混凝土冬季施工

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,重點介紹混凝土冬季施工的施工措施。

[關鍵詞]混凝土冬季施工 施工措施

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

我國北方地區,都有較長的寒冷季節,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雜性,在這個季節進行施工也是工程質量問題出現的多發季節。所以采用適當的施工方法,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,是確保工程質量,加快工程進度,并減少能耗及材料消耗的關鍵,也會取得像在天暖施工時的效果。

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和硬化,直至獲得最終強度,是由于水泥水化作用的結果。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外,主要是隨著溫度的高低而變化。當溫度降低到0攝氏度時,存在于混凝土中的水有一部分開始結冰,逐漸由液相(水)變為固相(水)。這是參與水泥水化作用的水減少了,因此,水化作用減慢,強度增長相應較慢。溫度繼續下降,當存在于混凝土中的水完全變成冰,也就是完全由液相變為固相時,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,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,當水變成冰后,還會在骨料和鋼筋表面上產生顆粒較大的冰凌,減弱水泥漿與骨料和鋼筋的粘結力,從而影響混凝土的抗壓強度。當冰凌溶化后,又會在混凝土內部形成各種各樣的空隙,從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,水的形態變化是影響混凝土強度增長的關鍵。

混凝土化凍后(即處在正常溫度條件下)繼續養護,其強度還會增長,不過增長的幅度大小不一。對于預養期長,獲得初期強度較高(如達到R28的35%)的混凝土受凍后,后期強度幾乎沒有損失。而對于安全預養期短,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,混凝土凍結前,要使其在正常溫度下有一段預養期,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度,一般成立臨界強度,即可達到預期效果。

二、混凝土冬季施工存在的問題

1.不采用蓄熱法、不進行熱工計算,僅利用經驗和水泥自身發熱來發展早期強度而遭受凍害。2.抗冬劑摻量不準造成質量事故。造成鋼筋銹蝕,使混凝土假凝式結構報廢,使后期強度降低。3.外加劑摻量不足的質量問題,一些施工人員對抗冬劑摻量與氣溫的關系不甚清楚,未經試驗按說明書摻用,保溫措施又未采取,致使在受凍前未達到抗凍臨界強度,使后期強度損失過大不能達到設計的強度。4.模板支撐不妥出現質量問題: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度,下雨融化解凍表層土會發生意外事故。5.管理不當對水、砂、石料未按規定加溫,入模溫度低、測溫不及時無記錄,養護溫度無要求等。

三、混凝土冬季施工方法

從以上淺析認識到,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護齡期;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度能達到設計的需要。在實際施工中,在根據施工現場氣溫變化、工程結構部位和數量、工期要求期限、水泥品種、外加劑、保溫材料性能和現場條件、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量,但最佳方案必須滿足工期短、造價低且質量有保證。只要混凝土在正溫下養護一定時間,使混凝土有一段水化時間,就不怕凍害的影響。

四、混凝土冬季施工措施

1.加強冬施的管理,定期測溫,按冬施規范規定增設試塊組數,與結構同條件養護,一組用以檢驗混凝土受凍前強度,另一組用以檢驗進入常溫養護28d的實際強度。

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

3.調整配合比。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,縮短達到齡期強度的時間。(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,緩沖混凝土內水結冰所產生的水壓力,提高混凝土的抗凍性。(4)摻加早強外加劑,縮短混凝土的凝結時間,提高早期強度。應用較普遍的有硫酸鈉(摻用水泥用量的2%)和MSF復合早強試水劑(摻用水泥用量的5%)。(5)選擇顆粒硬度高和縫隙稍得集料,使其熱膨脹系數和周圍砂漿膨脹系數相近。

4.蓄熱法。主要用于氣溫-10攝氏度左右,結構比較厚大的工程。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,還儲備有相當的熱量,以使水泥水化放熱較快,并加強對混凝土的保溫,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,施工費用不多,但要注意內部保溫,避免角部與外露表面受凍,且要延長養護齡期。

5.外部加熱法。主要用于氣溫-10攝氏度以上,而構建并不厚大的工程。通過加熱混凝土構件周圍的空氣,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備,費用較高。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,或將電熱器貼在混凝土表面,便電能變為熱能,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生器,對混凝土進行密封輻射加熱。(5)防凍法。目前生產的防凍劑可應用在-10℃及其以下氣溫中施工。它是采用降低冰點,使混凝土中的水在負溫下仍處于液相狀態,使水化作用能繼續進行,從而改善孔結構,達到強度增長不受影響的目的。防凍法分為早強、負溫防凍和結構法等,常用防凍劑是亞硝酸鈉,它不但可以降低冰點,而且是極好的防銹劑,費用低,大小工地皆可使用。(6)綜合法。是同時采用任意的兩種以上保溫及防凍措施進行施工。應根據結構類型等特點,施工隊伍素哽和當地能源狀況來確定方案,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。應根據工地現有條件,采用一種或兩種以上施工方法結合使用。