我國(guó)北方寒冷地區(qū)超高層混凝土冬期施工面臨諸多難題,寒冷條件下混凝土泵送性能保障、超長(zhǎng)距離混凝土輸送溫度損失及高空寒冷大風(fēng)條件下混凝土養(yǎng)護(hù)等均困擾著廣大工程建設(shè)者。依托天津高銀117大廈工程實(shí)際,從混凝土原材料選擇、配合比及性能、出機(jī)溫度保證、運(yùn)輸控制、泵送施工、澆筑及養(yǎng)護(hù)等方面入手,采取科學(xué)質(zhì)量控制措施,制定合理施工方案,保障了超高層混凝土冬期施工的順利進(jìn)行。 

0 引 言

伴隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人民生活水平的日益提高，城市擴(kuò)張的不斷加快，為體現(xiàn)城市的魅力，滿足人們對(duì)建筑活動(dòng)空間的需求，超高層建筑像雨后春筍一樣迅猛發(fā)展^[1]，大量的城市地標(biāo)性超高層建筑正在興建或規(guī)劃，據(jù)統(tǒng)計(jì)，在2015年已經(jīng)建成的世界最高的10幢超高層建筑中^[2]，有6幢在中國(guó)。

《建筑工程冬期施工規(guī)程》（JGJ/T104）規(guī)定：根據(jù)當(dāng)?shù)囟嗄隁庀筚Y料統(tǒng)計(jì)，當(dāng)室外日平均氣溫連續(xù)5d穩(wěn)定低于5℃即進(jìn)入冬期施工，當(dāng)室外日平均氣溫連續(xù)5d高于5℃即解除冬期施工。由于超高層建筑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，其混凝土冬期施工具有諸多難點(diǎn)：（1）原材料溫度低，混凝土出機(jī)溫度難以保障^[3]；（2）混凝土泵送距離及時(shí)間長(zhǎng)，高空中往往伴隨著大風(fēng)等惡劣天氣，混凝土自身溫度容易散失，導(dǎo)致工作性能降低，甚至易引發(fā)堵管；（3）寒冷條件下混凝土強(qiáng)度發(fā)展緩慢，影響施工效率^[4-5]；（4）超高層建筑結(jié)構(gòu)高度高，溫度較地面更低，風(fēng)力較地面更大，對(duì)混凝土的養(yǎng)護(hù)是一大挑戰(zhàn)。

1 工程概況

天津高銀117大廈位于濱海高新區(qū)，地下3層，地上117層，總設(shè)計(jì)高度為597米，占地83萬平方米，規(guī)劃建筑面積183萬平方米，預(yù)計(jì)投資270多億元人民幣。天津高銀117大廈集高檔商場(chǎng)、寫字樓、商務(wù)公寓和六星級(jí)酒店于一身，建成后將是高新區(qū)乃至天津市極具代表性的標(biāo)志性建筑，高銀117大廈效果圖如圖1所示。

117大廈結(jié)構(gòu)高度597m，為目前在建中國(guó)結(jié)構(gòu)第一、世界第二高樓，僅次于迪拜哈利法塔。117大廈主體結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土核心筒、巨形柱框架支撐組成，其混凝土強(qiáng)度等級(jí)、樓層及泵送高度分布情況如表1所示。117大廈混凝土施工周期長(zhǎng)達(dá)4年，經(jīng)歷多次冬期施工階段，本研究以2014-2015年天津117大廈核心筒剪力墻（500米高度）混凝土冬期施工為例，針對(duì)超高層混凝土冬期施工難點(diǎn)，介紹超高層混凝土冬期施工技術(shù)及質(zhì)量控制措施，為此類工程的順利施工提供指導(dǎo)。

通過表2可以看出，在2014-2015年期間，天津市冬季平均氣溫通常集中在-10~0℃之間。大風(fēng)天氣較多。此外，根據(jù)實(shí)際施工經(jīng)驗(yàn)，天津117大廈在進(jìn)行500米高度施工時(shí)樓頂氣溫通常較地面低4-5℃，風(fēng)力較地面高5-6級(jí)，最高可達(dá)12級(jí)。

2 原材料質(zhì)量控制

結(jié)合天津117大廈剪力墻C60混凝土冬期施工自身特點(diǎn)，原材料應(yīng)滿足以下基本要求：

（1）水泥。水泥選用P·O42.5普通硅酸鹽水泥，應(yīng)具有較低的需水性，須符合GB175-2007《通用硅酸鹽水泥》，最小水泥用量不宜少于200kg/m³，水灰比不應(yīng)大于0.45。

（2）礦物摻合料。選用礦物摻合料改善混凝土工作性能、力學(xué)性能及耐久性能。S95礦粉主要控制其活性指數(shù)指標(biāo)；粉煤灰選用優(yōu)質(zhì)I級(jí)粉煤灰，主要控制其燒失量、細(xì)度及需水量比指標(biāo)；硅灰主要控制SiO₂含量、需水量比及燒失量指標(biāo)。摻合料種類及用量根據(jù)混凝土強(qiáng)度等級(jí)、環(huán)境溫度及混凝土施工高度選擇。

（3）骨料。拌制混凝土所采用的砂、石骨料應(yīng)清潔并堆放在暖棚內(nèi)，不得含有冰、雪、凍塊及其它易凍裂物質(zhì)。不得采用活性骨料或在骨料中混有此類物質(zhì)的材料。選用天然II區(qū)河砂，含泥量≤1%，細(xì)度模數(shù)應(yīng)控制在2.4~2.8之間，其他技術(shù)指標(biāo)符合GBT14684-2011《建設(shè)用砂》；石子采用連續(xù)級(jí)配碎石，最大粒徑≤16mm，含泥量≤0.5%，針片狀含量≤5%，其他技術(shù)指標(biāo)符合GBT14685-2011《建設(shè)用碎石卵石》。

（4）外加劑。冬期施工混凝土外加劑應(yīng)選用符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB50119《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》及JC475-2004《混凝土防凍劑》的高效防凍型聚羧酸減水劑。防凍組分選用無機(jī)及有機(jī)復(fù)合型，不含有氯鹽。外加劑具有適宜的引氣功能，含氣量宜控制在2%~3%之間。外加劑應(yīng)考慮與水泥的相容性，保障混凝土泵送施工性能。

（5）拌合用水。使用自來水，通過攪拌站燃煤鍋爐加熱或者采用外購熱水滿足混凝土生產(chǎn)需求。

3 天津117大廈混凝土冬施配合比及性能

（1）根據(jù)JC475-2004《混凝土防凍劑》試驗(yàn)方法，確定以無機(jī)+有機(jī)為主要防凍組分的混凝土防凍劑。結(jié)合天津地區(qū)冬期氣候特點(diǎn)，在低溫試驗(yàn)箱進(jìn)行0℃、-5℃、-10℃、-15℃養(yǎng)護(hù)條件下的混凝土受凍試驗(yàn)，研究混凝土受凍臨界強(qiáng)度及低溫條件下的強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律，確定不同環(huán)境溫度下混凝土配合比及防凍劑。混凝土受凍環(huán)境及-10℃養(yǎng)護(hù)條件下混凝土強(qiáng)度數(shù)據(jù)如圖2所示。

圖3 剪力墻C60混凝土冬期施工試驗(yàn)墻

（3）建造混凝土千米級(jí)水平盤管試驗(yàn)基地，通過混凝土泵送模擬驗(yàn)證低溫條件下混凝土泵送性能，為實(shí)際施工提供依據(jù)。從表3中可以看出，混凝土泵送施工性能良好，力學(xué)性能符合工程要求。

4 冬施混凝土溫度保障關(guān)鍵技術(shù)

4.1 原材料加熱措施及出機(jī)溫度

混凝土生產(chǎn)過程中對(duì)原材料（主要對(duì)水及河砂）進(jìn)行加熱，保障混凝土出機(jī)溫度符合要求，具體如下：

（1）混凝土開盤前1小時(shí)通知鍋爐房燒水，當(dāng)最低氣溫TL≥-10℃時(shí)，水溫不應(yīng)低于30℃，當(dāng)最低氣溫-15≤T＜-10℃時(shí)，水溫不應(yīng)低于35℃，混凝土生產(chǎn)期間每隔1小時(shí)對(duì)水溫進(jìn)行檢測(cè)，并做好記錄。

（2）落實(shí)熱水供應(yīng)廠商，當(dāng)攪拌站熱水不能自給或溫度不能滿足要求時(shí)，及時(shí)通知供應(yīng)商供應(yīng)熱水。

（3）生產(chǎn)用砂提前備料，存儲(chǔ)于有加熱設(shè)施的保溫儲(chǔ)料倉內(nèi)備用，如圖5所示。開盤前2h通過盤管蒸汽管道進(jìn)行河砂加熱，加熱持續(xù)均勻，加熱后河砂溫度應(yīng)＞0℃，一方面可避免砂子上料時(shí)出現(xiàn)結(jié)冰結(jié)塊影響施工效率，另一方面可以提高混凝土出機(jī)溫度。

（4）砂石料應(yīng)做到先入先出，避免新進(jìn)骨料直接生產(chǎn)使用。

（5）混凝土生產(chǎn)前應(yīng)采用熱水對(duì)生產(chǎn)設(shè)備預(yù)熱，避免首盤混凝土因溫度過低導(dǎo)致性能下降。

（6）混凝土生產(chǎn)時(shí)應(yīng)按照骨料、水及外加劑、膠凝材料的順序投料，水與骨料預(yù)拌后，投入膠凝材料開始正式攪拌。冬季攪拌時(shí)間應(yīng)較常溫時(shí)延長(zhǎng)30s~60s。

（7）檢測(cè)混凝土其他原材料溫度并作記錄，按照熱工計(jì)算對(duì)水及砂進(jìn)行加熱，確?；炷脸鰴C(jī)溫度控制在15℃以上，生產(chǎn)過程中每隔1h應(yīng)進(jìn)行出機(jī)溫度檢測(cè)并作記錄。

4.2 混凝土運(yùn)輸及施工過程保溫控制

（1）當(dāng)攪拌站接到澆筑任務(wù)后，應(yīng)根據(jù)施工部位、現(xiàn)場(chǎng)條件、混凝土需用量、進(jìn)度要求等安排好運(yùn)輸車輛；攪拌站調(diào)度室與施工現(xiàn)場(chǎng)保持密切聯(lián)系，既保證混凝土連續(xù)供應(yīng)，又要防止混凝土在現(xiàn)場(chǎng)等待時(shí)間過長(zhǎng)；合理安排行車路線，既要縮短運(yùn)距，又要避免堵車等突發(fā)事件，混凝土從出機(jī)到現(xiàn)場(chǎng)澆筑應(yīng)控制在1小時(shí)以內(nèi)。

（2）混凝土的運(yùn)輸過程是導(dǎo)致熱量損失的重要階段，因此，混凝土運(yùn)輸車應(yīng)包裹保溫套，盡量加快運(yùn)輸速度，降低周轉(zhuǎn)次數(shù)，要求混凝土出機(jī)至入泵溫度損失≤3℃。

（3）為防止混凝土入泵時(shí)溫度損失過快，在施工現(xiàn)場(chǎng)搭建保溫棚，泵車停至適宜放料位置后，通過草簾封閉，形成相對(duì)密閉的保溫空間，提高混凝土入泵口的環(huán)境溫度，減少溫度散失，同時(shí)避免雨雪等的進(jìn)入。

（4）混凝土泵送開始前應(yīng)先通過熱水及溫度不低于15℃的砂漿進(jìn)行潤(rùn)管，既對(duì)泵管進(jìn)行了潤(rùn)滑又提高了泵管溫度。

（5）現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員記錄潤(rùn)管水、砂漿及每車混凝土溫度、每車混凝土泵送時(shí)間，如果停泵時(shí)間過長(zhǎng)應(yīng)再次檢測(cè)混凝土入泵溫度，如溫度降低過大則立即停止泵送。

（6）為降低混凝土在寒冷條件下長(zhǎng)距離泵送過程中溫度損失，保障混凝土施工性能，天津117大廈在泵管外壁設(shè)置加熱保溫裝置，該裝置具有良好的溫控功能，既可對(duì)泵管有效加熱，又可通過溫度控制器防止泵管過熱，采用安全電壓（36v）保障施工人員安全。該裝置如圖8所示，加熱及保溫實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表4、表5所示?；炷翝仓?/span>2h將泵管進(jìn)行預(yù)熱，防止過大溫度降低對(duì)混凝土造成的危害。泵管加熱保溫裝置如圖所示，保溫?cái)?shù)據(jù)效果如表所示。

（7）混凝土入泵至出泵入模溫度損失≤2℃。

（8）現(xiàn)場(chǎng)嚴(yán)禁加水調(diào)整混凝土。

5 混凝土澆筑及養(yǎng)護(hù)

（1）混凝土澆筑前，應(yīng)清除剪力墻鋼筋及模板內(nèi)異物及冰雪、冰塊等。澆筑過程中應(yīng)加強(qiáng)振搗，確?；炷撩軐?shí)度。

（2）剪力墻模板中間填充保溫聚苯保溫板材，降低模板的散熱系數(shù)，減少混凝土溫度損失。

（3）剪力墻拆模后混凝土表面立即覆蓋塑料薄膜并懸掛巖棉被，減少剪力墻溫度散失，促進(jìn)混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)，并控制混凝土內(nèi)外溫差，防止裂縫。及時(shí)進(jìn)行強(qiáng)度回彈檢測(cè)，掌握剪力墻實(shí)體強(qiáng)度發(fā)展情況，提高施工效率。

（4）混凝土拆模后嚴(yán)禁進(jìn)行澆水、灑水養(yǎng)護(hù)。

（5）混凝土入模溫度應(yīng)≥10℃，混凝土澆筑前埋置溫度傳感器，探測(cè)混凝土入模溫度及后期養(yǎng)護(hù)期間溫度變化，混凝土入模后24h內(nèi)，每隔6h測(cè)溫一次，25h~72h每隔12h測(cè)溫一次72h至最后每隔24h測(cè)溫一次，詳細(xì)記錄混凝土及環(huán)境溫度。

（6）剪力墻連梁澆筑完畢后應(yīng)立即收光收面，覆蓋一層塑料薄膜后覆蓋保溫棉被。

（7）特別注意混凝土棱角，邊緣部分保溫，防止溫度保護(hù)薄弱帶的出現(xiàn)。

6 實(shí)施效果

（1）混凝土施工溫度及強(qiáng)度

天津117大廈剪力墻混凝土冬期施工部分混凝土溫度及早期強(qiáng)度檢測(cè)數(shù)據(jù)如表6所示，剪力墻實(shí)體測(cè)溫情況如圖11所示。

從圖12可以看出，剪力墻表面光潔平整，無裂縫產(chǎn)生，表明混凝土施工性能及養(yǎng)護(hù)效果良好。

7 結(jié)論

（1）選擇適宜于混凝土寒冷條件下超高泵送的混凝土原材料，通過負(fù)溫條件下混凝土試驗(yàn)、剪力墻冬期施工模擬試驗(yàn)墻試驗(yàn)確定混凝土配合比及防凍劑，結(jié)合千米級(jí)混凝土水平泵送模擬試驗(yàn)，驗(yàn)證混凝土泵送性能優(yōu)異。

（2）通過原材料加熱、運(yùn)輸保溫、施工地點(diǎn)防護(hù)及泵送過程加熱保溫等多種保溫措施保障寒冷條件下超高泵送混凝土入模溫度，混凝土出機(jī)-入泵-入模全過程無溫度損失，入模溫度可達(dá)15℃以上。

（3）采用保溫模板、塑料薄膜+保溫棉組合對(duì)澆筑后剪力墻混凝土進(jìn)行保溫養(yǎng)護(hù)，混凝土實(shí)體溫度較高、早期強(qiáng)度發(fā)展快，內(nèi)外溫差小，拆模后混凝土表觀光潔無裂縫，混凝土施工及養(yǎng)護(hù)效果良好。