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2
国家
规范
《混凝土结构工程施工质量验收规范》
GB50204-2002
《建筑工程冬期施工规程》
JGJ104-97
3
参考资料
冬期施工手册(第二版)中国建筑工业出版社
4
企业标准及管理制度
本企业内部质量、安全、环境体系文件
二、冬施简述及冬期气温特点
2.1、冬施简述
《建筑工程冬期施工规程》(JGJ104-97)第1.0.3条规定,“当室外日平均气温连续5d稳定低于5℃即进行入冬期施工:
当室外日平均气温连续5d高于5℃时解除冬期施工”。
根据这一规定和中央气象台1951~1980年的统计资料,北京市日平均气温稳定低于5℃的初冬日期为当年的11月12日至次年的3月22日,总计天数为130天,日极端最低气温为-15℃左右,一般发生在一月份。
(注:
日平均气温是1天内2、8、14和20时等4次室外气温观测结果的平均值,在地面以上1.5m处,并远离热源的地方测得的)。
2.2、工程概况
工程名称
安丽家园A区1#楼等17项工程
工程地址
北京市怀柔区后横街南侧
建筑用地面积
51506㎡
总建筑面积
155173㎡
地下建筑面积
27701㎡
地上建筑面积
127472㎡
施工图设计
北京九源三星建筑师事务所
结构形式
现浇钢筋混凝土框架、剪力墙结构
2.3、北京冬期气温特点
根据北京市的气温特点把整个冬期分为三个阶段:
2.3.1、初冬期。
当年的11月中旬至12月20日,大约40天可称为初冬期。
这一阶段的日平均气温最低值一般在-2℃以上,其特点是白天基本上处于正温(寒流降温天气除外),白天和夜间处于正负温交替,但其发展趋势是气温一天比一天低,寒流降温一般是以一周一至二次呈周期性变化。
在此期间混凝土可采取蓄热法施工,但注意天气预报,尽量避开寒流降温峰期施工。
2.3.2、深冬期。
当年的12月20日至次年的2月10日大约50天,可称为深冬期。
这一阶段的日平均气温大都在-3℃以下,日最低气温在-10℃左右,日最高气温在0℃左右,极端最低气温可达到-15℃左右。
在此阶段的混凝土养护环境温度基本上处于负温,一般须采取掺加“防冻剂和加强覆盖保温”的综合蓄热法施工。
2.3.3、冬末阶段。
次年的2月10日至3月20日大约在40天,气温特点基本上同初冬期,但气温的发展是一天比一天高呈转暖趋势。
在此期间的混凝土施工,也应特别注意天气预报,注意寒流的变化,特别应防止思想上的麻痹,防止由人为的疏忽造成的冻害发生。
上述三个阶段只是根据历年气象资料旬平均气温的变化大致划分的,气温的变化是一个渐变的过程,实际上三个阶段并不存在明显的界限。
三个阶段的划分只是为了在制定总体施工方案时便于分析,指导性的决定所采取的施工方法和措施。
但在每一个具体的分部分项工程施工时,还应根据当时的天气预报情况,有针对性制定相应的方案或在技术交底中明确所要采取的具体措施。
三、冬施特点和难点
3.1、在保证混凝土强度和坍落度的前提下,适当提高掺和料和骨料的的含量,其目的是减少混凝土的水泥用量,降低水灰比,控制混凝土早期强度和裂缝,这本身与混凝土冬期施工临界强度(要求早强)相矛盾,这是本工程混凝土冬期施工的关键所在。
3.2、本工程冬期施工阶段的工程全部属于地面以下的工程,根据冬季施工规程规定:
“当室外最低温度不低于-15℃时,地面以下的工程,或表面系数M不大于5m-1的结构,应优先采用蓄热法养护”。
本工程冬期施工的基础底板和竖向结构均属于地面以下工程,根据以上原则,本工程混凝土冬期施工应优先采用蓄热法养护施工。
3.3、根据北京地区深冬期的温度特点,一般混凝框架薄壁结构(表面系数较大)施工宜采取掺加“防冻剂和加强覆盖保温的综合蓄热法施工”方法,而防冻剂是一般都具有早强、引气成份性质的混凝土外加剂,故本工程深冬期混凝土施工如采用“综合蓄热法”施工时应根据本工程特点和特殊要求,采取合理的冬期施工方法。
3.4、根据计划安排,基础结构的施工进入冬期施工,冬期施工的工程量大,安装工程主要是安装预留预埋的施工。
3.5、施工工期紧,气候影响和技术间歇时间紧张。
3.6、质量要求高,加大了施工难度。
如何在冬期施工、抢赶工期的条件下保证达到长城杯的质量要求,是施工技术和施工组织的难点。
四、施工准备工作
4.1、施工现场准备工作
4.1.1、对施工现场进行必要修整,截断流入现场的水源,做好现场排水体系的积水排除措施,消除现场施工用水、排水漫流或雨雪造成现场结冰现象。
4.1.2、基槽土方开挖完毕后,应在受冻之前施工完基础垫层混凝土,防止持力层基土受冻害,对于局部未进行垫层施工的基槽,在基槽表面覆盖5cm厚的草帘被;
4.1.3、用于基坑的降水体系管道应采取覆盖保温的措施,防止管道受冻,确保冬期期间降水体系的持续有效进行;
4.1.4、施工现场的供水管道及露出地面的阀门、消火栓用岩棉包裹严实,做好保温。
4.1.5、应有清洗混凝土输送泵的污水排放措施,并封闭好沉淀池,防止其结冰,定期清理,污水管保持畅通。
4.2、施工技术准备
4.2.1、编制冬施方案
本方案是本工程冬期施工期间的总体指导性方案,在每个分项工程或施工部位施工前,还应根据当时的条件,对本冬期施工方案进行细化编制,或将冬施内容纳入分项工程施工方案,以便指导冬期施工顺利进行,预防事故发生。
4.2.2冬期施工人员的培训
1、成立冬期施工管理小组。
项目部应成立以生产经理和总工为首的冬期施工管理小组,负责日常冬期施工管理、技术措施落实和骤然降温天气技术处理,并委派1名专职的测温人员,每周应对测温记录汇总、处理。
2、施工管理人员的培训
(1)项目部组织有关人员进行学习培训,培训的内容主要有:
学习有关冬季施工的规范规定,学习冬期施工理论和有关施工技术知识,学习本工程的冬期施工方案。
(2)通过学习培训使施工管理人员了解和掌握本工程的冬期施工计划安排,冬期施工期间要完成的工程部位和工程量,各分项工程的冬施方法和措施,并掌握如下的工作要点:
A、了解当天的天气预报和测温人员的测温报告,做出天气突变的防范措施;
根据气温变化情况决定外加剂的种类和掺加数量,以便给搅拌站正确地下达指令计划。
B、根据混凝土的养护测温数据,推算混凝土强度增长情况,决定同条件试块的试压时间、混凝土的拆模时间以及拆模后混凝土外表面的保温措施。
C、检查各种冬施保温措施的实施情况。
D、检查冬期施工的安全措施执行情况。
重点是:
架子是否因地基冻胀而产生变形或架子的安全措施失效;
电气设备使用、明火使用是否符合规定。
3、测温人员的培训
测温人员培训,主要通过学习各种测温方法,明确测温的意义和测温数据的重要性,提高测温人员的责任心。
测温人员必须做到:
(1)每天记录大气温度,并报告项目负责人和技术质量部。
(2)准确记录混凝土到现场的出罐温度,混凝土浇筑时的入模温度。
(3)混凝土养护温度的测量:
按要求布置测温孔、绘制测温孔分布图及编号。
按规定测量混凝土养护的初始温度、升温、降温过程的混凝土温度和大气温度。
(4)做好测温记录的填写和整理工作。
4.3、冬施物资准备
4.3.1保温材料的准备
1、混凝土覆盖保温材料
本工程选用塑料布、阻燃草帘被作为混凝土冬期施工期间的表面覆盖和竖向结构(墙、柱子)包裹维护保温材料。
工程部门应根据施工进度,提前10天提出需用计划,物资部门事先联系好货源,做到随用随进。
2、冬施仪表、仪器和表格的准备
(1)大气温度用木制百叶箱(自制)+玻璃液体温度计。
(2)混凝土温度测量的玻璃液体温度计。
(3)主要用具有闹钟、手电筒、文件夹、测温记录表、记录大气温度的小黑板等。
五、主要分项工程冬施技术方案
按照本工程施工计划安排,在冬施期间施工的分项工程主要有:
地基土方工程、防水工程、钢筋工程、混凝土工程和安装预留预埋等主要分项工程,现就这些分项工程冬施所采取的技术措施方案分别叙述如下,在施工过程中必须认真遵照执行。
5.1、地基土方工程
本工程处于冬期施工的土方工程主要是土方机械开挖和人工清理,人工清理出来的基坑用一层塑料薄膜和一层草帘被进行覆盖,打钎施工时将钎孔的位置留出,打钎完成以后用塑料薄膜和草帘被覆盖,钎孔处放置红砖并编制号码,其中靠近周边的基坑位置及容易受冻的地方铺设两层草帘被。
5.2、防水工程
本工程地下室防水主要采用SBS卷材防水,SBS防水卷材采用热熔法施工环境温度不应低于-10℃,且应避开雨雪天气施工。
最好选在晴天无风的天气进行。
涂刷基层处理剂宜使用快挥发的溶剂配制,涂刷后间隔10h以上,干燥后及时铺贴,本工程的防水卷材平面结构第一层采用空铺法,第二层采用满粘法,立面结构一二层均采用满粘法。
5.3、钢筋工程
本工程设计主要采用热轧Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级钢筋,本工程方案设计中钢筋直径≥Φ18的主要采用机械连接,直径<Φ18的钢筋采用搭接连接,特殊位置的钢筋采用焊接,主要为邦条焊,如钢筋接头后的邦条焊、避雷接地等,应注意冬期施工的特殊要求。
施工时加强检验在负温条件下使用的钢筋,钢筋在加工过程中防止撞击和刻痕。
钢筋焊接在冬季施工中应注意以下几点:
1)当环境温度低于-20℃时,不宜进行施焊。
2)钢筋焊接前要进行焊接试验,低温施工要调整焊接工艺。
雪天或施焊现场风速超过3级时,采取遮蔽措施,焊接后冷却的接头避免碰到冰雪。
3)焊接前必须清除钢筋或焊接部位和电极接触的钢筋表面的锈斑、油污、杂物等。
当钢筋端部有弯折、扭曲时应予以矫直或消除。
钢筋邦条及搭接宜采用双面焊。
帮条焊时,两主筋之间的间隙应为2~5mm,邦条与主筋之间应用4点定位焊固定,焊接时应形成焊缝中引弧,在端头的收弧前应填满弧坑,并应使焊缝与定位焊缝始端熔合良好。
5.4、混凝土工程
5.4.1、概况
混凝土工程冬期施工是本工程冬期施工的重点,本工程基础底板结构施工处于深冬阶段施工,部分竖向构件施工处于冬末阶段。
本工程采用商品混凝土,所用混凝土的原材料的质量、配合比设计、搅拌时的上料计量和控制、出机温度和运输过程的保温以及保证混凝土的入模温度等问题,都需要与商品混凝土搅拌站提前提出要求,签订协议,必要时派人到搅拌站进行监控。
为此本方案仅对现场施工各养护过程进行设计。
5.4.2、冬施方案的选择
1、冬施方案选择的原则
(1)首先要满足冬施结构的安全,即在混凝土受冻前,满足《规程》规定的混凝土受冻临界强度要求。
本工程结构混凝土均选用标号42.5以上的普通硅酸盐水泥,对于普通混凝土的受冻临界强度为设计的混凝土强度标准值30%(其中C35临界强度为7.0Mpa、C40临界强度为8.0Mpa、C60临界强度为11.55Mpa);
对于掺防冻剂的混凝土受冻临界强度应≥4.0MPa。
(2)满足尽早拆模强度的要求,加快模板工具的周转,尽可能地降低冬期施工费用的投入。
(3)根据工程特点和温度变化情况,优先选用非早强型或早强成份少的、能降低混凝土液相冰点的优质外加剂(应优先采用水溶性有机化合物类的防冻剂),外加剂选择一是要满足设计要求的前提下尽可能提高混凝土的早期强度,二是降低混凝土的液相冰点,达到在一定的负温环境下的强度仍能有所增长。
(4)根据工程结构特点、环境温度和工程特殊性,本基础底板及框架柱等混凝土结构冬期施工采用蓄热法养护施工,当环境温度≤-15℃或骤然降温阶段时可采用“综合蓄热法”施工;
2、冬施方案
(1)低温阶段施工
在11月中旬至12月初阶段,主要的混凝土施工内容为基础底板混凝土垫层浇筑,虽然按规定可不采取冬期施工措施,但这段时间属于气温变化的临界期,其特点是平均气温较低,混凝土强度增长缓慢,在寒流到来时,夜间气温降至零下的情况时有发生。
因此在此阶段浇筑的混凝土,不宜采取浇水养护方法,应采取保湿、保温养护,确保混凝土内外温差≤25℃。
,且应采取以下措施:
A、在混凝土表面收活完成后,能上人时(且浇筑完毕后的12h以内),再洒水养护,然后在其表面先铺一层塑料布及一层阻燃草帘被保温、保湿养护;
B、同时加强大气测温以随时了解内外温差,当内外温差接近25℃时应及时采取增加覆盖草帘厚度等措施。
(2)初冬阶段施工
根据气象资料,北京市12月中旬的旬平均气温为-2.4℃,最低气温一般在-5℃左右。
本工程部分垫层混凝土的施工期处于初冬阶段,根据垫层混凝土热工计算,采取在混凝土初凝之前表面覆盖塑料布+二层草袋保温的方式进行保湿、保温养护,确保混凝土内外温差≤25℃,且采取如下措施:
A、要求搅拌站原材料进行加热,保证混凝土运送到工地的出罐温度在20℃以上,从而保证混凝土的入模温度控制在10℃以上;
B、垫层混凝土表面收活完成后,能上人时(且浇筑完毕后的12h以内),然后在其表面先铺一层塑料布+二层阻燃草帘被覆盖保温、保湿养护;
D、各种保温方式或保温层厚度选择应满足混凝土内外温差≤25℃为原则,且应作好大气测温工作,以随时了解内外温差,当内外温差接近25℃时应及时采取增加覆盖草帘厚度等措施;
(3)深冬阶段施工
本工程基础底板结构和部分竖向结构施工期处于深冬施工阶段,本工程基A区基础底板按大体积混凝土标准进行控制,这是冬期施工的难点。
按照《规程》规定,本工程基础底板及部分竖向结构采用综合蓄热法施工。
采取措施如下:
A、要求搅拌站原材料进行加热,保证混凝土运送到工地的出罐温度在20℃以上,从而保证混凝土的入模温度控制在10℃以上,并应加规定温度为-10℃的抗冻剂;
B、基础底板混凝土表面收活完成后,能上人时(且浇筑完毕后的12h以内),应及时在其表面先铺一层塑料布+二层阻燃草帘被覆盖保温、保湿养护;
C、墙柱混凝土混凝土浇筑完毕后,立即在模板外侧贴挂二层草帘封闭严实保温保湿养护,在达到混凝土受冻临界强度后方可拆除模板,拆除模板后立即采用一层塑料布+二层草帘被包裹封闭保温保湿养护;
D、混凝土掺加的防冻剂应为非早强性或少早强组分(规定抗冻为-10℃),以降低混凝土的液相冰点,提高混凝土的受冻临界强度,防止突然降温时混凝土受冻,以便使混凝土在撤除保温以后强度能够继续增长。
5.4.3、冬施防冻剂的选用
防冻剂应选用具有北京市准用证、产品检验合格证、产品出厂合格证等“三证”齐全的产品,竖向构件(墙、柱)混凝土施工采用规定温度为-10℃的防冻剂,可以在最低温度-15℃以上使用。
另要求产品中碱含量和氯离子含量低、不含氨,对钢筋无锈蚀;
对各种水泥的适应性好,混凝土耐久性好,具有防冻、减水、塑化、坍落度损失小等优点,且尽量选用商品混凝土站应用有成熟经验的产品。
对于本工程混凝土外加剂选择应注意以下事项:
1)、对于基础底板具有大体积混凝土特性的混凝土严禁采用含氯盐配置的早强剂及早强型减水剂或掺有氯盐组分的防冻剂;
2)、应优先采用水溶性有机化合物类的防冻剂;
3)、采用复合型防冻剂应以防冻组分复合引气、减水等组分的外加剂,早强组分应尽量少或无早强组分;
4)、严禁采用含硝氨、尿素等产生刺激性气味的防冻剂;
5)、冬季施工之前,搅拌站应提供防冻剂的产品合格证书和品质检测报告,以及进场质量检查报告,报我方批准后方可使用;
5.4.4、综合蓄热法有关热工计算
1、工程简况及分析
本工程基础底板及部分竖向构件将进入深冬、冬末施工阶段,对于基础底板结构、框架柱、剪力墙等结构考虑冬期施工阶段采用蓄热法的施工方案,质量控制除应满足《混凝土施工方案》的要求外,且应作好冬期施工保温工作,满足混凝土内外温差≤25℃的要求。
当年的12月中、下旬至次年的2月上旬,此阶段称为深冬期,一般的平均最低气温在-8℃以上,12月中、下旬平均气温在-2.4℃左右,1月上、中旬的平均气温大都在-3℃以下,日最低气温在-10℃左右,日最高气温在0℃左右,极端最低气温可达到-15℃左右。
通过对工程结构的底板、墙体、柱构件表面系数的计算可知,400宽墙体的表面系数较大,为9m-1,属于薄细结构范畴,散热量最大,属于冬期施工的最不利的部位,混凝土施工仅对此部分墙体进行热工计算,显然具有较强的代表性、针对性。
2、计算说明
(1)本计算所涉及的自然条件,即冷却期间的平均气温和结构表面系数均满足《建筑工程冬期施工规程》(JGJ104-97)的7.3.2规定要求,即冷却期间平均气温不低于-12℃,结构表面系数5≤M≤15。
(2)本计算考虑掺加早强复合抗冻剂,按《建筑工程冬期施工规程》之7.1.1.2要求,当室外最低气温不低于一15℃时,其受冻临界强度不得小于4.0N/mm2(4MPa)。
(3)本计算所涉及的水泥用量等参数,是参考商品混凝土搅拌站提供的“C40混凝土配合比”配合比的主要性能指标均满足《建筑工程冬期施工规程》之7.1.3的规定要求。
即“普通硅酸盐425#水泥,最少水泥(包括矿物掺合料)用量不应少于300Kg/m3,水灰比不应大于0.6”。
(4)本计算所采用的公式、参数以及公式中的符号所代表的意义,将尽可能明细化。
3、基本参数取值
(1)C40冬期施工配合比(P.O42.5号水泥)
水泥
(kg)
水
砂
石
粉煤灰
外加剂
水灰比(kg)
砂率
270
172
751
1037
80
11
0.39
42
(2)表面系数
服务楼A地下室高跨外墙厚为400,表面系数M=3.6/0.4=9m-1,满足《建筑工程冬期施工规程》规定的15m-1的上限要求。
(3)北京气象资料
根据《建筑施工手册》和近年来施工经验,并通过北京市气象台咨询确定如下:
时间
平均气温
三天平均气温
十二月中旬
-2.4℃
-5℃
一月上旬
-4.7℃
-7℃
一月中旬
-8℃
一月下旬
-4.2℃
-7.5℃
二月上旬
-3.5℃
-6℃
二月中旬
-3℃-
-5.8℃
二月下旬
-2.5℃
-5.4℃
三月上旬
-2℃
-5.5℃
三月中旬
(4)保温材料的热工参数
阻燃草帘被:
导热系数λ1=0.046w/mk厚度:
d1=50.0mm
木模板:
导热系数λ2=0.17w/mk厚度:
d2=18mm
4、热工计算
1)保温层总传热系数k
k=(k1+k2)/2
模板两侧各盖阻燃草帘被一层。
R01=R1+RW
R02=R2+RW
式中:
R01、R02—表面覆盖材料的总传热阻(m2k/w)(分别为两侧二层草帘和两侧胶合板)
R—保温材料的热阻(m2k/w)
RW—模板保温层表面热阻(m2k/w)
R=d/λ
R1=2d1/λ1=2×
0.050/0.046=2.17m2k/w(二层草帘被)
R2=2d2/λ2=0.018/0.17=0.212m2k/w(双面木模板)
RW=0.043m2k/w(查表所得)
则R01=2.17+0.043=2.217m2k/w
R02=0.212+0.043=0.255m2k/w
K=1/R0
则K1=1/R01=0.451W/m2k(或0.451×
3.6=1.62KJ/m2.h.k)
K2=1/R02=3.922W/m2k(或3.922×
3.6=14.11KJ/m2.h.k)
K总=(K1+K2)/2=(0.451+3.922)/2=2.187W/m2k
2)冷却时间及平均温度计算
Tm,a按规定取气象预报的平均气温即-8℃,结构表面系数M=9m-1;
保温层总传热系数K=7.865KJ/m2.h.k;
普通硅酸盐水泥用量mce=270kg/m3;
水泥积累最终总放热量Qce=330kJ/kg;
水泥水化速度系数Vce=0.013h-1;
混凝土比热容Cc=0.96kJ/kg;
混凝土密实度ρc=2500kg/m3;
透风系数ω=1.30;
混凝土入模温度To=10℃。
计算所需三个参数
θ=(ωKM)/(VceCcρc)=(1.3×
2.187×
9)/(0.013×
0.96×
2500)=0.82
φ=(VceQcemce)/(VceCcρc-ωKM)=(0.013×
330×
270)/(0.013×
2500-1.3×
7.865×
9)
=-19.04
η=TO-Tm,a+φ=10-(-8.0)+(-19.04)=-1.04
将混凝土θ、φ、η代入如下公式,计算混凝土冷却至0℃时间t0。
T=ηe-θVcet-φe-Vcet+Tm,a=-1.04e—0.82×
0.013×
t+19.04e-0.013×
t-8
当t=60h时,T=0.2℃≈0℃
结论:
当t=60h时,即当混凝土浇注60h后,混凝土温度达到0℃.
计算冷却过程平均温度
Tm=(φe-Vcet-η/θe-θVcet+η/θ-φ)/Vcet+Tm,a
Tm={-19.04×
e-0.013×
60-(-1.04/0.82×
e-0.82×
60)+(-1.04/0.82+19.04)/(0.013×
60)}-8
=8.4℃
用成熟度法推算达到0℃时的临界强度
M=∑(T+15)△tf=Kae-b/M
式中:
M—混凝土的成熟度
T—混凝土养护温度
△t—养护时间
f—混凝土强度
K—系数,取0.8
a—经验回归系数,查表a=25.63,b=850.1
则:
M=(8.4+15)×
60=1404
f=0.8×
25.63×
e-850.1/1404=11.19(MPa)
超过<
<
建筑工程冬期施工规程>
>
所规定的临界强度4.0Mpa的要求和普通混凝土的受冻临界强度为设计的混凝土强度标准值30%(C40临界强度为8.0Mpa)的要求。
结论:
完全满足《建筑工程冬期施工规程》要求
5、混凝土入模温度Tm的验算
混凝土泵送施工,在大气温度在-5℃至0℃时,泵管用一层草帘被包裹保温,大气温度低于-5℃时用两层草帘包裹保温。
(1)混凝土泵送的温度损失按下列计算
Ts=0.01208K△Tt
Ts混凝土在泵送过程的温度损失
K泵管的保温传热系数(KJ/m2hk):
△T=T0-Tm,a
T0混凝土自罐车中倾出时的温度:
Tm,a施工时平均温度
R0=R1+R2+RW
泵管λ1=58W/mkd1=0.01R1=0.01/58.2=0.00017
两层草帘被保温R2=1.235
RW=0.043
R0=0.00017+1.235+0.043=1.278
K=1/1.278=0.782×
3.6=2.82
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