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天津地區(qū)冬季混凝土施工方法簡介

海河水利 · 2011-01-12 00:00

  摘要:闡述了混凝土的冬季施工原理,并列舉了天津地區(qū)寒冷季節(jié)的混凝土施工方法和養(yǎng)護措施。

  關(guān)鍵詞:天津地區(qū);農(nóng)村冬季;混凝土;施工;方法

  天津地區(qū),受工期制約,冬季進行混凝土施工是不可避免的。當(dāng)日平均氣溫連續(xù)5 d 穩(wěn)定在5 ℃以下或最低氣溫連續(xù)5 d 穩(wěn)定在-3 ℃時,施工中應(yīng)按冬季低溫施工混凝土的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。采用適當(dāng)?shù)氖┕し椒?,避免新澆混凝土早期受凍,使外露混凝土與冬季氣溫保持較小溫差,也會取得在天暖施工時的效果。

  1 混凝土冬季施工的一般原理

  混凝土拌和物澆筑后之所以能逐漸凝結(jié)和硬化,直至獲得最終強度,是由于水泥水化作用的結(jié)果。而水泥水化作用的速度除與混凝土本身組成材料和配合比有關(guān)外,主要是隨著溫度的高低而變化的。當(dāng)溫度升高時,水化作用加快,強度增長也較快;而當(dāng)溫度降低到0℃時,存在于混凝土中的水有一部分開始結(jié)冰,逐漸由液相(水)變?yōu)楣滔啵ㄋ?。這時,參與水泥水化作用的水減少了,因此水化作用減緩,強度增長相應(yīng)較慢。溫度繼續(xù)下降,當(dāng)存在于混凝土中的水完全變成冰,也就是完全由液相變?yōu)楣滔鄷r,水泥水化作用基本停止,此時強度就不再增長。

  水變成冰后,體積約增大9%,同時產(chǎn)生約2 500 kg/cm2 的冰脹應(yīng)力。這個應(yīng)力值常常大于水泥石的初期強度值,使混凝土受到不同程度的破壞(即早期受凍破壞)而降低強度。此外,當(dāng)水變成冰后,還會在骨料和鋼筋表面上產(chǎn)生顆粒較大的冰凌,減弱水泥漿與骨料和鋼筋的粘結(jié)力,從而影響混凝土的抗壓強度。當(dāng)冰凌融化后,又會在混凝土內(nèi)部形成各種各樣的空隙,而降低混凝土的密實性及耐久性。

  由此可見,在冬季混凝土施工中,水的形態(tài)變化是影響混凝土強度增長的關(guān)鍵。國內(nèi)外許多學(xué)者對水在混凝土中的形態(tài)進行大量的試驗研究結(jié)果表明,新澆混凝土在凍結(jié)前有一段預(yù)養(yǎng)期,可以增加其內(nèi)部液相,減少固相,加速水泥的水化作用。試驗研究還表明,混凝土受凍前預(yù)養(yǎng)期愈長,強度損失愈小。

  混凝土化凍后(即處在正常溫度條件下)繼續(xù)養(yǎng)護,其強度還會增長,不過增長的幅度大小不一。預(yù)養(yǎng)期長、獲得初期強度較高的混凝土受凍后,后期強度幾乎沒有損失。而安全預(yù)養(yǎng)期短、獲得初期強度比較低的混凝土受凍后,后期強度都有不同程度的損失。由此可見,混凝土凍結(jié)前,要使其在正常溫度下有一段預(yù)養(yǎng)期,以加速水泥的水化作用,使混凝土獲得不遭受凍害的最低強度,一般稱臨界強度,即可達到預(yù)期效果。對于臨界強度,不同地區(qū)取值不同。大體積混凝土不應(yīng)低于7.0 MPa(或成熟度不低于1 800 ℃·h);非大體積混凝土和鋼筋混凝土不應(yīng)低于設(shè)計強度的85%。

  2 混凝土冬季施工方法的選擇

  從上述分析可以知道,在冬季混凝土施工中,主要解決3 個問題:一是如何確定混凝土最短的養(yǎng)護齡期,二是如何防止混凝土早期凍害,三是如何保證混凝土后期強度和耐久性滿足要求。在實際工程中,要根據(jù)施工時的氣溫情況,工程結(jié)構(gòu)狀況(工程量、體積結(jié)構(gòu)厚大程度與外露情況即表面系數(shù)),工期緊迫程度,水泥的品種及價格,早強劑、減水劑、抗凍劑的性能及價格,保溫材料的性能及價格,熱源的條件等來選擇合理的施工方法。一般來說,同一個工程可以有若干個不同的冬季施工方案。一個理想的方案,應(yīng)當(dāng)用最短的工期、最低的施工費用來獲得最優(yōu)良的工程質(zhì)量,也就是工期、費用、質(zhì)量最佳化。工程設(shè)計中,基本采用以下4 種方法。

  2.1 調(diào)整配合比方法

  主要適用于氣溫在0 ℃左右的混凝土施工。具體做法如下:

 ?。?)選擇適當(dāng)品種的水泥是提高混凝土抗凍的重要手段。試驗結(jié)果表明,應(yīng)使用早強硅酸鹽水泥。該水泥水化熱較大,且在早期強度最高,一般3 d 抗壓強度大約相當(dāng)于普通硅酸鹽水泥7 d 的強度,效果較明顯。

  (2)盡量降低水灰比,不大于0.6。水灰比小,相對水泥用量多,從而增加水化熱量,縮短達到齡期強度的時間。

 ?。?)摻用引氣劑。在保持混凝土配合比不變的情況下,加入引氣劑后生成的氣泡(微小封閉的穩(wěn)定氣泡),既可提高拌和物的流動性,改善其粘聚性及保水性;又可緩沖混凝土內(nèi)水結(jié)冰所產(chǎn)生的水壓力,提高混凝土的抗凍性。

  (4)摻加早強外加劑,必要時加入防凍劑(根據(jù)氣溫情況確定)??s短混凝土的凝結(jié)時間或降低混凝土的冰點,可以提高早期強度。但對使用堿活性骨料的混凝土,應(yīng)控制混凝土的總含堿量。

 ?。?)選擇顆粒強度高、抗凍性好和孔隙率較小的集料,使其熱膨脹系數(shù)和周圍砂漿膨脹系數(shù)相近。

  2.2 蓄熱法

  主要用于氣溫-10 ℃左右下的結(jié)構(gòu)比較厚大的工程,采取措施提高混凝土的澆筑溫度,同時對混凝土表面進行保護。做法是:對原材料(水、砂、石)進行加熱,使混凝土在攪拌、運輸和澆灌以后,還儲備有相當(dāng)?shù)臒崃?,以使水泥水化放熱較快,并加強對混凝土的保溫,以保證在溫度降到0 ℃以前使新澆混凝土具有足夠的抗凍能力。此方法,工藝簡單,施工費用低,但要注意混凝土外部保溫,避免角部與外露表面受凍,且要延長養(yǎng)護齡期。

  2.3 外部加熱法

  主要用于氣溫-10 ℃以上,而構(gòu)件并不厚大的工程。通過加熱混凝土構(gòu)件周圍的空氣將熱量傳給混凝土,或直接對混凝土加熱,使混凝土處于正溫條件下能正常硬化。

 ?。?)火爐加熱。一般在較小的工地使用,方法簡單,但澆筑倉面溫度不高,比較干燥,且放出的二氧化碳會使新澆混凝土表面碳化,影響質(zhì)量。

 ?。?)蒸氣加熱。用蒸氣使混凝土在濕熱條件下硬化。此方法,容易控制,加熱溫度均勻。但因其需專門的鍋爐設(shè)備,費用較高。且熱損失較大,勞動條件亦不理想。此方法,多用于預(yù)制混凝土構(gòu)件生產(chǎn)中。

  (3)電加熱。將鋼筋作為電極或?qū)㈦姛崞髻N近混凝土表面,把電能變?yōu)闊崮?,以提高混凝土的溫度。此方法,簡單方便,熱損失較少,易控制,不足之處是電能消耗量大。

 ?。?)紅外線加熱。以高溫電加熱器或氣體紅外線發(fā)生器,對混凝土進行密封輻射加熱。

  2.4 摻加抗凍外加劑法

  在-10 ℃以上的氣溫中,對混凝土拌和物摻加一種能降低水的冰點的化學(xué)劑,使混凝土在負溫下仍處于液相狀態(tài),水化作用能繼續(xù)進行,從而使混凝土強度繼續(xù)增長。目前,常用有氧化鈣、氯化鈉等單抗凍劑及亞硝酸鈉加氯化鈉復(fù)合抗凍劑。一般多用于素混凝土施工中。對含堿活性骨料的混凝土,應(yīng)控制混凝土的總含堿量,并符合相關(guān)規(guī)定。

  上述4 種冬季施工方法都有利有弊,其適用范圍都受一定條件的制約。根據(jù)工程實際情況,常采用一種或兩種以上施工方法。模板和保溫層,應(yīng)在混凝土冷卻到5 ℃后方可拆除。當(dāng)混凝土與外界溫差大于20~25 ℃時,拆模后的混凝土表面應(yīng)臨時覆蓋,使其緩慢冷卻。未冷卻的混凝土有較高的脆性,所以結(jié)構(gòu)在冷卻前不得遭受沖擊荷載或動力荷載的作用。

  3 混凝土的養(yǎng)護

 ?。?)冬季澆筑的混凝土,由正溫轉(zhuǎn)入負溫養(yǎng)護前,混凝土的抗壓強度不應(yīng)低于設(shè)計強度的40%,對于C10 以下的混凝土不得小于5 MPa。

  (2)采用的保溫材料(草袋、麻袋等),應(yīng)保持干燥。

 ?。?)在模板外部保溫時,除基礎(chǔ)可隨澆筑隨保溫外,其他結(jié)構(gòu)必須在設(shè)置保溫材料后方可澆筑混凝土。鋼模表面可先掛草簾、麻袋等保溫材料并扎牢,然后再澆筑混凝土。

  (4)保溫材料不宜直接覆蓋在剛澆筑完畢的混凝土層上,可先覆蓋塑料薄膜,上部再覆蓋草袋、麻袋等保溫材料。保溫材料的鋪設(shè)厚度為:一般情況下0 ℃以上鋪1 層;0 ℃以下鋪2 層或3 層;大體積混凝土澆筑及2 次抹面壓實后應(yīng)立即覆蓋保溫,其保溫層厚度、材質(zhì)應(yīng)根據(jù)計算確定。

 ?。?)拆模后的混凝土也應(yīng)及時覆蓋保溫材料,以防混凝土表面溫度的驟降而產(chǎn)生裂縫。

  以上主要列舉了天津地區(qū)寒冷季節(jié)的混凝土施工方法和養(yǎng)護措施,當(dāng)然冬季混凝土的施工方法不僅限于上述幾種,但均要有針對性且在一定范圍內(nèi)采用,以做到有的放矢,確保施工質(zhì)量。


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