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【摘要】本文介绍了混凝土冬期施工热工验算在成武高速公路第19合同段黑马关隧道工程中的应用，对砂石料、拌合水、出机和浇筑温度等热工指标作了一些验算和解析，希望对大家的实际施工生产有所帮助。
【关键词】 冬期施工原则、拌合理论温度、拌合水温、出机温度、混凝土浇筑温度
中图分类号：TU37文献标识码： A
一、工程概况
甘肃成武高速公路第19合同段黑马关隧道设计为单洞双线，全长3819m。隧道建筑限界为:净宽12.00m=1.0m(左侧检修道)+1.25m（左侧侧向宽度）+3.75m×2（行车道）+1.25m（右侧侧向宽度）+1.0m（右侧检修道）。隧道穿越山体为流水切割中山地貌，海拔高程1420～1735米，地形起伏较大，隧道进、出口地形较陡，隧道区最大相对高差约320米。因工程所处偏北方且地势较高，根据历史记录，一般12月～2月共3个月安排为冬期施工，具体以现场实际测定温度为准，本项目根据试验室2011年12月2日到12月6日的气温监测记录，连续五昼夜平均气温低于5℃，本项目已进入冬期施工。考虑工程进度，隧道工程必须安排冬期施工。
二、冬期施工原则
1、混凝土施工尽量选在气温较高的白天进行。
2、冬期施工应按工程进展情况认真做好温度监测记录，及时回收妥善整理归档，为后续施工提供数据参考。
3、在冬期施工前，现场水管必须全部做好保温工作，以免冻管不通水。
4、冬期施工混凝土的原材料一定要加热，加热时应优先考虑加热水的方法，本工程采用电烧水加热。当外界温度较低，只加热拌合水尚不能满足拌合物出机温度要求时，可对砂和碎石等骨料采取炒砂石的方法加热或进隧道内储存。
5、粗、细骨料中不得混有冰雪、冻块及易被冻裂的矿物质。混凝土拌合物的出机温度保证在10℃以上；混凝土和砂浆搅拌出料后，应尽量减少运输过程，缩短混凝土从出料到入模的时间，控制混凝土入模温度在5℃以上。
6、拌和站用水使用经试验检测合格的空压机循环用水，保持水温在40℃～80℃之间。
7、水及骨料按热工计算和实际试拌，确定满足混凝土浇筑需要的加热温度；首先应将水加热，其加热温度不宜高于80℃；当骨料不加热时，水可加热至80℃以上，但应先投入骨料和已加热的水，拌匀后再投入水泥；当加热水尚不能满足要求时，可将骨料均匀加热，其加热温度不应高于60℃。水泥不得直接加热，宜在使用前运入暖棚内预热；当拌制的混凝土出现坍落度减小或发生速凝现象时，影响混凝土质量时，无条件倒掉，并重新调整拌和料的加热温度，混凝土搅拌时间宜较常温施工延长50%，在拌制过程中由专人对水，骨料测温，做好详细记录。
8、应对水泥进行保温处理。当室外温度低于0℃时，采取在水泥库内生火炉对水泥进行保温，当室外气温太低时，在棚内增加火炉数量，保证水泥入仓温度不低于+5℃。
9、根据拌制设备宜设在温度不低于10℃的暖棚内的要求，对混凝土拌合站用保温帆布进行封闭，并在棚内生火炉进行升温防寒，在拌制混凝土前及停止拌制后，用热水冲洗搅拌机鼓筒。
10、施工规范中要求在混凝土冬期施工时，混凝土的运输容器应有保温设施，考虑到本隧道拌合站距隧道洞口距离较近，运输时间短，我们采用帆布对运输罐车进行包裹覆盖，确保混凝土在运输过程中的保温。
11、在混凝土浇筑过程中，应采用机械振捣并分层连续浇筑，分层厚度不得小于20cm。当室外最低温度低于-15℃时，采用蓄热法养护，并符合下列规定：
（1）所采用的保温措施，应使混凝土的温度下降到0℃以前，获得规定强度。
（2）混凝土浇筑成型后，应立即防寒保温。保温材料应按设计方案设置，并保持干燥。结构的边棱隅角，应加强覆盖保温。
当混凝土掺用防冻剂时，其养护应符合下列规定：
（1）外露表面应覆盖，在负温条件下不得浇水。
（2）混凝土初期养護的温度，不得低于防冻剂规定的温度；当达不到规定温度时，应采取保温措施。
（3）当混凝土的温度低于防冻剂规定的温度时，其强度不应低于3.5MPa。
三、混凝土热工计算
黑马关隧道进出口拌和站均位于洞口50米范围内，经保温后的罐车在运输中的热量散失很少，且经现场测定的隧道洞内温度为11℃～13℃，综合考虑，以加热水来保证混凝土冬期施工温度最为经济。为确保混凝土出机温度大于10℃，拌合水至少需加热到多少度呢？假定拌合水温Tw =χ℃，下面用混凝土热工公式进行计算：
1、混凝土拌合理论温度
公式：T0=〔0.9（WcTc+WsTs+WgTg）+4.2Tw
(Ww-PsWs-PgWg)+c1(PsWsTs+PgWgTg) -c2(PsWs+PgWg)〕÷〔4.2Ww+0.9(Wc+Ws+Wg)〕
式中: T0——混凝土拌合理论温度（℃）
Ww、Wc、Ws、Wg——水、水泥、砂、石的用量（kg）
Tw、Tc、Ts、Tg——水、水泥、砂、石的温度（℃）
Ps、Pg——砂、石的含水率（%）
c1、c2——水的比热容(kJ/kg·K)及熔解热（kJ/kg）
当骨料温度＞0℃时， c1=4.2， c2=0；
当骨料温度≤0℃时， c1=2.1， c2=335。
（1）已知条件
根据现场实际情况，选择浇筑过程时间最长的二衬C25泵送混凝土来计算，其每盘用料配比如下：
水：Ww =95 kg，水泥：Wc =250kg，砂：Ws =605kg，石：Wg =711kg。
砂含水率：Ps =4%；石含水率：Pg =0%。
材料温度：水：Tw =χ℃，水泥：Tc = 10℃，砂：Ts=5℃，石子：Tg= 5℃（现场料仓搭设帆布全封闭保温）
骨料温度＞0℃， 则取c1=4.2， c2=0；
（2）计算结果
混凝土的拌合理论温度：T0=〔0.9×（250×10+605×5+711×5）+4.2×χ×(95-0.04×605-0×711)+4.2×(0.04×605×5+0×711×5) -0×(0.04×605+0×711) 〕/(4.2×95+0.9×(250+605+711))=(4.8+0.164χ)℃………（3.1.1）
2、混凝土拌合物的出机温度
T1=T0-0.16（T0-Tb） 式中：T1——混凝土拌合物的出机温度（℃）
Tb——搅拌机棚内温度（℃）
（1）已知条件
由上面已得T0=(4.8+0.164χ)℃，T1=10℃，搅拌机棚内温度经测定取Tb=7℃
（2）计算结果
混凝土拌合物的出机温度：10=4.8+0.164χ-0.16×（4.8+0.164χ-7），得拌合水温度χ=35.3℃
将χ=35.3℃代人式（3.1.1）中得拌合理论温度为T0=10.6℃。
四、总结运用
通过以上热工计算及验证，在黑马关隧道洞内温度11℃，保证砂石料温度5℃的情况下，当拌合水温达到35.3℃时，混凝土拌合温度能达到10.6℃，出机温度能达到10℃，入模浇筑温度能达到10.2℃，满足冬期混凝土施工要求。
在连续1个多月的冬期施工中（期间现场室外温度-10℃～4℃），现场实际施工考虑富余系数，水温一般加热到40℃，最高时加热到62℃，经测定出机温度为11.3℃～13.7℃，浇筑温度可达到12.1℃～13.5℃，完全满足冬期混凝土施工要求。
五、结束语
经验算后的拌合水温等热工指标在黑马关隧道得到了成功应用，为现场施工生产提供了科学数据，有效的指导了冬期混凝土施工，一定程度上节约了施工成本，为以后在其他类似隧道工程上的应用积累了施工经验。
参考文献：
[1]JTG F60—2009《公路隧道施工技术规范》
[2]JTG/T F60-2009《公路隧道施工技术细则》
[3]JTJ 041—2000《公路桥涵施工技术规范》
作者简介 陈建（1984年06月—），男，江苏宿迁人，中铁二局第五工程有限公司
【关键词】 冬期施工原则、拌合理论温度、拌合水温、出机温度、混凝土浇筑温度
中图分类号：TU37文献标识码： A
一、工程概况
甘肃成武高速公路第19合同段黑马关隧道设计为单洞双线，全长3819m。隧道建筑限界为:净宽12.00m=1.0m(左侧检修道)+1.25m（左侧侧向宽度）+3.75m×2（行车道）+1.25m（右侧侧向宽度）+1.0m（右侧检修道）。隧道穿越山体为流水切割中山地貌，海拔高程1420～1735米，地形起伏较大，隧道进、出口地形较陡，隧道区最大相对高差约320米。因工程所处偏北方且地势较高，根据历史记录，一般12月～2月共3个月安排为冬期施工，具体以现场实际测定温度为准，本项目根据试验室2011年12月2日到12月6日的气温监测记录，连续五昼夜平均气温低于5℃，本项目已进入冬期施工。考虑工程进度，隧道工程必须安排冬期施工。
二、冬期施工原则
1、混凝土施工尽量选在气温较高的白天进行。
2、冬期施工应按工程进展情况认真做好温度监测记录，及时回收妥善整理归档，为后续施工提供数据参考。
3、在冬期施工前，现场水管必须全部做好保温工作，以免冻管不通水。
4、冬期施工混凝土的原材料一定要加热，加热时应优先考虑加热水的方法，本工程采用电烧水加热。当外界温度较低，只加热拌合水尚不能满足拌合物出机温度要求时，可对砂和碎石等骨料采取炒砂石的方法加热或进隧道内储存。
5、粗、细骨料中不得混有冰雪、冻块及易被冻裂的矿物质。混凝土拌合物的出机温度保证在10℃以上；混凝土和砂浆搅拌出料后，应尽量减少运输过程，缩短混凝土从出料到入模的时间，控制混凝土入模温度在5℃以上。
6、拌和站用水使用经试验检测合格的空压机循环用水，保持水温在40℃～80℃之间。
7、水及骨料按热工计算和实际试拌，确定满足混凝土浇筑需要的加热温度；首先应将水加热，其加热温度不宜高于80℃；当骨料不加热时，水可加热至80℃以上，但应先投入骨料和已加热的水，拌匀后再投入水泥；当加热水尚不能满足要求时，可将骨料均匀加热，其加热温度不应高于60℃。水泥不得直接加热，宜在使用前运入暖棚内预热；当拌制的混凝土出现坍落度减小或发生速凝现象时，影响混凝土质量时，无条件倒掉，并重新调整拌和料的加热温度，混凝土搅拌时间宜较常温施工延长50%，在拌制过程中由专人对水，骨料测温，做好详细记录。
8、应对水泥进行保温处理。当室外温度低于0℃时，采取在水泥库内生火炉对水泥进行保温，当室外气温太低时，在棚内增加火炉数量，保证水泥入仓温度不低于+5℃。
9、根据拌制设备宜设在温度不低于10℃的暖棚内的要求，对混凝土拌合站用保温帆布进行封闭，并在棚内生火炉进行升温防寒，在拌制混凝土前及停止拌制后，用热水冲洗搅拌机鼓筒。
10、施工规范中要求在混凝土冬期施工时，混凝土的运输容器应有保温设施，考虑到本隧道拌合站距隧道洞口距离较近，运输时间短，我们采用帆布对运输罐车进行包裹覆盖，确保混凝土在运输过程中的保温。
11、在混凝土浇筑过程中，应采用机械振捣并分层连续浇筑，分层厚度不得小于20cm。当室外最低温度低于-15℃时，采用蓄热法养护，并符合下列规定：
（1）所采用的保温措施，应使混凝土的温度下降到0℃以前，获得规定强度。
（2）混凝土浇筑成型后，应立即防寒保温。保温材料应按设计方案设置，并保持干燥。结构的边棱隅角，应加强覆盖保温。
当混凝土掺用防冻剂时，其养护应符合下列规定：
（1）外露表面应覆盖，在负温条件下不得浇水。
（2）混凝土初期养護的温度，不得低于防冻剂规定的温度；当达不到规定温度时，应采取保温措施。
（3）当混凝土的温度低于防冻剂规定的温度时，其强度不应低于3.5MPa。
三、混凝土热工计算
黑马关隧道进出口拌和站均位于洞口50米范围内，经保温后的罐车在运输中的热量散失很少，且经现场测定的隧道洞内温度为11℃～13℃，综合考虑，以加热水来保证混凝土冬期施工温度最为经济。为确保混凝土出机温度大于10℃，拌合水至少需加热到多少度呢？假定拌合水温Tw =χ℃，下面用混凝土热工公式进行计算：
1、混凝土拌合理论温度
公式：T0=〔0.9（WcTc+WsTs+WgTg）+4.2Tw
(Ww-PsWs-PgWg)+c1(PsWsTs+PgWgTg) -c2(PsWs+PgWg)〕÷〔4.2Ww+0.9(Wc+Ws+Wg)〕
式中: T0——混凝土拌合理论温度（℃）
Ww、Wc、Ws、Wg——水、水泥、砂、石的用量（kg）
Tw、Tc、Ts、Tg——水、水泥、砂、石的温度（℃）
Ps、Pg——砂、石的含水率（%）
c1、c2——水的比热容(kJ/kg·K)及熔解热（kJ/kg）
当骨料温度＞0℃时， c1=4.2， c2=0；
当骨料温度≤0℃时， c1=2.1， c2=335。
（1）已知条件
根据现场实际情况，选择浇筑过程时间最长的二衬C25泵送混凝土来计算，其每盘用料配比如下：
水：Ww =95 kg，水泥：Wc =250kg，砂：Ws =605kg，石：Wg =711kg。
砂含水率：Ps =4%；石含水率：Pg =0%。
材料温度：水：Tw =χ℃，水泥：Tc = 10℃，砂：Ts=5℃，石子：Tg= 5℃（现场料仓搭设帆布全封闭保温）
骨料温度＞0℃， 则取c1=4.2， c2=0；
（2）计算结果
混凝土的拌合理论温度：T0=〔0.9×（250×10+605×5+711×5）+4.2×χ×(95-0.04×605-0×711)+4.2×(0.04×605×5+0×711×5) -0×(0.04×605+0×711) 〕/(4.2×95+0.9×(250+605+711))=(4.8+0.164χ)℃………（3.1.1）
2、混凝土拌合物的出机温度
T1=T0-0.16（T0-Tb） 式中：T1——混凝土拌合物的出机温度（℃）
Tb——搅拌机棚内温度（℃）
（1）已知条件
由上面已得T0=(4.8+0.164χ)℃，T1=10℃，搅拌机棚内温度经测定取Tb=7℃
（2）计算结果
混凝土拌合物的出机温度：10=4.8+0.164χ-0.16×（4.8+0.164χ-7），得拌合水温度χ=35.3℃
将χ=35.3℃代人式（3.1.1）中得拌合理论温度为T0=10.6℃。
四、总结运用
通过以上热工计算及验证，在黑马关隧道洞内温度11℃，保证砂石料温度5℃的情况下，当拌合水温达到35.3℃时，混凝土拌合温度能达到10.6℃，出机温度能达到10℃，入模浇筑温度能达到10.2℃，满足冬期混凝土施工要求。
在连续1个多月的冬期施工中（期间现场室外温度-10℃～4℃），现场实际施工考虑富余系数，水温一般加热到40℃，最高时加热到62℃，经测定出机温度为11.3℃～13.7℃，浇筑温度可达到12.1℃～13.5℃，完全满足冬期混凝土施工要求。
五、结束语
经验算后的拌合水温等热工指标在黑马关隧道得到了成功应用，为现场施工生产提供了科学数据，有效的指导了冬期混凝土施工，一定程度上节约了施工成本，为以后在其他类似隧道工程上的应用积累了施工经验。
参考文献：
[1]JTG F60—2009《公路隧道施工技术规范》
[2]JTG/T F60-2009《公路隧道施工技术细则》
[3]JTJ 041—2000《公路桥涵施工技术规范》
作者简介 陈建（1984年06月—），男，江苏宿迁人，中铁二局第五工程有限公司