孟慶偉

[摘要]論述混凝土冬季施工的一般原理、存在的問題、施工方法、施工措施,重點(diǎn)介紹混凝土冬季施工的施工措施。

[關(guān)鍵詞]混凝土冬季施工 施工措施

中圖分類號:TU7文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1671-7597(2009)0920106-01

我國北方地區(qū),都有較長的寒冷季節(jié),一般3-6個月。由于受工期制約,許多工程的混凝土冬季施工是不可避免的。冬季施工有其特殊性及復(fù)雜性,在這個季節(jié)進(jìn)行施工也是工程質(zhì)量問題出現(xiàn)的多發(fā)季節(jié)。所以采用適當(dāng)?shù)氖┕し椒?避免新澆混凝土早期浸凍,使外露混凝土與冬季氣溫保持較小溫差,是確保工程質(zhì)量,加快工程進(jìn)度,并減少能耗及材料消耗的關(guān)鍵,也會取得像在天暖施工時(shí)的效果。

一、混凝土冬季施工的一般原理

混凝土拌和物澆灌后之所以能逐漸凝結(jié)和硬化,直至獲得最終強(qiáng)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。當(dāng)溫度降低到0攝氏度時(shí),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?水)。這是參與水泥水化作用的水減少了,因此,水化作用減慢,強(qiáng)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(shí),水泥水化作用基本停止,此時(shí)強(qiáng)度就不再增長。

水變成冰后,體積約增大,使混凝土受到不同程度的破壞(即早期受凍破壞)而降低強(qiáng)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(qiáng)度。當(dāng)冰凌溶化后,又會在混凝土內(nèi)部形成各種各樣的空隙,從而降低混凝土的密實(shí)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(qiáng)度增長的關(guān)鍵。

混凝土化凍后(即處在正常溫度條件下)繼續(xù)養(yǎng)護(hù),其強(qiáng)度還會增長,不過增長的幅度大小不一。對于預(yù)養(yǎng)期長,獲得初期強(qiáng)度較高(如達(dá)到R28的35%)的混凝土受凍后,后期強(qiáng)度幾乎沒有損失。而對于安全預(yù)養(yǎng)期短,獲得初期強(qiáng)度比較低的混凝土受凍后,后期強(qiáng)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,以加快水泥的水化作用,是混凝土獲得不遭受凍害的最低強(qiáng)度,一般成立臨界強(qiáng)度,即可達(dá)到預(yù)期效果。

二、混凝土冬季施工存在的問題

1.不采用蓄熱法、不進(jìn)行熱工計(jì)算,僅利用經(jīng)驗(yàn)和水泥自身發(fā)熱來發(fā)展早期強(qiáng)度而遭受凍害。2.抗冬劑摻量不準(zhǔn)造成質(zhì)量事故。造成鋼筋銹蝕,使混凝土假凝式結(jié)構(gòu)報(bào)廢,使后期強(qiáng)度降低。3.外加劑摻量不足的質(zhì)量問題,一些施工人員對抗冬劑摻量與氣溫的關(guān)系不甚清楚,未經(jīng)試驗(yàn)按說明書摻用,保溫措施又未采取,致使在受凍前未達(dá)到抗凍臨界強(qiáng)度,使后期強(qiáng)度損失過大不能達(dá)到設(shè)計(jì)的強(qiáng)度。4.模板支撐不妥出現(xiàn)質(zhì)量問題:地面已受凍,制成在凍土層上,凍脹加重會引起梁板反拱,如上部澆筑后未過到強(qiáng)度,下雨融化解凍表層土?xí)l(fā)生意外事故。5.管理不當(dāng)對水、砂、石料未按規(guī)定加溫,入模溫度低、測溫不及時(shí)無記錄,養(yǎng)護(hù)溫度無要求等。

三、混凝土冬季施工方法

從以上淺析認(rèn)識到,在冬季混凝土施土中,一般要解決和處理好以下幾個問題:一是如何確定混凝土最短最佳的養(yǎng)護(hù)齡期;二是如何防止混凝土早期受凍;三是如何使凍后混凝土的后期強(qiáng)度能達(dá)到設(shè)計(jì)的需要。在實(shí)際施工中,在根據(jù)施工現(xiàn)場氣溫變化、工程結(jié)構(gòu)部位和數(shù)量、工期要求期限、水泥品種、外加劑、保溫材料性能和現(xiàn)場條件、供熱來源等情況,采取合適的施工方法和組織措施。一般情況下,同樣一個工程可以有多種方法和措施來保證工期和質(zhì)量,但最佳方案必須滿足工期短、造價(jià)低且質(zhì)量有保證。只要混凝土在正溫下養(yǎng)護(hù)一定時(shí)間,使混凝土有一段水化時(shí)間,就不怕凍害的影響。

四、混凝土冬季施工措施

1.加強(qiáng)冬施的管理,定期測溫,按冬施規(guī)范規(guī)定增設(shè)試塊組數(shù),與結(jié)構(gòu)同條件養(yǎng)護(hù),一組用以檢驗(yàn)混凝土受凍前強(qiáng)度,另一組用以檢驗(yàn)進(jìn)入常溫養(yǎng)護(hù)28d的實(shí)際強(qiáng)度。

2.受凍前混凝土強(qiáng)度的確定:用蓄熱法養(yǎng)護(hù)的混凝土,留設(shè)測溫孔中有一處在0以下時(shí);對抗凍外加劑或綜合蓄熱法養(yǎng)護(hù)的混凝土,全測孔中有一測溫孔達(dá)到該抗凍劑實(shí)用溫度以下時(shí),此種同條件養(yǎng)護(hù)的混凝土試塊所壓強(qiáng)度,即是受凍前的代表強(qiáng)度。

3.調(diào)整配合比。主要適用于在0攝氏度左右的混凝土施工。具體做法:(1)選擇適當(dāng)品種的水泥是提高混凝土抗凍的重要手段。(2)盡量降低水灰比,稍增水泥用量,從而增加水化熱量,縮短達(dá)到齡期強(qiáng)度的時(shí)間。(3)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,相應(yīng)增加了水泥漿的體積,提高拌和物的流動性,改善其粘聚性及保水性,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(qiáng)外加劑,縮短混凝土的凝結(jié)時(shí)間,提高早期強(qiáng)度。應(yīng)用較普遍的有硫酸鈉(摻用水泥用量的2%)和MSF復(fù)合早強(qiáng)試水劑(摻用水泥用量的5%)。(5)選擇顆粒硬度高和縫隙稍得集料,使其熱膨脹系數(shù)和周圍砂漿膨脹系數(shù)相近。

4.蓄熱法。主要用于氣溫-10攝氏度左右,結(jié)構(gòu)比較厚大的工程。做法是:對原材料(水、砂、石)進(jìn)行加熱,使混凝土在攪拌、運(yùn)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(qiáng)對混凝土的保溫,以保證溫度降到0攝氏度以前使新澆混凝土具有足夠的抗凍能力。此法工藝簡單,施工費(fèi)用不多,但要注意內(nèi)部保溫,避免角部與外露表面受凍,且要延長養(yǎng)護(hù)齡期。

5.外部加熱法。主要用于氣溫-10攝氏度以上,而構(gòu)建并不厚大的工程。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。(1)火爐加熱。一般在較小的工地使用,方法簡單,但室內(nèi)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。(2)蒸氣加熱。用蒸氣使混凝土在濕熱條件下硬化。此法較易控制,加熱溫度均勻。但因其需專門的鍋爐設(shè)備,費(fèi)用較高。且熱損失較大,勞動條件亦不理想。(3)電加熱。將鋼筋作為電極,或?qū)㈦姛崞髻N在混凝土表面,便電能變?yōu)闊崮?以提高混凝土的溫度。此法簡單方便,熱損失較少,易控制,不足之處是電能消耗量大。(4)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(jìn)行密封輻射加熱。(5)防凍法。目前生產(chǎn)的防凍劑可應(yīng)用在-10℃及其以下氣溫中施工。它是采用降低冰點(diǎn),使混凝土中的水在負(fù)溫下仍處于液相狀態(tài),使水化作用能繼續(xù)進(jìn)行,從而改善孔結(jié)構(gòu),達(dá)到強(qiáng)度增長不受影響的目的。防凍法分為早強(qiáng)、負(fù)溫防凍和結(jié)構(gòu)法等,常用防凍劑是亞硝酸鈉,它不但可以降低冰點(diǎn),而且是極好的防銹劑,費(fèi)用低,大小工地皆可使用。(6)綜合法。是同時(shí)采用任意的兩種以上保溫及防凍措施進(jìn)行施工。應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)類型等特點(diǎn),施工隊(duì)伍素哽和當(dāng)?shù)啬茉礌顩r來確定方案,有以蓄熱為主輔以早期防凍的蓄熱綜合法,有以加熱為主輔以防凍,也有以防凍為主輔以蓄熱等。(7)盡量減少。

上述這些冬季施工方法都有利弊,其適用范圍都受一定條件的制約。應(yīng)根據(jù)工地現(xiàn)有條件,采用一種或兩種以上施工方法結(jié)合使用。