1、目录混凝土冬期施工的主要作法综合蓄热法 11.1 混凝土冬期施工的抗冻临界强度 11.2 用成熟度推测混凝土工程早期强度 11.3 混凝土在蓄热养护阶段的热工计算 3混凝土冬期施工的主要作法综合蓄热法1.1 混凝土冬期施工的抗冻临界强度*地区一般从 11 月中旬进入冬期施工，至翌年 3 月中旬，冬施时间约 4 个月。其中初冬和冬末日夜平均气温在 0左右，约有 70d 为低温阶段，低温阶段的特点是日班施工均处于正温度。从 12 月下旬至翌年 2 月中旬，约有 50d 为严寒阶段，平均气温-5左右，特点是日夜班均处于负温。1980 年，*建筑工程局在制订大模板施工工艺规程时，结合*市冬期气温情况和
2、多年的施工及试验记录，并参照国内外有关资料，决定在*大模板冬期施工中，对掺有减水、早强等外加剂的混凝土，抗冻临界强度定为 4MPa，以区别于混凝土结构工程施工及验收规范 （GB50204-92）中规定的不掺外加剂混凝土的抗冻临界强度值。这一抗冻临界强度后经*公司试验室和*试验室试验证实是可行的。其中*试验室用硅酸盐 525、普通 525R、普通 425、矿渣 425 四种水泥，68cm 、1618cm 两种坍落度，掺含早强、减水、引气型复合外加剂，配制 3 种级别掺与不掺粉煤灰的混凝土 13 个系统，每个系统均作标养及预养 6h、9h、12h、18h、21h、24h、27h、30h、36h、4
3、2h、48h，随后移入冷冻箱中。冷冻箱模拟*严冬气候，白天-2-4 ，夜间-17-19 ，冷冻 7d，取出再标养 28d和 60d，分别试压预养强度和、强度。对试验数据采用 3 种方法确定抗冻临界强度，其数值分别为 3.83MPa、3.73MPa 和3.33MPa，平均值为 3.63MPa。试验结果表明，临界强度值与混凝土强度等级元明显关系，采用不分混凝土强度等级统一的抗冻临界强度值 4MPa，保证率大于 95，符合国家规定的保证率要求。1.2 用成熟度推测混凝土工程早期强度由于按规范规定留置的同条件养护试块一般为 15cm15cm15cm 或10cm10cm10cm 的试体，表面系数比结构工
4、程的构件大许多倍，而且用钢模成型散热较快，很难代表综合蓄热法施工混凝土工程构件的实际强度发展情况；而正确判断混凝土的早期强度，对确定拆模时间和安排后续工序至关重要。为此，*市建筑工程总公司（原*市建筑工程局）于 1985 年开始组织所属*市建筑工程研究所和*市*公司试验室进行“成熟度在混凝土冬期综合蓄热法施工中应用”的研究。1985、1986 两年先使用普通 525、矿渣 425 两种冬施常用的水泥，选用低温、负温两种外加剂，配制当时冬施量较大的 C20、C30 两个级别的混凝土，先后做不同低负温、恒温及自然低负温试块近 4000 组，用指数型曲线回归出 8 条成熟度强度曲线，解决了一部分用成
5、熟度推测工程混凝土早期强度的问题。该试验选用的外加剂配方为 I 型（适用于低温阶段）硫酸纳 2，三乙醇胶0.03，木钙 0.2；型（适用于负温阶段）硫酸锅 2，亚硝酸纳 2，建一减水剂0.5（以上均为与水泥用量的比例） 。由于两种外加剂均含有早强减水成分，在计算成熟度时，绍尔公式 T0 值取-15 。即将绍尔公式写为：tTMt015（1-1）式中：M混凝土成熟度（h） ；T混凝土温度（） ；t两次测温间隔时间（h） 。1987 年，又进一步研究用成熟度推定适用于各种水泥配制的混凝土早期强度方法。采用各品种水泥、外加剂配制该级别混凝土，绘出本身的标养成熟度强度曲线，根据测温数据按（1-1 ）式算
6、出成熟度值，从曲线求强度。试验用了 3 种水泥、2 种外加剂配制 18 种混凝土。在不同低温负温条件下，每批试体有 3 个试块插温度计，计算成熟度，结果发现不同成熟度试块强度与标养成熟度强度曲线值相差很大。又用液体蒸发式成熟度计测标养成熟度值和用玻璃温度计测温，与按（1-1）式计算的成熟度值比较，也同样存在较大的差值。将 4000 多个试验测试数据分析整理后发现，混凝土试体实测温度愈接近 20，按（1-1）式算出的成熟度值与试体强度关系和该种混凝土的标养成熟度强度关系相差愈少，实测温度愈低差值愈大，在散点图上呈趋势性规律。经归纳整理，不同温度的差值系数如表*所示。表*说明温度低于 20的混凝土
7、，实测的温度必须乘以该温度的差值系数，方可用绍尔公式计算成熟度值，利用标养成熟度-强度曲线正确推定该种混凝土的早期强度。这样，在冬期综合蓄热法施工用绍尔公式计算成熟度时，必须按下式进行： tTM15（1-2）式中：温度差值系数。绍尔公式原来的概念是在常温及低温条件下混凝土浇筑后，不论其温度如何变化，只要成熟度值相同，其强度大体相同。试验找出了绍尔公式在不同温度值下的差值，对综合蓄热法正确推定混凝土早期强度具有现实意义。综合蓄热法要求混凝土人模成型温度高于+10，经保温蓄热养护，在温度降至 0时混凝土达到抗冻临界强度。亦即综合蓄热法混凝土测温度在 120温度区段，表 1-1 中120的温度差值系
8、数平均值约为 0.8。为简化工地测温计算，便于推广应用这一科研成果，*市建筑工程总公司规定，工地仍按原测温表测温，按（1-1）式计算成熟度，只要将累计成熟度值乘以 0.8，即可用该种混凝土的标养成熟度强度曲线推定混凝土的早期强度。并制订了冬期综合蓄热法施工应用成熟度推测混凝土早期强度规程并推广应用。为正确推定混凝土早期强度，*市建筑工程研究所研制成功液体蒸发式成熟度计。这种成熟度计长约 12cm，由硬质塑料管和帽盖组成。帽盖与后附刻度板的细玻璃管相连，细玻璃管中装有红色可挥发液体。浇筑混凝土时将成熟度计插入混凝土中，外露硬质塑料管口和帽盖。细玻璃管中的红色液体即开始蒸发。该红色液体与 20混凝
9、土成熟度发展同步，混凝土温度愈高挥发愈快，时间愈长挥发愈多。混凝土浇筑后，可在任意时间拔开帽盖读取成熟度值，读完将帽盖盖好，仍可在以后的养护时间内随时读取成熟度值。这种成熟度计的刻度表达的是 20标养条件下的成熟度值，即可不经计算，直接利用该种混凝土的标养成熟度强度曲线推定混凝土早期强度。这种成熟度计经许多施工单位使用验证，证明其准确无误。它比丹麦的同类型产品COMOMETER 可读精度高 50。这种成熟度计和上述成熟度应用论文在 1990 年第二世界混凝土学术会议上发表，曾引起国内外专家的兴趣和关注。1.3 混凝土在蓄热养护阶段的热工计算关于混凝土拌合物最终温度的计算和混凝土运输至成型温度损
10、失的热工计算，均可按混凝土结构工程施工及验收规范 （GB50204-92 ）附录进行。而从混凝土浇筑成型经蓄热养护，温度逐渐下降至 0的热工计算，多年来一直沿用苏联 BK 斯克拉姆泰耶夫公式（简称斯氏公式） 。由于斯氏公式把内热源的不稳定传热过程看作稳定的传热过程，平均温度 tp 的计算是经验公式，对许多与平均温度有密切关系的因素，如水泥品种与水化热量、保温措施、外界气温、冷却时间等，均未加考虑，以致误差甚大。新疆建筑科研所曾作过 6 种不同类型构件的蓄热养护试验，斯氏公式的计算值与实测值平均误差高达 40以上。1981 年湖南大学吴震东教授经过研究后提出了新的计算式。冷却时间计算公式为： t
11、aEDetmzfz（1-3）混凝土平均温度计算公式为： afmzzp tEBDAet 0001（1-4）式中： WQCA0mKMB0EtDaBAf1t混凝土任一时刻的温度（） ；t0混凝土入模起始温度（ ） ；ta室外平均气温（） ；z时间（h） ；z0混凝土冷却到 0所需时间；C混凝土比热kJ/（kg） ；混凝土容重（kg/m3） ；Q0水泥累积最终发热量（ kJ/kg） ，见表*；m水泥水化速度指标（1/h） ，见表*；W每立方米混凝土水泥用量（kg/m3） ；M结构表面系数（m2/m3） ；K总传热系数（kJ/（m2h ） ） ；透风系数，见表*。上述公式的主要特点是依据不稳定传热理论，
12、从动态角度出发，考虑了实际影响混凝土蓄热冷却的主要因素，如水泥品种和水化热情况。保温措施、混凝土成型起始温度、外界气温、结构表面系数等。在保温蓄热的条件下，将外热源看作近似稳定传热，假定混凝土内部各点温度相等，梁、柱等构件为二维传热，内热源则考虑了水泥水化热的不稳定传热。基于“工程混凝土在蓄热冷却过程中，任一时刻单位体积混凝土含热的变化量，等于同一时刻内它所产生的水泥水化热与扩散热量之差”的蓄热冷却规律建立微分方程，据以解算出理论计算公式。由于这一假定基本符合实际规律，数学推导严谨，因而计算精度比斯氏公式有很大的改进。据新疆建筑科研所作的 6 种不同类型构件蓄热养护试验，用该公式计算冷却时间与实测值平均误差仅为 3.5，说明公式是准确可靠的。计算时先用简单四则算出综合参数，再根据经验假定一个 Z（时间）值，或先用斯氏公式算出一个 Z0 值，作为第一次渐近值，代入（1-3）式算得 t 值，参照混凝土入模初始温度 t0，再假定一个 Z 值，作为第二次渐近值，再代人（1-3）式计算，估计就差不多了。一般算 2 次（最多算 3 次）即可得出混凝土温度降至 0的时间。在施工应用时，也可根据预测气温情祝，事前算出 Z=12h、24h、36h 等时间的混凝土温度，以便掌握蓄热养护工艺，预计混凝土强度，安排后续工序等。
