置原则应在有代表性的整个基础底板最深处及结构尺寸较大的地方。测温点分别设置在筏板的的下部和中间位置，表面温度在砼面向下5cm处。

测温点的平面布置详见下图

4.结语

在前期方案的精心策划、各项准备工作的妥善安排及过程质量验收严格把关的保证下，西宁市市民中心项目底板结构于2017年12月底保质保量完成，减少基坑裸露产生的安全风险，同时保障了工期，为项目能按时交付打下了坚实的基础。

参考文献：

《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204-2015

《混凝土质量控制标准》GB50164-2011

《大体积混凝土施工规范》GB50496-2009 

《建筑工程施工质量验收统一标准》(GB50300-2013)