浅谈北方寒冷地区大体积混凝土的冬期施工措施

浅谈北方寒冷地区大体积混凝土的冬期施工措施
刘志军
摘要：随着我国建筑业的不断发展，呈现出高、大，复杂等特点，其中大体积混凝土施工也已十分普遍，但众所周知，大体积混凝土在水化热以及其他外界因素的综合作用下，特别是在北方寒冷的冬季，会影响质量或者正常使用的裂隙，为此，笔者从大体积混凝土的定义出发，结合自身多年施工经验，在保证大体积混凝土冬季施工的原则基础上，提出了冬期施工的技术措施，为顺利快速的在冬季施工保证质量质量打下了坚实的理论基础。
关键词：大体积混凝土冬季施工施工措施
0前言
在工业与民用建筑钢筋混凝土结构的冬期施工中，主要是防止早期混凝土被冻问题；而在大体积混凝土的冬期施工中，情况有所不同，除了防止早期混凝土被冻外，还存在着控制温差、防止裂缝的问题，而且防冻与防裂之间往往还存在着矛盾。在设计和施工中，必须妥善解决这个矛盾，兼顾防冻与防裂两方面的要求。这是大体积混凝土冬期施工的主要特点。
混凝土冬期施工，尤其是在严寒地区，无论采用何种施工方法，为了防止早期混凝土被冻，一般都要求混凝土具有较高的浇筑温度。但另一方面，正是由于气候寒冷，基础温差和内外温差必然加大，往往超过允许温差，不能满足防止混凝土裂缝的要求。因此，大体积混凝土冬期施工中防冻与防裂的矛盾，集中在混凝土浇筑温度的选择上。实践经验表明，如果单纯从防止混凝土早期被冻出发，选择过高的浇筑温度，往往会导致混凝土开裂，造成混凝土施工出现质量问题，所以要选择合理的浇筑温度。
1大体积混凝土的定义
工业与民用建筑中，混凝土、钢筋混凝土是建筑结构中的主要组成材料。随着城市建设与大型工矿企业的发展，高层、超高层、特殊功能的构筑物及大型设备基础等都采用体积庞大的混凝土结构。大体积混凝土己大量用于工业与民用建筑中。
在《普通混凝上配合比设计规程》JGJ/55-2000中认为“混凝土结构物中实体最小尺寸大于或等于1m的部位所用的混凝土简称大体积混凝土”，这种提法不够科学准确，因为很多独立基础的最小尺寸大于1m，却不是大体积，也有很多结构最小尺寸小于lm，但体积较大，水化热引起的变形也较大，应列入大体积混凝土之列。
美国混凝土学会认为，大体积混凝土是“现场浇筑的混凝土，尺寸大到需要采取措施降低水化热和水化热引起的体积变化。以最大限度地减少混凝土的开裂。”
参照国外的标准，结合实际的工作经验，笔者认为，大体积混凝土的定义为：现场浇筑混凝土结构的几何尺寸较大，且必须采取技术措施以避免水泥水化热及体积变化引起的裂缝，这类结构称为大体积混凝土。
2大体积混凝土冬季施工的原则
连续5天日平均气温在5℃以下，即进入混凝土的冬期施工阶段。大体积混凝土冬期施工应兼顾防冻与防裂两方面的要求，因此应遵循以下三条基本原则：
⑴砂、石等原材料中不能含有冻块，混凝土拌和物也应该具有一定的温度，以保证在运输和浇筑过程中不致冻结。
⑵混凝土在达到临界强度之前不能受冻，以免混凝土内部结构受到破坏，最终强度受到损失。
⑶混凝土的内外温差和最高温度均不能超过规定数值，以免发生裂缝，破坏结构的整体。
上述三条原则中，第1、2条是为了防冻，第3条是为了防裂。
3大体积混凝土冬期施工的技术措施
为了使上述冬期施工的原则得到满足，必须采取一系列技术措施。
⑴混凝土出机温度与浇筑温度的选择
混凝土的浇筑温度系指经过平仓震捣，将要盖上第二层混凝土拌和物之前的温度。为了防止早期混凝土受冻，浇筑温度当然越高越好，规范规定入模温度不低于5℃，没有上限控制。但大体积混凝土，除了防冻外，还有防裂要求，由于体积大，浇筑以后，虽然表面温度很低。内部温度却因水化热而急剧上升。为了减小内外温差和基础温差，浇筑温度越低越有利，一般说最好不超过10℃。因此，大体积混凝土施工的浇筑温度一般以5~10℃为宜。如果气温很低，在达到临界强度以前，表面混凝土有遭受冻害的可能，应加强保温措施，不可单纯为了防冻而随意提高浇筑温度，以致引起裂缝。
根据当地的气候条件和保温方法，由浇筑温度，加上运输及浇筑过程中的热量损失，就可得到混凝土的出机温度。规范规定不低于10℃，一般控制在10~15℃为宜。
⑵基础及冷壁的预热
在浇筑混凝土以前，对基础、预埋铁件及与新混凝土接触的冷壁（老混凝土、预制混凝土模板等），应用蒸汽清除所有的冰、雪、霜冻，并使其表面温度上升。如果基岩及冷壁的内部温度较低，还需要提前进行预热。如果不进行预热，浇筑混凝土以后，接触面附近的新混凝土温度将很快降至零度以下。预热所需温度、深度和持续时间，由温度计算决定。计算原则应使接触面附近的新混凝土在达到临界强度之前不被冻结。一般来说，应使基岩深度10cm内温度在5℃以上。
⑶原材料加热
当气温不低于-1℃时，一般只须将拌和水加热，以满足出机温度的要求。水温不能超过60℃，以免水泥发生假凝。当气温低于-1℃时，须将水与细骨料加热，同时加热粗骨料使其中的冰雪融化。加热砂石料时应避免过热和过分干燥，最高温度不宜超过75℃。
水的加热可用锅炉、电热或蒸汽，砂料加热可用封闭的蛇形管，石料加热使用蒸汽最方便。
⑷运输中的保温
运输中的热量损失与运输工具有关。如使用大型运输罐，热损失一般不大。如使用自卸卡车，可用废气加热车底，车皮外面应加保温层并在车身上面加以覆盖，如使用皮带输送机，最好搭盖帐篷，完全封闭，否则热量损失很大。此外，运输中应尽量减少倒转次数。
⑸浇筑过程中减少热量损失
混凝土是分层浇筑的，每层厚度20~50cm，由于厚度薄，散热面积大，浇筑过程中的热量损失是很大的。减少热量损失的办法：①加快浇筑速度，缩短浇筑时间；②用保温被或聚乙烯泡沫塑料板覆盖保温。当气温低于-5℃时，即停止浇筑。在更低的气温下浇筑混凝土，一般以采用暖棚法为宜。
⑹保温养护
混凝土浇筑完毕以后，应采取严格的保温养护措施，使混凝土强度得到充分发展。在混凝土达到临界强度以前，任一点温度均不能降至零度以下。
保温方法大致有以下三类：
①表面保温法。侧面用保温模板、保温被、聚苯乙烯泡沫塑料板等，顶面用聚乙烯泡沫塑料板、保温被、砂、锯末等保温，将混凝土浇筑时所包含的热量（决定于浇筑温度）及水化热保存起来，维持所需温度。保温层厚度应通过计算确定。
②主动加热法。在模板内侧以蒸汽或电热线加热，或在表层混凝土内插入电极，利用混凝土的电阻，以低压（50~100V）加热。
③暖棚法。在混凝土块外面搭盖暖棚，在棚内利用电热风机、蒸汽热风机或火炉加热，创造人工气候。
4结束语
大体积混凝土的施工技术，涉及到经济、技术、设计、管理、施工等诸多方面。要想保证大体积混凝土的施工质量，需要建设单位、设计单位、施工单位、材料供应商等单位的综合管理、科学组织、合理安排、严格执行。本人结合多年施工经验，总结出了以下几点：
⑴当建筑物较大需要设置变形缝时，宜设置后浇带，尽量少设或不设变形缝，是可行的。
⑵在大体积混凝土中掺入UEA膨胀剂，产生约束膨胀，可以有效地补偿冷缩和干缩。
⑶大体积混凝土的升温速度较快，应采取有效措施及时保温。降温时应延缓降温速率，施工过程要进行温控。
⑷大体积混凝土施工，通过控制温度来实现控制温度应力，实际操作较为方便，效果经检验可靠。
⑸大体积混凝土冬期施工，既要考虑防冻，同时也要考虑防裂。