水工混凝土冬季施工的技術(shù)研究

施連功 楊 義

（木蘭縣水利規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)隊(duì)，黑龍江 木蘭 151900）

1 混凝土受凍破壞原理

液態(tài)水凍結(jié)后，體積約增大9%，同時(shí)產(chǎn)生2500kg/m2的冰漲應(yīng)力，使砼受到不同程度的早期受凍破壞，以至減弱水泥漿與骨料和鋼筋的粘結(jié)力，從而降低砼強(qiáng)度。此外，冰融化后會(huì)在砼內(nèi)部形成空隙，降低其密實(shí)性和耐久性。因此，新澆砼在凍結(jié)前必須有一段養(yǎng)護(hù)期，采取防凍措施，增加其內(nèi)部液相，減少固相，加速水泥的水化作用，以促進(jìn)砼盡快達(dá)到受凍臨界強(qiáng)度（我國規(guī)定不低于設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)的30%，也不得低于35kg/m2），避免早期受凍破壞。

2 混凝土工程冬季施工技術(shù)

2.1 混凝土攪拌

2.1.1 調(diào)整配合比法

主要適用于在0℃左右環(huán)境下的混凝土施工。具體做法是：①選擇適當(dāng)品種的水泥是提高混凝土抗凍的重要手段。應(yīng)使用早強(qiáng)硅酸鹽水泥。該類水泥水化熱較大，且在早期放出強(qiáng)度最高，一般3天抗壓強(qiáng)度大約相當(dāng)于普通硅水泥7天的強(qiáng)度。②盡量降低水灰比（水灰比<0.6），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(dòng)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，縮短混凝土的混結(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MS-F復(fù)合早強(qiáng)試水劑（摻水泥用量的5%）。⑤選擇顆粒硬度高和縫隙少的集料，使其熱膨脹系數(shù)和周圍砂漿膨脹系數(shù)相近。

2.1.2 蓄熱法

蓄熱法主要適用于環(huán)境溫度0℃左右，結(jié)構(gòu)比較厚大的工程。做法是：對(duì)原材料進(jìn)行保溫、加熱，使混凝土在攪拌、運(yùn)輸和澆灌以后，還儲(chǔ)備有相當(dāng)?shù)臒崃?，一般混凝土入倉溫度應(yīng)大于5℃，以加快水泥水化，同時(shí)做好混凝土的保溫工作，以保證溫度降到0℃以前混凝土具有足夠的抗凍能力。①砂石料儲(chǔ)備保溫：為避免入冬以后砂石料在料場(chǎng)或運(yùn)輸過程中受凍，應(yīng)在入冬前組織砂石料進(jìn)場(chǎng)，進(jìn)場(chǎng)后及時(shí)用草袋以及棉氈或采取其它措施覆蓋，保證砂石料不受凍、溫度在5℃以上，同時(shí)防止冰雪、凍塊進(jìn)入攪拌機(jī)造成混凝土溫度損失。②混凝土拌和料加溫：采用蒸汽對(duì)砂石料和拌和用水加溫，拌和水加熱溫度根據(jù)混凝土拌和物混合溫度和計(jì)算控制但不大于80%，也可以采用深井水（常溫18℃左右）適當(dāng)加熱作為拌和用水；水泥、外加劑在庫房或暖棚內(nèi)保溫，禁止對(duì)其進(jìn)行直接加溫。攪拌站搭設(shè)暖棚擋風(fēng)保溫。③各種混凝土運(yùn)輸車、混凝土輸送泵以及管道在使用前用熱水清洗加溫；保證運(yùn)輸過程順暢，混凝土泵安裝后加保溫采暖棚，管道用土工布或棉氈包裹保溫，使用前后用熱水沖洗干凈，防止混凝土殘料在管道內(nèi)凍結(jié)、影響暢通。

2.1.3 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(duì)混凝土加熱，使混凝土處于正溫條件下能正常硬化。一是火爐加熱。一般在較小的工地使用，方法簡(jiǎn)單，但室內(nèi)溫度不高，比較干燥，且放出的二氧化碳會(huì)使新澆混凝土表面碳化，影響質(zhì)量。二是蒸氣加熱。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(dòng)條件亦不理想。三是電加熱。將鋼筋作為電極，或?qū)㈦姛崞髻N在混凝土表面，便能變?yōu)闊崮?，以提高混凝土的溫度。此法?jiǎn)單方便，熱損失較少，易控制，不足之處是電能消耗量大。四是紅外線加熱。以高溫電加熱器或氣體紅外線發(fā)生器，對(duì)混凝土進(jìn)行密封幅射加熱。

2.1.4 添加防凍劑

添加外加劑方法簡(jiǎn)單，已在冬季施工中廣泛的采用。防凍劑在混凝土中的主要作用如下：①提高早強(qiáng)度。摻入防凍劑后可在規(guī)定的施工環(huán)境溫度下，最大限度的提高早期強(qiáng)度。利用防凍劑中的早強(qiáng)。減少組分使混凝土早期強(qiáng)度盡快提高，當(dāng)混凝土的強(qiáng)度達(dá)到或超過臨界強(qiáng)度后，就不會(huì)發(fā)生凍害。②防止混凝土受凍破壞。防凍劑中的有效組分之一是降低冰點(diǎn)的物質(zhì)。它的主要作用是使混凝土中的水份在盡可能低的溫度下結(jié)冰，防止因水份凍結(jié)而產(chǎn)生的凍脹應(yīng)力破壞混凝土結(jié)構(gòu)。它的另外一個(gè)作用是干擾冰晶的生長，使冰晶的生長發(fā)生變異，從而減少了凍脹應(yīng)力。同時(shí)保持了一部分不結(jié)冰的水分，以保持水化反應(yīng)的進(jìn)行，保證了在負(fù)溫度下混凝土強(qiáng)度的增長。因此，在-10℃以上的氣溫中，對(duì)混凝土拌和物摻加一種能降低水的冰點(diǎn)的化學(xué)劑，使混凝土在負(fù)溫下仍處于液相狀態(tài)，水化作用能繼續(xù)進(jìn)行，從而使混凝土強(qiáng)度繼續(xù)增大。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。

2.2 混凝土的運(yùn)輸和澆筑

①混凝土攪拌場(chǎng)地應(yīng)靠近施工地點(diǎn)，減少材料運(yùn)輸過程中的熱量損失，同時(shí)應(yīng)從形狀、大小、保溫等方面正確選擇運(yùn)輸用的容器。②混凝土澆筑前，應(yīng)清除模板和鋼筋上，特別是新老混凝土(如梁、柱交接處)交接處的冰雪及垃圾。③當(dāng)采用商品混凝土?xí)r，在澆筑前，應(yīng)了解商品混凝土中摻入抗凍劑的性能，并做好相應(yīng)的防凍保暖措施。④分層澆筑的混凝土?xí)r，已澆筑層在未被上一層的混凝土覆蓋前，不應(yīng)低于計(jì)算規(guī)定的溫度，也不得低于2℃。⑤重點(diǎn)工程或上部結(jié)構(gòu)要連續(xù)施工的工程，混凝土應(yīng)采取有效措施，以保證預(yù)期所要達(dá)到的強(qiáng)度。⑥預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件在進(jìn)行孔道和立縫的灌漿前，澆灌部位的混凝土必須經(jīng)預(yù)熱，并采用熱的水泥漿、砂漿或混凝土，澆灌后在正溫下養(yǎng)護(hù)到強(qiáng)度不低于15Mpa。⑦現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)留設(shè)同條件養(yǎng)護(hù)的混凝土試塊作為拆模依據(jù)。

2.3 混凝土的養(yǎng)護(hù)

①冬季澆筑的混凝土由正溫轉(zhuǎn)入負(fù)溫養(yǎng)護(hù)前，混凝土的抗壓強(qiáng)度不應(yīng)低于設(shè)計(jì)強(qiáng)度的40%，對(duì)于C10以下的混凝土不應(yīng)>5Mpa。②采用的保溫材料（草袋、麻袋），應(yīng)保持干燥。③在模板外部保溫時(shí)，除基礎(chǔ)可隨澆筑隨保溫外，其它結(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。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二次抹面壓實(shí)后應(yīng)立即覆蓋保溫，其保溫層厚度，材質(zhì)應(yīng)根據(jù)計(jì)算確定。④拆模后的混凝土也應(yīng)及時(shí)覆蓋保溫材料，以防混凝土表面溫度的驟降而產(chǎn)生裂縫。

綜上所述，根據(jù)工程結(jié)構(gòu)狀況和工地現(xiàn)有條件，選擇最佳的混凝土冬季施工措施，即可用最短的工期，最低的施工費(fèi)用，獲得最優(yōu)良的工程質(zhì)量。

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