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[摘要]通过数学计算的方法，提出对混凝土冬季施工的各个阶段质量参数进行控制具体措施。
[关键词]混凝土 冬季施工 参数控制 数学方法
中图分类号：O29文献标识码：A文章编号：1671－7597（2009）0220094－01
一、混凝土冬季施工质量控制的关键环节
混凝土可以进行冬季施工的原理是，混凝土受冻前达到其受冻临界强度，混凝土解冻后其强度可以继续增长，混凝土的各项性能也不会受到损害。由此决定了以下几个施工环节是混凝土冬季施工质量控制的关键：
1．混凝土拌合物的出机温度，其要求是不宜低于10℃。
2．混凝土的入模温度，其要求是不低于5℃。
3．混凝土养护后至其内部温度降至0℃时的强度，其要求是不低于受冻临界强度。
以上三个参数，如经热工计算和试块强度检测符合要求，也就确保了混凝土的冬季施工质量。
二、混凝土冬季施工各阶段的质量控制
（一）混凝土浇筑前的控制
1．气象资料及当地气温变化数据的收集
应收集施工地区历年的气象资料和历年气温数据，并应密切注意天气预报，以防气温突然下降而使混凝土遭受寒流和霜冻的袭击，造成混凝土早期遭受冻害。
2．混凝土配合比的设计
施工前认真研究试配混凝土配合比及外加剂掺量，根据施工工艺确定混凝土出模时间，根据出模时间确定外加剂等组份的掺量。从10℃开始每降低5℃为一个温度参数，确定不同温度下混凝土配合比。根据不同的环境温度采用不同的配合比，最大可能的保证混凝土的强度等指标符合工艺要求。
3．标准养护试件的制作
根据试配出的施工用配合比，制作不少于5组的混凝土立方体标准试件，实测出标准养护下的1d、2d、3d、7d、28d的强度值，以便确定混凝土是否在受冻前达到临界强度。如以前积累过此类数据，则可借用此类数据。
（二）混凝土浇筑过程中的质量控制
混凝土冬期施工最常用方法就是蓄热法，蓄热法就是利用对混凝土组成材料（水、砂、石）预加的热量和水泥的水化热，在加以适当的覆盖保温，从而保证混凝土能够在正温下达到规范要求的临界强度。
采用蓄热法施工的混凝土浇筑过程中的质量控制，主要涉及到混凝土的出机温度、入模温度等几个参数的控制。下面就以具体工程实例介绍一下以上几个参数用数学计算方法进行确定和控制。
工程实例：我市某框架结构混凝土施工期间最低气温为-10℃，采用综合蓄热法即可满足需要，即一方面在混凝土中加入MN系列防冻剂以降低混凝土的临界温度，另一方面，利用加热混凝土拌合水的方法以提高混凝土拌合物的温度，砂石料经过预热消除冻块并提高温度，保证混凝土的出机温度≥10℃。混凝土运输要采取（保温）措施，进入施工现场后，保证混凝土快捷、准确到位，减少混凝土在空中的滞留时间，混凝土上料即入模，防止混凝土的长时间停留而损失热量，保证混凝土入模温度≥5℃，其热工计算如下：
外界气温-10℃，水泥温度5℃，砂温度-3℃，石温度-3℃，砂含水率3%，石含水率1%，搅拌运输车输送，倒运共2次，运输和成型共历时约0.5h，每m3砼中的材料用量分别为：水196Kg、水泥408Kg、砂720K、石1126Kg，与每m3砼接触的钢模板及钢筋总重350Kg，计算需要加热水的温度。
1．利用考虑模板和钢筋吸热影响的砼成型完成时的温度公式T3，反求出砼拌合物运输至成型完成时的温度T2：
整理得：T2≥6.05(℃)
2．利用砼拌合物运输至成型完成时的温度公式T2，反求出砼拌合物的出机温度T1：T2=T1-（att+0.032n）(T1-Ta)=T1-(0.25×0.5+0.032×2)(T1+10)=T1-0.189T1-1.89=0.811T1-1.89≥6.05
整理得：T1≥9.79(℃)
规范要求：T1≥10(℃)
故取：T1≥10(℃)
3．取T1≥10(0C)并利用砼拌合物的出机温度公式T1，反求出砼拌合物的温度T0。
T1=T0-0.16(T0-Ti)=0.84T0+0.16×5=0.84T0+0.8≥10
整理得：T0≥10.95(℃)
4．利用砼拌合物的温度公式T0，反求出需要加热水的温度Tw。
整理得：Tw≥66.54(℃)
5．当水加热温度Tw达到70℃时，计算可得：
砼拌合物的温度：T0=11.78℃
砼拌合物的出机温度：T1=10.7℃
砼经运输成型完成时的温度：T2=6.79℃
考虑模板及钢筋吸热影响砼的最终入模温度：T3=5.69℃。
从上述计算得知：当外界环境气温降到-10℃时，在现的施工条件下，必须将水加热到67℃以上时，才能满足规范要求，现场施工时，应将水加热到70～80℃，并切实做好砼的保留和养护工作，以确保冬期砼的施工质量。
（三）混凝土浇筑后的质量控制
混凝土浇筑后的养护期间，温度是决定混凝土能否顺利达到临界强度的决定因素。
在事先确定养护温度时也可根据以下公式进行计算混凝土养护开始到养护冷却至0℃的时间：
T=ηe-θ·Vce·t－φe-Vce·t+Tma
Θ、φ、η为综合参数，按下式计算：
θ= W·K·M Vce·Cc·ρc ；φ= Vce·Qce·Mce Vce·Cc·ρc－W·K·M；η=T3－Tma+φ
式中，T为混凝土蓄热养护开始到任一时刻t的温度(℃)；t为混凝土蓄热养护开始到任一时刻的时间(h)。
Vce－水泥水化速度系数(h-1)（见附表）；Tma混凝土蓄热养护开始到任一时刻t的平均气温(℃)。
W－透风系数；K结构围护层的总传热系数(KJ/m2·h·k)。
Cc－混凝土的比热容(KJ/kg·k)（取0.9）；ρc混凝土的质量密度(kg/m3)。
Qce－水泥水化累积最终放热量(KJ/kg)；T3混凝土浇筑成型完成时的温度。
注：M结构表面系数(m-1)。
（1）按下式计算：
（2）K结构围护层总传热系数按下式计算：
式中，di为第i层围护层厚度(m)；ki为第i层的导热系数(w/m·k)（取0.047）。
（3）平均气温Tm·a取法，可采用蓄热养护开始至t时气象预报的平均气温，亦可按每时或每日平均气温计算。
实践中，为获得可靠的混凝土强度值，应在最有代表性的测温点测量温度。采用蓄热法施工时，应在易冷却的部位设置测温点，采取加热养护时，应在距离热源的不同部位分别设置测温点，厚大结构应在结构表面及内部分别设置测温点，检查拆模强度的测温点应布置在应力的最大部位。可依据测温所得数值，根据成熟度原理，可采用等效龄期法对混凝土的早期强度进行预测和判断，作为施工中掌握混凝土强度增长的情况的参考数据。同时，混凝土浇筑后应增设两组与结构同条件的养护试块，一组用以检验混凝土受冻前的强度，另一组用以检验转入常温养护28d的强度。
注：“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”
[关键词]混凝土 冬季施工 参数控制 数学方法
中图分类号：O29文献标识码：A文章编号：1671－7597（2009）0220094－01
一、混凝土冬季施工质量控制的关键环节
混凝土可以进行冬季施工的原理是，混凝土受冻前达到其受冻临界强度，混凝土解冻后其强度可以继续增长，混凝土的各项性能也不会受到损害。由此决定了以下几个施工环节是混凝土冬季施工质量控制的关键：
1．混凝土拌合物的出机温度，其要求是不宜低于10℃。
2．混凝土的入模温度，其要求是不低于5℃。
3．混凝土养护后至其内部温度降至0℃时的强度，其要求是不低于受冻临界强度。
以上三个参数，如经热工计算和试块强度检测符合要求，也就确保了混凝土的冬季施工质量。
二、混凝土冬季施工各阶段的质量控制
（一）混凝土浇筑前的控制
1．气象资料及当地气温变化数据的收集
应收集施工地区历年的气象资料和历年气温数据，并应密切注意天气预报，以防气温突然下降而使混凝土遭受寒流和霜冻的袭击，造成混凝土早期遭受冻害。
2．混凝土配合比的设计
施工前认真研究试配混凝土配合比及外加剂掺量，根据施工工艺确定混凝土出模时间，根据出模时间确定外加剂等组份的掺量。从10℃开始每降低5℃为一个温度参数，确定不同温度下混凝土配合比。根据不同的环境温度采用不同的配合比，最大可能的保证混凝土的强度等指标符合工艺要求。
3．标准养护试件的制作
根据试配出的施工用配合比，制作不少于5组的混凝土立方体标准试件，实测出标准养护下的1d、2d、3d、7d、28d的强度值，以便确定混凝土是否在受冻前达到临界强度。如以前积累过此类数据，则可借用此类数据。
（二）混凝土浇筑过程中的质量控制
混凝土冬期施工最常用方法就是蓄热法，蓄热法就是利用对混凝土组成材料（水、砂、石）预加的热量和水泥的水化热，在加以适当的覆盖保温，从而保证混凝土能够在正温下达到规范要求的临界强度。
采用蓄热法施工的混凝土浇筑过程中的质量控制，主要涉及到混凝土的出机温度、入模温度等几个参数的控制。下面就以具体工程实例介绍一下以上几个参数用数学计算方法进行确定和控制。
工程实例：我市某框架结构混凝土施工期间最低气温为-10℃，采用综合蓄热法即可满足需要，即一方面在混凝土中加入MN系列防冻剂以降低混凝土的临界温度，另一方面，利用加热混凝土拌合水的方法以提高混凝土拌合物的温度，砂石料经过预热消除冻块并提高温度，保证混凝土的出机温度≥10℃。混凝土运输要采取（保温）措施，进入施工现场后，保证混凝土快捷、准确到位，减少混凝土在空中的滞留时间，混凝土上料即入模，防止混凝土的长时间停留而损失热量，保证混凝土入模温度≥5℃，其热工计算如下：
外界气温-10℃，水泥温度5℃，砂温度-3℃，石温度-3℃，砂含水率3%，石含水率1%，搅拌运输车输送，倒运共2次，运输和成型共历时约0.5h，每m3砼中的材料用量分别为：水196Kg、水泥408Kg、砂720K、石1126Kg，与每m3砼接触的钢模板及钢筋总重350Kg，计算需要加热水的温度。
1．利用考虑模板和钢筋吸热影响的砼成型完成时的温度公式T3，反求出砼拌合物运输至成型完成时的温度T2：
整理得：T2≥6.05(℃)
2．利用砼拌合物运输至成型完成时的温度公式T2，反求出砼拌合物的出机温度T1：T2=T1-（att+0.032n）(T1-Ta)=T1-(0.25×0.5+0.032×2)(T1+10)=T1-0.189T1-1.89=0.811T1-1.89≥6.05
整理得：T1≥9.79(℃)
规范要求：T1≥10(℃)
故取：T1≥10(℃)
3．取T1≥10(0C)并利用砼拌合物的出机温度公式T1，反求出砼拌合物的温度T0。
T1=T0-0.16(T0-Ti)=0.84T0+0.16×5=0.84T0+0.8≥10
整理得：T0≥10.95(℃)
4．利用砼拌合物的温度公式T0，反求出需要加热水的温度Tw。
整理得：Tw≥66.54(℃)
5．当水加热温度Tw达到70℃时，计算可得：
砼拌合物的温度：T0=11.78℃
砼拌合物的出机温度：T1=10.7℃
砼经运输成型完成时的温度：T2=6.79℃
考虑模板及钢筋吸热影响砼的最终入模温度：T3=5.69℃。
从上述计算得知：当外界环境气温降到-10℃时，在现的施工条件下，必须将水加热到67℃以上时，才能满足规范要求，现场施工时，应将水加热到70～80℃，并切实做好砼的保留和养护工作，以确保冬期砼的施工质量。
（三）混凝土浇筑后的质量控制
混凝土浇筑后的养护期间，温度是决定混凝土能否顺利达到临界强度的决定因素。
在事先确定养护温度时也可根据以下公式进行计算混凝土养护开始到养护冷却至0℃的时间：
T=ηe-θ·Vce·t－φe-Vce·t+Tma
Θ、φ、η为综合参数，按下式计算：
θ= W·K·M Vce·Cc·ρc ；φ= Vce·Qce·Mce Vce·Cc·ρc－W·K·M；η=T3－Tma+φ
式中，T为混凝土蓄热养护开始到任一时刻t的温度(℃)；t为混凝土蓄热养护开始到任一时刻的时间(h)。
Vce－水泥水化速度系数(h-1)（见附表）；Tma混凝土蓄热养护开始到任一时刻t的平均气温(℃)。
W－透风系数；K结构围护层的总传热系数(KJ/m2·h·k)。
Cc－混凝土的比热容(KJ/kg·k)（取0.9）；ρc混凝土的质量密度(kg/m3)。
Qce－水泥水化累积最终放热量(KJ/kg)；T3混凝土浇筑成型完成时的温度。
注：M结构表面系数(m-1)。
（1）按下式计算：
（2）K结构围护层总传热系数按下式计算：
式中，di为第i层围护层厚度(m)；ki为第i层的导热系数(w/m·k)（取0.047）。
（3）平均气温Tm·a取法，可采用蓄热养护开始至t时气象预报的平均气温，亦可按每时或每日平均气温计算。
实践中，为获得可靠的混凝土强度值，应在最有代表性的测温点测量温度。采用蓄热法施工时，应在易冷却的部位设置测温点，采取加热养护时，应在距离热源的不同部位分别设置测温点，厚大结构应在结构表面及内部分别设置测温点，检查拆模强度的测温点应布置在应力的最大部位。可依据测温所得数值，根据成熟度原理，可采用等效龄期法对混凝土的早期强度进行预测和判断，作为施工中掌握混凝土强度增长的情况的参考数据。同时，混凝土浇筑后应增设两组与结构同条件的养护试块，一组用以检验混凝土受冻前的强度，另一组用以检验转入常温养护28d的强度。
注：“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”