閆騰飛，包漢營，敖長江，李 星，袁 山

(1.中國建筑土木建設(shè)有限公司，北京 100070； 2.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)工程學(xué)院，湖北 武漢 430074)

0 引言

大體積混凝體自身在常規(guī)溫度下主要面臨的是內(nèi)外溫差大的問題，目前可通過合理手段進(jìn)行控制[1]，然而冬施條件下面臨的問題又與之不同.大體積混凝土冬季施工受養(yǎng)護(hù)措施影響較大，嚴(yán)重影響混凝土強(qiáng)度發(fā)展[2-3].5 ℃以上，混凝土正常進(jìn)入化學(xué)反應(yīng)，影響較小；低于-0.3 ℃，混凝土逐漸凍結(jié)，強(qiáng)度成長受限.-10 ℃以下，混凝土受凍并失去強(qiáng)度發(fā)展.由此可看出，環(huán)境溫度低于5 ℃將是冬施的標(biāo)志.

現(xiàn)有學(xué)者針對冬季施工相關(guān)技術(shù)進(jìn)行分析，李廣平[4]以哈爾濱市地鐵襯砌建設(shè)為背景，開展混凝土極寒條件下的襯砌養(yǎng)護(hù)研究，養(yǎng)護(hù)效果較佳.陳超等[5]以冷卻塔工程為例，采用電加熱方法對混凝土進(jìn)行溫度平衡，養(yǎng)護(hù)效果較好，具有較高的指導(dǎo)意義.曾海清[6]總結(jié)陳述了冬施條件下混凝土養(yǎng)護(hù)及模板拆除要點(diǎn)，具有實(shí)際應(yīng)用價值.孟躍朋[7]采用ANSYS軟件建立了電伴熱混凝土模型，并研究了該冬施養(yǎng)護(hù)方法下的溫度場，具有較強(qiáng)的創(chuàng)新性.魏京華[8]以平度地區(qū)條件為例，從混凝土配合比外加劑等多因素研究了冬施對混凝土質(zhì)量影響的程度，具有較強(qiáng)的指導(dǎo)意義.冀長勇等[9]對綜合蓄熱法進(jìn)行研究，并開展熱工計算，對冬施大體積養(yǎng)護(hù)混凝土具有重要指導(dǎo)意義.梁國標(biāo)[10]提出采用復(fù)摻技術(shù)改善混凝土自身的性能，并嘗試采用根本方法提高混凝土冬施性能，找出合理材料.

現(xiàn)有研究對冬施養(yǎng)護(hù)技術(shù)進(jìn)行了多方向研究，研究成果豐碩，但不同區(qū)域冬施環(huán)境差異較大，無法對雄安新區(qū)的冬施養(yǎng)護(hù)技術(shù)起到很好的指導(dǎo)，因此，本文將雄安新區(qū)雄東管廊項(xiàng)目PM08大體積混凝土承臺冬施澆筑為背景，開展冬施養(yǎng)護(hù)技術(shù)總結(jié)和評估，得出適合雄安新區(qū)的冬施養(yǎng)護(hù)體術(shù).

雄東片區(qū)A社區(qū)對外道路(一期)項(xiàng)目位于雄安新區(qū)，服務(wù)于千年之城建設(shè).根據(jù)雄安新區(qū)歷年氣象信息，雄安新區(qū)每年11月15日即入冬施，第二年3月15日解除冬施，冬施時間長達(dá)4個月.冬季施工對雄安新區(qū)建設(shè)影響較大.根據(jù)雄安新區(qū)氣候特點(diǎn)將冬施劃分為3個時間段：11.15～12.15；12.16～02.15；02.16～03.15，其中最關(guān)鍵的12.16～02.15為嚴(yán)冬階段，溫度值最低.

為研究雄安新區(qū)大體積混凝土冬施養(yǎng)護(hù)技術(shù)，本文先提出雄安新區(qū)冬施養(yǎng)護(hù)技術(shù)措施，后采用數(shù)值模擬方法，以PM08左幅承臺大體積混凝土(尺寸：10.9 m×14.1 m×3.5 m)施工為研究對象，驗(yàn)證了該技術(shù)的可行性.本承臺施工期間正處于嚴(yán)冬施工階段，具有代表意義，可為此類工程提供參考和借鑒.

1 冬施養(yǎng)護(hù)措施

1.1 提高出機(jī)溫度

出機(jī)溫度T1主要通過控制骨料、水等材質(zhì)溫度進(jìn)行出機(jī)溫度調(diào)整，由熱工計算為依據(jù)進(jìn)行材料溫度配置.本項(xiàng)目依據(jù)攪拌站距離(現(xiàn)場與攪拌站距離2 km)和工程經(jīng)驗(yàn)，制定出機(jī)溫度為25 ℃，并交由混凝土供應(yīng)公司進(jìn)行落實(shí).通過工程管理員進(jìn)行監(jiān)測，實(shí)測溫度均值為25.2 ℃.

1.2 混凝土運(yùn)輸

混凝土運(yùn)送采用外部覆蓋保溫套的混凝土攪拌車.混疑土出機(jī)后應(yīng)及時運(yùn)到澆筑地點(diǎn)，運(yùn)輸時間為30 min.在運(yùn)輸過程中，罐車應(yīng)采用帆布包裹，保溫防風(fēng)且不漏漿.混凝土進(jìn)場后應(yīng)以最短等待時間開展?jié)仓ぷ?，確保溫度損耗最低.經(jīng)實(shí)測，拌合物狀混凝土到達(dá)施工PM08位置的溫度為23.4 ℃(15:37)，23.3 ℃(15:42)，23.8 ℃(15:44)；平均值23.5 ℃.

1.3 混凝土澆筑

嚴(yán)冬的雄安新區(qū)溫度很低，預(yù)支的鋼模板及PM08基坑底部有局部殘霜和冰碴，因此必須進(jìn)行殘霜冰雪清除處理，尤其是鋼模板冰雪的清除.可以用生火爐或電預(yù)熱等在澆筑前對模板進(jìn)行預(yù)熱，以便清除冰雪.

澆筑混凝土?xí)r，泵管用棉被包裹，降低砼的熱量消損.經(jīng)實(shí)測，混凝土泵送管出管溫度為22.9 ℃(15:51)，23.1 ℃(15:55)，23.4 ℃(15:57)；平均值23.13 ℃.經(jīng)實(shí)測，本承臺澆筑完成時的溫度為22.52 ℃.

1.4 混凝土養(yǎng)護(hù)

承臺采用綜合蓄熱養(yǎng)護(hù).混凝土澆筑完成后采用棉被進(jìn)行保溫覆蓋并在棉被上方覆蓋保溫篷布，后用繩子捆綁固定.其中，覆蓋兩層被子，每層厚度為50 mm.在新澆筑混凝土表面先鋪一層塑料薄膜，承臺頂面需搭設(shè)支架后再覆蓋棉被與保溫篷布，如圖2和圖3所示.塑料薄膜起防水作用，篷布起到阻擋熱量流失與遮擋雨雪作用.

圖1 PM08左幅承臺澆筑 圖2 覆蓋棉被 圖3 覆蓋篷布

此外，在大體積混凝土中放置兩層冷凝管，冷凝管布置如圖4所示.層間距為800 mm，冷凝管管間距為1 m，管徑為27 mm.

2 數(shù)值分析

2.1 數(shù)值計算模型

基于有限元分析軟件Midas FEA對13.9 m×10.1 m×3.5 m(長×寬×高)承臺C40標(biāo)號大體積混凝土澆筑施工并進(jìn)行水化熱數(shù)值計算分析.模型尺寸與實(shí)際情況PM08左幅承臺尺寸一致.根據(jù)計算理論，模型取1/4進(jìn)行計算，水化熱模型如圖5所示，其中所示模型分承臺與下部地基兩部分.地基土模型外圍設(shè)置固定邊界，全模型對稱面設(shè)置對稱邊界.在承臺模型外表面與地基土模型表面設(shè)置對流邊界，對地基土設(shè)置強(qiáng)制溫度邊界.承臺及下部地基土均選用彈性模型，具體材料屬性見表1.

表1 材料參數(shù)

本數(shù)值模型設(shè)置的計算節(jié)點(diǎn)依據(jù)時間可分為：0.5 d、1 d、1.2 d、1.5 d、1.8 d、2 d、2.2 d、2.5 d、2.8 d、3 d、3.5 d、4 d、5 d、7 d、10 d、14 d、21 d、28 d、35 d、42 d.

圖4 冷凝管布置示意圖 圖5 數(shù)值模型示意圖

2.2 數(shù)值計算結(jié)果分析

不同期齡下承臺溫度場分部情況如圖6所示.由圖6可知，澆筑完成1 d后承臺內(nèi)部最高溫度為48.4 ℃，與表面溫度差值為12.6 ℃；澆筑完成2 d后承臺內(nèi)部最高溫度為59.1 ℃，與表面溫度差值為22.7 ℃；澆筑完成3 d后承臺內(nèi)部最高溫度為59.6 ℃，與表面溫度差值為24.7 ℃；澆筑完成7 d后承臺內(nèi)部最高溫度為47.4 ℃，與表面溫度差值為19.2 ℃；澆筑完成14 d后承臺內(nèi)部最高溫度為36 ℃，與表面溫度差值為13.1 ℃；澆筑完成21 d后承臺內(nèi)部最高溫度為30.2 ℃，與表面溫度差值為8.7 ℃；澆筑完成28 d后承臺內(nèi)部最高溫度為27.9 ℃，與表面溫度差值為6.5 ℃；澆筑完成42 d后承臺內(nèi)部最高溫度為23.1 ℃，與表面溫度差值為1.8 ℃.由上述結(jié)果可知，混凝土最大內(nèi)外溫差為24.7 ℃，出現(xiàn)在澆筑完成3 d時，未超過規(guī)范規(guī)定的25 ℃.

圖6 不同期齡下承臺溫度場分部情況

混凝土溫度測點(diǎn)布置如圖7所示，共計8個測點(diǎn).承臺不同測點(diǎn)處的溫度值監(jiān)測曲線如圖8所示.由圖可知，在澆筑結(jié)束后，大體積混凝土迅速升溫，在澆筑后2.5 d時，內(nèi)部溫度達(dá)到最大，內(nèi)部溫度最大值為60 ℃，位于2/7測點(diǎn)處.隨后整體溫度開始呈緩慢下降趨勢，并在澆筑后14 d內(nèi)實(shí)現(xiàn)溫度快速冷卻.

同時根據(jù)圖8可知，上部測點(diǎn)降溫速度顯著大于下部測點(diǎn).以同為對稱測點(diǎn)的2/7測點(diǎn)與5/7測點(diǎn)為例，2/7測點(diǎn)在7至14 d時間范圍內(nèi)溫度降幅為17 ℃，大于5/7測點(diǎn)在7至14天時間范圍內(nèi)的溫度降幅值14.3 ℃，差值為2.7 ℃.同時澆筑14 d以后，混凝土水化放熱產(chǎn)生的熱量主要集聚在承臺下部，這可能與底部地基土介質(zhì)不利于導(dǎo)熱，從而造成散熱緩慢.施工過程中應(yīng)充分關(guān)注承臺下部混凝土溫度，避免冬季施工條件下承臺下部內(nèi)外溫度差較大造成的不利影響.

通過對現(xiàn)有數(shù)值計算結(jié)果分析，混凝土冬季施工養(yǎng)護(hù)期間，混凝土可實(shí)現(xiàn)其正常的水化反應(yīng)路徑，內(nèi)部最高溫度未超過本項(xiàng)目初步設(shè)定的65 ℃范圍，同時混凝土內(nèi)部最高溫度與表面溫度之差未大于25 ℃，滿足施工要求，從而論證了冬季施工大體積混凝土養(yǎng)護(hù)技術(shù)的有效性，可為雄安地區(qū)同類項(xiàng)目提供參考和借鑒.

圖7 測點(diǎn)布置圖 圖8 不同測點(diǎn)水化放熱溫度變化曲線

3 結(jié)論

針對冬季施工大體積混凝土澆筑易受天氣影響產(chǎn)生病害問題，本文以雄東管廊項(xiàng)目N9主路PM08號左幅承臺澆筑為背景提出雄安新區(qū)大體積混凝土冬施養(yǎng)護(hù)技術(shù)，并開展冬施養(yǎng)護(hù)技術(shù)條件下大體積混凝土澆筑水化放熱數(shù)值計算，并分析了雄安新區(qū)冬施養(yǎng)護(hù)技術(shù)條件下的大體積混凝土溫度場，得出以下結(jié)論：

1) 提出適合雄安新區(qū)大體積混凝土澆筑冬施養(yǎng)護(hù)技術(shù)：控制入模溫度為23 ℃左右，并覆蓋2層5 cm厚棉被和一層篷布，大體積混凝土內(nèi)部設(shè)置冷凝管.

2) 本雄安新區(qū)大體積混凝土澆筑冬施養(yǎng)護(hù)技術(shù)環(huán)境下，尺寸13.9 m×10.1 m×3.5 m承臺水化熱計算結(jié)果為內(nèi)部最大溫度60 ℃(發(fā)生在2.5 d時)；內(nèi)外溫差最大24.7 ℃，滿足養(yǎng)護(hù)要求.

3) 水化溫度到達(dá)峰值后一段時間內(nèi)，上部測點(diǎn)降溫速度顯著大于下部測點(diǎn).施工過程中應(yīng)充分關(guān)注承臺下部混凝土溫度，避免冬季施工條件下承臺下部內(nèi)外溫度差較大而造成的不利影響.

致謝：

感謝中建八局雄東管廊項(xiàng)目總工程師劉曉飛、技術(shù)負(fù)責(zé)人韋浩、專業(yè)工程師賀昭瑞、見習(xí)生趙鑫磊等技術(shù)人員對本研究工作給予的幫助與支持.