冬季施工砼保護層最小厚度

林建軍

寒冷地區進入冬季一些工程仍需繼續施工。在鋼筋砼工程的施工中,遇到配置較粗鋼筋的現澆梁柱時,若按規定摻入防凍劑的砼,在養護一定齡期內沒有達到抗凍臨界強度時,鋼筋砼便進入低于防漿劑所能允許的養護溫度,拆模后便會發現梁柱表面沿鋼筋方向出現寬度大小不等的垂直裂縫。為預防這種裂縫的出現,在鋼筋砼梁柱的冬季施工中,應認真綜合考慮防凍劑品種的選擇、鋼筋保護層厚度的最小值及冬季施工的措施等因素。

一、防凍劑的選擇

防凍液(劑)品種繁多,對防凍劑的選擇應根據試驗來確定摻量,否則將會造成事故。

當北方進入11月份,晝夜平均氣溫在凍結狀態,在這樣的環境中施工,所選用砼防凍劑應考慮其允許的養護溫度與鋼筋溫度相平衡問題。若平衡問題出現溫度梯度時,必然會造成沿鋼筋方向的縱向裂縫。這種裂縫出現的幾率與選用防凍劑的品種及摻量有關,也與砼保護層的厚度相關,如保護層過薄,澆后降溫速度快,所形成的溫度梯度差大,裂縫出現的幾率也大;如保護層加厚,則砼降溫速度慢,所形成的溫差梯度要小,裂縫出現的幾率也小。

二、砼保護層厚度的確定

由于規范的制定需要較長的調研時間,我國地域廣大,一本規范不可能解決所有問題,目前對冬季施工砼保護層厚度的規定尚無明確規定,在具體應用時無章可循,施工及設計人員一般按常的規定執行。

現行的有關鋼筋砼設計和施工的一些標準和規范,對砼保護層厚度的規定,主要是從鋼筋砼耐久性、抗碳化和大氣有害氣體的府蝕等因素等在寒冷情況下鋼筋的安全性而設置的。而較少考慮在寒冷情況下鋼筋與砼之間的溫度差所造成的構件外部沿鋼筋方向保護層開裂的這一現象。因此,設計人員僅按規范所規定的值選用,可以說是正確的,但未考慮到寒冷地氣候特點造成的裂縫。

表1是《砼結構設計規范》對受力筋砼保護層最小厚度的取值規定,其厚度是鋼筋的邊緣計算的,且不應小于受力筋的邊緣計算的,且不應小于受力筋的直徑。

《建筑地基基礎設計規范》規定:當基礎底板受力筋有墊層時,砼保護層的厚度不宜小于35mm,無墊層時不宜小于70mm。上述兩個現行規范保護層厚度的取值,僅考慮砼水化后的正常使用條件,而沒有考慮到在負溫下施工鋼筋砼凍結的應力分布。

三、負溫下砼保護層凍結裂縫出現的情況

為確定冬季施工鋼筋保護層厚度的可靠性,某試驗室采用小試件做了模擬試驗,其保護層厚度從15mm～75mm,采用兩種防凍劑,即早強型和防凍型防凍劑,凍結溫度為-15℃,砼C30級,普通硅酸鹽水泥425#,用量350kg/m3,坍落度50mm。摻5%早強型防凍劑。該防凍劑凍點為-2℃,砼界定溫度為-7℃,在恒-10℃條件下養護,其強度發展緩慢,幾乎停止狀態;在恒-5℃養護時,強度逐漸增長,但速度較慢,抗壓強度在3.5Mpa左右;對不同保護層試塊成型后即放入-15℃凍結,7d后拆模的外觀是:保護層厚度為15mm、30mm和45mm時,保護層有裂縫,而厚度大于55mm以上時不裂。摻9%的防凍型防凍劑。該防凍劑凍點為-4.6℃,負溫砼界定溫度為恒-15℃,在恒-15℃條件下砼強度可以提高,抗壓強度在7.2MPa左右。不同保護層所做試塊成型后,移放-15℃環境養護,7d拆模觀察,其保護層厚度為15mm時開裂,大于30mm時均不開裂。從以上的結果看出,施工中梁柱出現裂縫一般有以下原因:防凍劑的適用品種,砼保護層的厚度選擇和最低凍結溫度與環境溫度相接近,則保護層最小厚度不應小于30mm;若選用防凍型劑的抗凍溫度不能同環境相接近,則保護層厚度不小于60mm。

四、幾點建議

在北方地區冬季施工鋼筋砼,氣溫低于-10℃時應采用早強型防凍劑,低于-15℃時可采用防凍型防凍劑,低于-20℃以上時建議停止施工,以保證結構安全;梁和柱主筋保護層厚度應大于30mm。

外加劑的摻量比例,應通過試驗室試驗提供,不能依說明書的要求配比,同時更注意不要用經驗摻入,防止出現失敗。

在施工現場一旦發現防凍劑選用不當,不應繼續施工,應立即采取措施,保溫防護和加大保護層厚度,把砼的養護溫度控制在防凍劑的界定溫度以上,確保負溫鋼筋砼的施工質量,避免沿筋方向裂縫的出現,使其安全可靠。

(編輯/丹桔)