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摘要:我国许多地方寒冷季节比较长,混凝土在冬期施工是不可避免的。冬期混凝土施工是一项存在困难诸多的施工任务,在保证工程的质量前提下,需要从经济、简便、节能等选择合理的冬期混凝土施工措施。本文根据冬期混凝土施工特点,介绍了常用的施工技术方法及质量控制措施。
关键词:混凝土；施工方法；质量控制措施
1混凝土冬期施工的一般原理
1.1在冬期混凝土施工中,水在混凝土内存在的状态是影响混凝土强度增长的关键。新浇混凝土在受冻前要有一段预养期,能够增加混凝土内部水的液相,减少水的固相,从而使水泥有水化作用。混凝土受冻前预养期长短与混凝土强度损失成度成正比,预养期时间长其强度损失就小。
1.2混凝土之所以能凝结、硬化和产生最终强度,是由于混凝土中的水泥水化作用的结果。水泥水化反应快慢和混凝土内部温度有关,当混凝土内部温度升高时,水化作用就加快,强度增长就快;,反之混凝土强度就增长就慢。当混凝土内部温度降低到0℃时,混凝土中的水有一部分开始结冰,水逐渐由液态变为固态,当混凝土中的水(液态)完全变成冰(固态),水泥水化反应就基本停止,此时混凝土强度就不再增长。
1.3水变成冰后,因水分子大范围地以氢键互相联结,形成相当疏松的晶体,造成体积膨胀,密度减小,其体积约增大9%,不但水泥水化作业停止,另外在恢复正温养护以后,混凝土中的冰融化水,会使泥浆体中的产生孔隙率,从而使混凝土的各项物理力学性能全面下降。如当抗压强度约损失50%,其混凝土的抗渗等级就降低为零,混凝土与钢筋之间的粘结力也会大大降低,因此混凝土受冻害进不但强度降强降低,而且混凝土的耐久性将受到严重损害。
1.4如在冬期施工混凝土工程时,只采用增加混凝土中的水泥用量来提高混凝土的强度等级,抗压强度是可以得到相应的增加,但其耐久性的问题仍然还是没有得到解决。所以我们必须从混凝土工程的全部质量出发来解决混凝土在冬期施工中的防冻害问题,即冬期施工中混凝土必须在硬化初期尽早获得强度来抵御冻害的破坏力,其混凝土早期获得的强度,一般称为抗冻临界强度。
1.5受冻临界强度规定如下:
a采用蓄热法等外加热法施工的普通混凝土,当混凝土中使用的水泥为硅酸盐、普通硅酸盐时,其受冻临界强度不应小于设计混凝土强度等级值的30%。当混凝土中使用的水泥为矿渣硅酸盐、粉煤灰硅酸盐、火山灰质硅酸盐、复合硅酸盐时,其受冻临界强度不应小于设计混凝土强度等级值的40%;
b当室外最低气温不低于-15℃时,如果采用综合蓄热法、负温养护法施工的混凝土,其受冻临界强度不应小于4.0MPa;当室外最低气温不低于-30℃时,如果采用负温养护法施工的混凝土,其受冻临界强度不应小于5.0Mpa;
c当强度等级等于或高于C50的混凝土,其受冻临界强度不小于设计混凝土强度等级值的30%;但对于抗渗混凝土的,其受冻临界强度不小于设计混凝土强度等级值的50%,但对于有抗冻耐久性要求的混凝土,如北方地区的水池、水塔等常期与水接触的混凝土,其受冻临界强度不宜小于设计混凝土强度等级值的70%;
2冬期混凝土的施工方法
2.1根据实际情况确定合适的施工方法
在冬期混凝土施工中,就是要解决和处理好如下两个问题:一是如何在合理的投入下选用最短最佳的混凝土养护法;二是如何防止混凝土在受冻临界强度达到前不受冻害。在实际施工中,要根据施工现场条件、气温变化情况、工程施工的结构部位、工期要求等因素,在合理的成本下选择合适的施工方法。总之在保证冬期混凝土施工质量的前提下,还应考虑到工期、造价、节能环保及简便的养护方法等要素。冬期混凝土施工方法大多数采用:蓄热法、综合蓄热法、负温法、综合养护法常见的施工方法,外加热法(火炉、蒸气、暖棚、电及紅外线等)现在多数是作为上述几种养护法的辅助手段。
a蓄热法
当室外最低温度不低于-10℃时,一是地面以下的工程,二是表面系数不大于5m-1的结构,宜采用蓄热法。此方法就是对原材料砂石和水进行加热,以便混凝土在搅拌、运输和浇筑成型后,混凝土内还储备一定的温度,以加快水泥的水化作用,同时也要对混凝土构件的进行保温,保持混凝土内在温度降至0℃以前达到受冻临界强度能力。要点就是尽量提高入模温度对成型后的混凝土加强保温措施。
b综合蓄热法
当室外最低温度不低于-15℃时,表面系数在5m-1～15m-1的结构,宜采用综合蓄热法,围护层散热系数宜控制在50Kj/(m3?h?k)～200Kj/(m3?h?k)之间。此方法就是在蓄热法的基础上在混凝土中掺入早强剂或早强型复合外加剂,并具有减水、引气作用。
c负温法
负温混凝土法特点:只对砂、石、水进行加热,浇筑后可以不进行保温蓄热,只用塑料薄膜进行防风保水即可。目前生产的防冻剂可应用在最低气温-20℃以上的环境下施工(掺有防冻早强剂的硫铝酸盐水泥混凝土可达到-25℃的环境下施工)。此方原理景是采用降低冰的凝结点,使混凝土中的水在负温下仍不结冰处于液态,使水泥水化作用能不断进行,达到混凝土强度逐渐增长目的。因为水中防冻剂浓度高,对结构耐久性生产不利影响,因使此方法对于耐久性要求较高的重要结构要慎用。
d综合养护法
综合法:是同时采用保温和负温法措施进行施工。优点是:与负温混凝土工艺相比,防冻剂掺量可以减少,混凝土强度增长也较快。与各种加热养护工艺相比,可以节约能耗。可根据结构类型、现场等情况合理采用此法,此养护法可分为:a)以蓄热保温为主,辅以防冻剂为辅的综合养护法,b)以掺防冻剂为主,蓄热保温为辅的综合养护法等。
2.2冬期混凝土拌制、运输、浇筑
2.2.1冬期混凝土拌制
a搅拌棚要要进行封闭保温,混凝土原材料加热应优先采用加热水的方法,当加热水仍不能满足要求时,再对骨料进行加热,但骨料不得在钢板上灼炒。水泥应储存在暖棚内,不得直接加热。水和骨料加热的最高温度应符合下表规定:
根据热工计算控制好混凝土拌合物的出机温度,使其入模温度不得低于5℃。
2.2.3冬期混凝土运输、浇筑
a混凝土在浇筑前,应清除模板和钢筋上的冰雪和污垢,装运混凝土的容器应有保温措施。
b为了使搅拌好的混凝土热量损失达到最少,合理选择放置搅拌机的地点,缩短运距,减少装卸次数;如采用混凝土输送泵运输,泵管要进行保温,并应和混凝土同配比水泥砂浆先对泵管进行预热。
c冬期不得在强冻胀性地基上浇筑混凝土,弱冻胀性地基土上浇筑时,浇筑混凝土提前对基土进行保温,以免遭冻。
d大体积混凝土分层浇筑时,已浇筑层的混凝土温度在降至2℃前,赶紧进行上一层混凝土的浇筑。确保下层混凝土不低于2℃,就上一层混凝土覆盖。
3冬期混凝土的施工质量控制措施
3.1做好冬期施工技术文件的编制工作
在混凝土工程进入冬期施工前,根据工程特点、现场条件等及当地的气温情况,特别是混凝土在浇筑后一周的气温变化情况,提前合理地编制好冬期施工方案,作为冬期混凝土施工质量安全的主要的技术文件,并做好施工方案交底。施工方案应包括以下主要内容:施工安排、施工准备(人员、材料、现场及技术)、具体的施工技术方法和混凝土质量控制措施等。
3.2控制好原材料的加热温度
冬期混凝土施工,对原材料的加热是保证混凝土入模成型后的混凝土温度高低关键因素,也是混凝土早期水泥水化反应快慢的重要因素,应根据热工计算要求确定原材料的加热温度,定时进行温度测量,确保原材料的温度达到要求。
3.3控制好混凝土的入模温度
施工中一定要控制好混凝土浇筑入模温度,一般不应低于5℃,施工中要做到随浇筑随进行保温(保湿)蓄热,混凝土不应长时间裸露。如混凝土表面长时间裸露在外时间就容易造成新浇混凝土冷却过快,使混凝土在很短时间内降至冰点温度而影响混凝土水化作用。
3.4做好试块的留置工作
冬期混凝土的试块留置除符合《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204规定的同条件养护试块数量外,再增设不少于两组同条件试块,一组用于检查混凝土受冻临界强度,另一组或一组以上用于检查混凝土拆模强度或用于检查负温转入常温养护28d的混凝土强度等。
3.5加强混凝土的保温、测温工作
冬期混凝土施工的保温、测温工作的管理是保证混凝土质量的重要措施,根据热工计算中要求的混凝土蓄热养护温度,做好覆盖保温覆盖并做好混凝土养护期间内的测温工作。要做到准确掌握混凝土养护期内的温度变化情况,用成熟度法计算估算混凝土早期强度,,保证混凝土在初凝期不受冻。
大体积混凝土养护期间的温度测量还应符合现行《大体积混凝土施工规范》GB50496的相关规定。
混凝土强度达到受冻临界强度才能拆除模板和保温层,但混凝土温度与外界温度差不能大于20℃。对于达到拆模强度而未达到受冻临界强度的混凝土结构,要用保温材料继续进行保温养护。
4结束语
混凝土冬期施工质量控制的关键,就是根据施工方案,做好原材料热工作,控制好混凝土出机、入模温度;做好混凝土养护期间的保温工作,加强测温工作;准备撑握混凝土达到受冻临界强度的时间及拆模时间等。冬期混凝土施工只要合理地做好各项技术准备,施工中认真执行施工方案,是完全可以使冬期混凝土施工达到最佳效果,确保工程质量。
参考文献：
[1]JGJ/T104—2011《建筑工程冬期施工规范》中国建筑工业出版社2011
[2]《建筑施工手册》第五版中国建筑工业出版社2012
[3]江正荣《建筑工程计算手册》2007