我国北方寒冷地区超高层混凝土冬期施工面临诸多难题,寒冷条件下混凝土泵送性能保障、超长距离混凝土输送温度损失及高空寒冷大风条件下混凝土养护等均困扰着广大工程建设者。依托天津高银117大厦工程实际,从混凝土原材料选择、配合比及性能、出机温度保证、运输控制、泵送施工、浇筑及养护等方面入手,采取科学质量控制措施,制定合理施工方案,保障了超高层混凝土冬期施工的顺利进行。 

0 引 言

伴随着国民经济的快速发展，人民生活水平的日益提高，城市扩张的不断加快，为体现城市的魅力，满足人们对建筑活动空间的需求，超高层建筑像雨后春笋一样迅猛发展^[1]，大量的城市地标性超高层建筑正在兴建或规划，据统计，在2015年已经建成的世界最高的10幢超高层建筑中^[2]，有6幢在中国。

《建筑工程冬期施工规程》（JGJ/T104）规定：根据当地多年气象资料统计，当室外日平均气温连续5d稳定低于5℃即进入冬期施工，当室外日平均气温连续5d高于5℃即解除冬期施工。由于超高层建筑的结构特点，其混凝土冬期施工具有诸多难点：（1）原材料温度低，混凝土出机温度难以保障^[3]；（2）混凝土泵送距离及时间长，高空中往往伴随着大风等恶劣天气，混凝土自身温度容易散失，导致工作性能降低，甚至易引发堵管；（3）寒冷条件下混凝土强度发展缓慢，影响施工效率^[4-5]；（4）超高层建筑结构高度高，温度较地面更低，风力较地面更大，对混凝土的养护是一大挑战。

1 工程概况

天津高银117大厦位于滨海高新区，地下3层，地上117层，总设计高度为597米，占地83万平方米，规划建筑面积183万平方米，预计投资270多亿元人民币。天津高银117大厦集高档商场、写字楼、商务公寓和六星级酒店于一身，建成后将是高新区乃至天津市极具代表性的标志性建筑，高银117大厦效果图如图1所示。

117大厦结构高度597m，为目前在建中国结构第一、世界第二高楼，仅次于迪拜哈利法塔。117大厦主体结构为钢筋混凝土核心筒、巨形柱框架支撑组成，其混凝土强度等级、楼层及泵送高度分布情况如表1所示。117大厦混凝土施工周期长达4年，经历多次冬期施工阶段，本研究以2014-2015年天津117大厦核心筒剪力墙（500米高度）混凝土冬期施工为例，针对超高层混凝土冬期施工难点，介绍超高层混凝土冬期施工技术及质量控制措施，为此类工程的顺利施工提供指导。

通过表2可以看出，在2014-2015年期间，天津市冬季平均气温通常集中在-10~0℃之间。大风天气较多。此外，根据实际施工经验，天津117大厦在进行500米高度施工时楼顶气温通常较地面低4-5℃，风力较地面高5-6级，最高可达12级。

2 原材料质量控制

结合天津117大厦剪力墙C60混凝土冬期施工自身特点，原材料应满足以下基本要求：

（1）水泥。水泥选用P·O42.5普通硅酸盐水泥，应具有较低的需水性，须符合GB175-2007《通用硅酸盐水泥》，最小水泥用量不宜少于200kg/m³，水灰比不应大于0.45。

（2）矿物掺合料。选用矿物掺合料改善混凝土工作性能、力学性能及耐久性能。S95矿粉主要控制其活性指数指标；粉煤灰选用优质I级粉煤灰，主要控制其烧失量、细度及需水量比指标；硅灰主要控制SiO₂含量、需水量比及烧失量指标。掺合料种类及用量根据混凝土强度等级、环境温度及混凝土施工高度选择。

（3）骨料。拌制混凝土所采用的砂、石骨料应清洁并堆放在暖棚内，不得含有冰、雪、冻块及其它易冻裂物质。不得采用活性骨料或在骨料中混有此类物质的材料。选用天然II区河砂，含泥量≤1%，细度模数应控制在2.4~2.8之间，其他技术指标符合GBT14684-2011《建设用砂》；石子采用连续级配碎石，最大粒径≤16mm，含泥量≤0.5%，针片状含量≤5%，其他技术指标符合GBT14685-2011《建设用碎石卵石》。

（4）外加剂。冬期施工混凝土外加剂应选用符合现行国家标准GB50119《混凝土外加剂应用技术规范》及JC475-2004《混凝土防冻剂》的高效防冻型聚羧酸减水剂。防冻组分选用无机及有机复合型，不含有氯盐。外加剂具有适宜的引气功能，含气量宜控制在2%~3%之间。外加剂应考虑与水泥的相容性，保障混凝土泵送施工性能。

（5）拌合用水。使用自来水，通过搅拌站燃煤锅炉加热或者采用外购热水满足混凝土生产需求。

3 天津117大厦混凝土冬施配合比及性能

（1）根据JC475-2004《混凝土防冻剂》试验方法，确定以无机+有机为主要防冻组分的混凝土防冻剂。结合天津地区冬期气候特点，在低温试验箱进行0℃、-5℃、-10℃、-15℃养护条件下的混凝土受冻试验，研究混凝土受冻临界强度及低温条件下的强度发展规律，确定不同环境温度下混凝土配合比及防冻剂。混凝土受冻环境及-10℃养护条件下混凝土强度数据如图2所示。

图3 剪力墙C60混凝土冬期施工试验墙

（3）建造混凝土千米级水平盘管试验基地，通过混凝土泵送模拟验证低温条件下混凝土泵送性能，为实际施工提供依据。从表3中可以看出，混凝土泵送施工性能良好，力学性能符合工程要求。

4 冬施混凝土温度保障关键技术

4.1 原材料加热措施及出机温度

混凝土生产过程中对原材料（主要对水及河砂）进行加热，保障混凝土出机温度符合要求，具体如下：

（1）混凝土开盘前1小时通知锅炉房烧水，当最低气温TL≥-10℃时，水温不应低于30℃，当最低气温-15≤T＜-10℃时，水温不应低于35℃，混凝土生产期间每隔1小时对水温进行检测，并做好记录。

（2）落实热水供应厂商，当搅拌站热水不能自给或温度不能满足要求时，及时通知供应商供应热水。

（3）生产用砂提前备料，存储于有加热设施的保温储料仓内备用，如图5所示。开盘前2h通过盘管蒸汽管道进行河砂加热，加热持续均匀，加热后河砂温度应＞0℃，一方面可避免砂子上料时出现结冰结块影响施工效率，另一方面可以提高混凝土出机温度。

（4）砂石料应做到先入先出，避免新进骨料直接生产使用。

（5）混凝土生产前应采用热水对生产设备预热，避免首盘混凝土因温度过低导致性能下降。

（6）混凝土生产时应按照骨料、水及外加剂、胶凝材料的顺序投料，水与骨料预拌后，投入胶凝材料开始正式搅拌。冬季搅拌时间应较常温时延长30s~60s。

（7）检测混凝土其他原材料温度并作记录，按照热工计算对水及砂进行加热，确保混凝土出机温度控制在15℃以上，生产过程中每隔1h应进行出机温度检测并作记录。

4.2 混凝土运输及施工过程保温控制

（1）当搅拌站接到浇筑任务后，应根据施工部位、现场条件、混凝土需用量、进度要求等安排好运输车辆；搅拌站调度室与施工现场保持密切联系，既保证混凝土连续供应，又要防止混凝土在现场等待时间过长；合理安排行车路线，既要缩短运距，又要避免堵车等突发事件，混凝土从出机到现场浇筑应控制在1小时以内。

（2）混凝土的运输过程是导致热量损失的重要阶段，因此，混凝土运输车应包裹保温套，尽量加快运输速度，降低周转次数，要求混凝土出机至入泵温度损失≤3℃。

（3）为防止混凝土入泵时温度损失过快，在施工现场搭建保温棚，泵车停至适宜放料位置后，通过草帘封闭，形成相对密闭的保温空间，提高混凝土入泵口的环境温度，减少温度散失，同时避免雨雪等的进入。

（4）混凝土泵送开始前应先通过热水及温度不低于15℃的砂浆进行润管，既对泵管进行了润滑又提高了泵管温度。

（5）现场技术人员记录润管水、砂浆及每车混凝土温度、每车混凝土泵送时间，如果停泵时间过长应再次检测混凝土入泵温度，如温度降低过大则立即停止泵送。

（6）为降低混凝土在寒冷条件下长距离泵送过程中温度损失，保障混凝土施工性能，天津117大厦在泵管外壁设置加热保温装置，该装置具有良好的温控功能，既可对泵管有效加热，又可通过温度控制器防止泵管过热，采用安全电压（36v）保障施工人员安全。该装置如图8所示，加热及保温实验数据如表4、表5所示。混凝土浇筑前2h将泵管进行预热，防止过大温度降低对混凝土造成的危害。泵管加热保温装置如图所示，保温数据效果如表所示。

（7）混凝土入泵至出泵入模温度损失≤2℃。

（8）现场严禁加水调整混凝土。

5 混凝土浇筑及养护

（1）混凝土浇筑前，应清除剪力墙钢筋及模板内异物及冰雪、冰块等。浇筑过程中应加强振捣，确保混凝土密实度。

（2）剪力墙模板中间填充保温聚苯保温板材，降低模板的散热系数，减少混凝土温度损失。

（3）剪力墙拆模后混凝土表面立即覆盖塑料薄膜并悬挂岩棉被，减少剪力墙温度散失，促进混凝土强度增长，并控制混凝土内外温差，防止裂缝。及时进行强度回弹检测，掌握剪力墙实体强度发展情况，提高施工效率。

（4）混凝土拆模后严禁进行浇水、洒水养护。

（5）混凝土入模温度应≥10℃，混凝土浇筑前埋置温度传感器，探测混凝土入模温度及后期养护期间温度变化，混凝土入模后24h内，每隔6h测温一次，25h~72h每隔12h测温一次72h至最后每隔24h测温一次，详细记录混凝土及环境温度。

（6）剪力墙连梁浇筑完毕后应立即收光收面，覆盖一层塑料薄膜后覆盖保温棉被。

（7）特别注意混凝土棱角，边缘部分保温，防止温度保护薄弱带的出现。

6 实施效果

（1）混凝土施工温度及强度

天津117大厦剪力墙混凝土冬期施工部分混凝土温度及早期强度检测数据如表6所示，剪力墙实体测温情况如图11所示。

从图12可以看出，剪力墙表面光洁平整，无裂缝产生，表明混凝土施工性能及养护效果良好。

7 结论

（1）选择适宜于混凝土寒冷条件下超高泵送的混凝土原材料，通过负温条件下混凝土试验、剪力墙冬期施工模拟试验墙试验确定混凝土配合比及防冻剂，结合千米级混凝土水平泵送模拟试验，验证混凝土泵送性能优异。

（2）通过原材料加热、运输保温、施工地点防护及泵送过程加热保温等多种保温措施保障寒冷条件下超高泵送混凝土入模温度，混凝土出机-入泵-入模全过程无温度损失，入模温度可达15℃以上。

（3）采用保温模板、塑料薄膜+保温棉组合对浇筑后剪力墙混凝土进行保温养护，混凝土实体温度较高、早期强度发展快，内外温差小，拆模后混凝土表观光洁无裂缝，混凝土施工及养护效果良好。