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【摘要】本文完整讲述了冬季施工采用蓄热法的热工计算，并给出公式和计算参数，通过计算分析冬季施工混凝土质量的控制方法
【关键词】热工计算，冬季施工，质量控制
【 abstract 】 this paper tells the complete winter construction method of the regenerative heat, and the calculation formula and the calculated parameters are given through calculation and analysis of the concrete quality of winter construction control method.
【 key words 】 computation, winter construction, quality control
中图分类号：O213.1文献标识码：A 文章编号：
在建筑工程施工中冬季施工时很常见的，因为冬季施工天气等环境因素比较复杂，给施工质量的控制造成很大的影响，所以了解冬季施工影响混凝土质量的因素是非常重要。冬季施工混凝土的关键在于保证出罐温度不低于10℃，入模温度不低于5℃这两个温度参数。根据热工的原理可以分析出影响这两个参数的因素。
本计算案例的计算以墙体C45配比、模板为大钢模为例，进行热工计算。墙体保温采用黏贴5cm聚苯板，水泥为北京立马水泥厂，立马牌P.042.5，粉煤灰II级，具体如下：
1、混凝土拌合物的理论温度：T0=【0.92（mceTce+msaTsa+mgTg）+4.2Tw(mw-wsamsa-wgmg)+c1(wsamsaTsa+wgmgTg)-c2(wsamsa+wgmg)】÷【4.2mw+0.9(mce+msa+mg)】式中 T0——混凝土拌合物温度（℃）mw、 mce、msa、mg——水、水泥、砂、石的用量（kg）Tw、Tce、Tsa、Tg——水、水泥、砂、石的温度（℃）wsa、wg——砂、石的含水率（%）c1、c2——水的比热容【KJ/（KG*K）】及熔解热（kJ/kg）
根据搅拌站提供的配合比，C45混凝土的配比如下：水泥：363 kg，水：174 kg，砂：627kg，石子：1023 kg。砂含水率：5.4%；石子含水率：1.6%。根据现场实际材料温度取：水泥：10℃，水：60℃，砂：4℃，石子：1℃。搅拌楼内温度：5℃。当骨料温度＞0℃时， c1=4.2， c2=0；≤0℃时， c1=2.1， c2=335。
因骨料温度＞0℃时， c1=4.2， c2=0；
所以T0=【0.92（363*10+627*4+1023*1）+4.2*60(174-627*0.054 -1023*0.016)+2.1(0.054*627*4+0.016*1023*1)-0(627*0.054+1023*0.016】÷【4.2*174+0.9(363+627+1023)】=(7161+4.2*60*123.774+318.78-0) ÷(730.8+1811.7)
=38670.828÷2542.5
=15.21
通过上述计算可以知道，影响拌合物温度的主要是水泥、砂石料和水的温度。所以要对这些原材料进行预热，并保证室内的温度，防止预热后的原材料温度下降过快。2、混凝土拌合物的出机温度：T1=T0-0.16（T0-Ti）式中 T1——混凝土拌合物的出机温度（℃）Ti——搅拌机棚内温度（℃），取搅拌机棚内温度5℃
T1=15.21-0.16(15.21-5),所以T1=13.57＞10
所以必须要求搅拌站控制好搅拌机棚内的温度和水泥砂子的温度，确保满足上述设计要求。
3、混凝土拌合物经运输到浇筑时的温度：T2=T1-(at+0.032n)（T1-Ta）式中 T2——混凝土拌合物经运输到浇筑时的温度（℃）；t——混凝土拌合物自运输到浇筑时的时间，取1小时；
Ta——混凝土拌合物运输时的环境温度，取-5℃；
T1——混凝土拌合物的出机温度（℃）；a——温度损失系数
n——混凝土拌合物运转次数，取1，当搅拌车运输时， a=0.25,
T2=13.57-(0.25*1+0.032*1)（13.57+5）
=13.57-5.24=8.33，所以要求搅拌站保证运输时间不超过1.5小时。
从上述计算公式可以知道影响浇筑时的温度的主要因素是混凝土的运输时间、等待时间，拌合物的环境温度和拌合物的运转次數，所以要求要个控制好罐车的发车时间和时间间隔、保证混凝土浇筑的顺利有序、混凝土在运输和等待期间不能长时间停转。4、考虑模板及钢筋的吸收影响，混凝土浇筑成型时的温度：T3=（CcmcT2+CfmfTf+ CsmsTs）/( Ccmc+Cfmf+Csms)式中 T3——考虑模板及钢筋的影响，混凝土成型完成时的温度（℃）；Cc、Cf、Cs——混凝土、模板、钢筋的比热容【kJ/（kg*k）】；混凝土取1 KJ/（kg*k）；钢材取0.48 KJ/（kg*k）；mc——每立方米混凝土的重量（取2400kg）；mf、mc——与每立方米混凝土相接触的模板、钢筋重量（取450kg）；Tf、Ts——模板、钢筋的温度未预热时可采用当时的环境温度（-5℃）。T3=（1*2400*8.33-0.48*450*5- 0.48*450*5）/( 1*2400*+0.48*450+0.48*450)=(19992-1080-1080)/(2400+216+216)
=6.30＞5℃满足《混凝土结构工程施工及验收规范GB50204—2010》7.4.2条规范要求。
从上述计算公式可以知道影响浇筑时的温度的主要因素为模板、钢筋的温度未预热时可采用当时的环境温度。所以要求在建筑物的四周形成封闭，减少风力对模板、钢筋本身温度的影响。
5、混凝土蓄热养护过程中温度计算
本工程仍然利用墙体大钢模作为实例来计算验证，具体如下：
（1）、混凝土蓄热养护开始至任一时刻 t 的温度按下式计算：
其中综合参数θ、ϕ 、如下：
，，
式中：
T——混凝土蓄热养护开始至任一时刻t 的温度(℃)；
Tm——混凝土蓄热养护开始至任一时刻 t 的表面平均温度(℃)；取Tm =-8℃
T3——混凝土入模的温度(℃)；
t——混凝土蓄热养护开始至任一时刻的时间(h)；
ρc ——混凝土质量密度(kg／m3)；ρc =2400 kg／m3
Wc——每立方米混凝土水泥用量(kg／m3)； Wc=363 kg／m3
cc——混凝土的比热容(kJ／kgK)；C45砼取cc =1kJ／kg·K
Qc——水泥累积最终放热量(kJ／kg)；取Qc =330 kJ／kg
υ——水泥水化速度系数(h-1)； 取υ=0.013 h-1
ω——透风系数；取ω=1.5
M——结构表面系数(m-1)；
K——围护层的总传热系数(kJ／m2·h·K)
e——自然对数之底，可取 e=2.72。
注：①结构表面系数M值可按下式计算：
墙体厚度按标准层算都为300mm，M=2/0.3=6.67
②围护层的总传热系数K值查《建筑施工计算手册》江正荣编著P1004表7-24大钢模区隔间外贴50mm聚苯板时K=3w/(m2.K)*3.6=10.8kJ／m2·h·K
③=1.5*10. 8*6.67/(0.013*2400*1)=3.46
④
=0.013*330*363/(0.013*2400*1-1.5*10.8*6.67)
=1557.27/（-76.85）=-20.26
⑤ =6.30-（-8）-20.26=5.96
⑥将数值代入分别代入公式计算得：-5.96，-20.26，
混凝土蓄热养护开始至任一时刻 t 的温度为:
养护期间每个2小时测温，根据上述公式进行计算得下表：
从上述公式可知，影响养护温度的有透风系数和保温层总传热系数。所以要求尽可能封闭施工现场并根据环境温度合理选择保温层材料。
6、应用混凝土成熟度预测和估算早期强度
1）考虑掺有外加剂，所以成熟度的公式M=∑（T+15)⊿t具体数值如上表；
2）成熟度与强度的关系：f=K(M-200)，K查表取0.015
要混凝土受冻临界状态，必须满足f＞4MPa
所以由4=0.015*（M-200）得到M=466.67从上表可知，满足该强度要求的时间在开始养护26小时之前，此时的温度为1.28℃。即混凝土在浇筑26小时后达到受冻临界强度，才可以拆模。
参考文献：
1、建筑施工手册编写组.建筑施工手册（第四版）.北京,中国建筑工业出版社，2003;
2、建设部标准定额研究所.建筑工程冬期施工规程JGJ104-2011.北京,中国建筑工业出版社，2011;
3、江正荣.建筑施工计算手册.北京,中国建筑工业出版社，2001;
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
【关键词】热工计算，冬季施工，质量控制
【 abstract 】 this paper tells the complete winter construction method of the regenerative heat, and the calculation formula and the calculated parameters are given through calculation and analysis of the concrete quality of winter construction control method.
【 key words 】 computation, winter construction, quality control
中图分类号：O213.1文献标识码：A 文章编号：
在建筑工程施工中冬季施工时很常见的，因为冬季施工天气等环境因素比较复杂，给施工质量的控制造成很大的影响，所以了解冬季施工影响混凝土质量的因素是非常重要。冬季施工混凝土的关键在于保证出罐温度不低于10℃，入模温度不低于5℃这两个温度参数。根据热工的原理可以分析出影响这两个参数的因素。
本计算案例的计算以墙体C45配比、模板为大钢模为例，进行热工计算。墙体保温采用黏贴5cm聚苯板，水泥为北京立马水泥厂，立马牌P.042.5，粉煤灰II级，具体如下：
1、混凝土拌合物的理论温度：T0=【0.92（mceTce+msaTsa+mgTg）+4.2Tw(mw-wsamsa-wgmg)+c1(wsamsaTsa+wgmgTg)-c2(wsamsa+wgmg)】÷【4.2mw+0.9(mce+msa+mg)】式中 T0——混凝土拌合物温度（℃）mw、 mce、msa、mg——水、水泥、砂、石的用量（kg）Tw、Tce、Tsa、Tg——水、水泥、砂、石的温度（℃）wsa、wg——砂、石的含水率（%）c1、c2——水的比热容【KJ/（KG*K）】及熔解热（kJ/kg）
根据搅拌站提供的配合比，C45混凝土的配比如下：水泥：363 kg，水：174 kg，砂：627kg，石子：1023 kg。砂含水率：5.4%；石子含水率：1.6%。根据现场实际材料温度取：水泥：10℃，水：60℃，砂：4℃，石子：1℃。搅拌楼内温度：5℃。当骨料温度＞0℃时， c1=4.2， c2=0；≤0℃时， c1=2.1， c2=335。
因骨料温度＞0℃时， c1=4.2， c2=0；
所以T0=【0.92（363*10+627*4+1023*1）+4.2*60(174-627*0.054 -1023*0.016)+2.1(0.054*627*4+0.016*1023*1)-0(627*0.054+1023*0.016】÷【4.2*174+0.9(363+627+1023)】=(7161+4.2*60*123.774+318.78-0) ÷(730.8+1811.7)
=38670.828÷2542.5
=15.21
通过上述计算可以知道，影响拌合物温度的主要是水泥、砂石料和水的温度。所以要对这些原材料进行预热，并保证室内的温度，防止预热后的原材料温度下降过快。2、混凝土拌合物的出机温度：T1=T0-0.16（T0-Ti）式中 T1——混凝土拌合物的出机温度（℃）Ti——搅拌机棚内温度（℃），取搅拌机棚内温度5℃
T1=15.21-0.16(15.21-5),所以T1=13.57＞10
所以必须要求搅拌站控制好搅拌机棚内的温度和水泥砂子的温度，确保满足上述设计要求。
3、混凝土拌合物经运输到浇筑时的温度：T2=T1-(at+0.032n)（T1-Ta）式中 T2——混凝土拌合物经运输到浇筑时的温度（℃）；t——混凝土拌合物自运输到浇筑时的时间，取1小时；
Ta——混凝土拌合物运输时的环境温度，取-5℃；
T1——混凝土拌合物的出机温度（℃）；a——温度损失系数
n——混凝土拌合物运转次数，取1，当搅拌车运输时， a=0.25,
T2=13.57-(0.25*1+0.032*1)（13.57+5）
=13.57-5.24=8.33，所以要求搅拌站保证运输时间不超过1.5小时。
从上述计算公式可以知道影响浇筑时的温度的主要因素是混凝土的运输时间、等待时间，拌合物的环境温度和拌合物的运转次數，所以要求要个控制好罐车的发车时间和时间间隔、保证混凝土浇筑的顺利有序、混凝土在运输和等待期间不能长时间停转。4、考虑模板及钢筋的吸收影响，混凝土浇筑成型时的温度：T3=（CcmcT2+CfmfTf+ CsmsTs）/( Ccmc+Cfmf+Csms)式中 T3——考虑模板及钢筋的影响，混凝土成型完成时的温度（℃）；Cc、Cf、Cs——混凝土、模板、钢筋的比热容【kJ/（kg*k）】；混凝土取1 KJ/（kg*k）；钢材取0.48 KJ/（kg*k）；mc——每立方米混凝土的重量（取2400kg）；mf、mc——与每立方米混凝土相接触的模板、钢筋重量（取450kg）；Tf、Ts——模板、钢筋的温度未预热时可采用当时的环境温度（-5℃）。T3=（1*2400*8.33-0.48*450*5- 0.48*450*5）/( 1*2400*+0.48*450+0.48*450)=(19992-1080-1080)/(2400+216+216)
=6.30＞5℃满足《混凝土结构工程施工及验收规范GB50204—2010》7.4.2条规范要求。
从上述计算公式可以知道影响浇筑时的温度的主要因素为模板、钢筋的温度未预热时可采用当时的环境温度。所以要求在建筑物的四周形成封闭，减少风力对模板、钢筋本身温度的影响。
5、混凝土蓄热养护过程中温度计算
本工程仍然利用墙体大钢模作为实例来计算验证，具体如下：
（1）、混凝土蓄热养护开始至任一时刻 t 的温度按下式计算：
其中综合参数θ、ϕ 、如下：
，，
式中：
T——混凝土蓄热养护开始至任一时刻t 的温度(℃)；
Tm——混凝土蓄热养护开始至任一时刻 t 的表面平均温度(℃)；取Tm =-8℃
T3——混凝土入模的温度(℃)；
t——混凝土蓄热养护开始至任一时刻的时间(h)；
ρc ——混凝土质量密度(kg／m3)；ρc =2400 kg／m3
Wc——每立方米混凝土水泥用量(kg／m3)； Wc=363 kg／m3
cc——混凝土的比热容(kJ／kgK)；C45砼取cc =1kJ／kg·K
Qc——水泥累积最终放热量(kJ／kg)；取Qc =330 kJ／kg
υ——水泥水化速度系数(h-1)； 取υ=0.013 h-1
ω——透风系数；取ω=1.5
M——结构表面系数(m-1)；
K——围护层的总传热系数(kJ／m2·h·K)
e——自然对数之底，可取 e=2.72。
注：①结构表面系数M值可按下式计算：
墙体厚度按标准层算都为300mm，M=2/0.3=6.67
②围护层的总传热系数K值查《建筑施工计算手册》江正荣编著P1004表7-24大钢模区隔间外贴50mm聚苯板时K=3w/(m2.K)*3.6=10.8kJ／m2·h·K
③=1.5*10. 8*6.67/(0.013*2400*1)=3.46
④
=0.013*330*363/(0.013*2400*1-1.5*10.8*6.67)
=1557.27/（-76.85）=-20.26
⑤ =6.30-（-8）-20.26=5.96
⑥将数值代入分别代入公式计算得：-5.96，-20.26，
混凝土蓄热养护开始至任一时刻 t 的温度为:
养护期间每个2小时测温，根据上述公式进行计算得下表：
从上述公式可知，影响养护温度的有透风系数和保温层总传热系数。所以要求尽可能封闭施工现场并根据环境温度合理选择保温层材料。
6、应用混凝土成熟度预测和估算早期强度
1）考虑掺有外加剂，所以成熟度的公式M=∑（T+15)⊿t具体数值如上表；
2）成熟度与强度的关系：f=K(M-200)，K查表取0.015
要混凝土受冻临界状态，必须满足f＞4MPa
所以由4=0.015*（M-200）得到M=466.67从上表可知，满足该强度要求的时间在开始养护26小时之前，此时的温度为1.28℃。即混凝土在浇筑26小时后达到受冻临界强度，才可以拆模。
参考文献：
1、建筑施工手册编写组.建筑施工手册（第四版）.北京,中国建筑工业出版社，2003;
2、建设部标准定额研究所.建筑工程冬期施工规程JGJ104-2011.北京,中国建筑工业出版社，2011;
3、江正荣.建筑施工计算手册.北京,中国建筑工业出版社，2001;
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。