冬季混凝土施工方法研究

冬季混凝土施工方法研究【摘要】在我国北部及西北地区冬季气温寒冷，由于工期的原因，冬季混凝土施工在所难免。文章就冬季混凝土施工的特点、负温对混凝土的影响以及冬季混凝土施工的常用方法进行探讨。【关键词】冬季施工；混凝土；温度；1.冬季混凝土施工特点(1)水和温度会影响水泥的水化作用，而水化作用又会影响到混凝土强度的增长。当冬季温度低时，水的活性减弱，水泥的水化速度降低。特别是当温度降至0℃以下时，混凝土中的水结成冰，水泥的水化作用停止，混凝土强度停止增长。因此，如何形成水泥水化作用的环境是混凝土冬季施工的关键环节。(2)混凝土在5℃的温度下养护28天，其强度增长仅能达到标准养护28天的60％左右。当温度下降到0℃以下时，混凝土中的水分开始结冰，其体积膨胀约为9％，同时还会在骨料和钢筋表面产生颗粒较大的冰凌，减弱水泥浆与骨料和钢筋的黏结力，从而降低了混凝土的强度。因此，在冬季的混凝土施工中，既要较快地增长混凝土强度，也要让混凝土在受冻前尽快达到其抗冻害的临界强度。(3)为了给冬季混凝土施工创造一个正温养护环境，常常采用材料预热、保温、养护期间加热等措施，这些措施使得施工技术更加复杂，费用也更加高昂，而且对能源供给的要求也较高。冬季混凝土施工成本增加幅度为32％～50％。(4)冬季是混凝土工程质量事故的多发季节，但是冬季浇注的混凝土一般在春融期或者后期才显现质量问题。由于事故多发生较晚，所以处理难度较大，因此必须要有效地提高冬季混凝土施工的可靠性。(5)我国气候属于大陆气候，冬季有寒流袭击，气温变化频繁，需要注意防护。另外，由于风速较大，还需要注意防风，避免混凝土养护期间失水。2.负温对混凝土的影响2.1混凝土拌合水的冻结和相变水冻结成冰的过程是一个放热的过程，冰融化成水则是一个吸热的过程。在0℃时1千克水冻结成冰放出热量为33万焦耳，在0℃时1千克冰融化成水将吸收33万焦耳的热量。在新拌水泥浆体中，水存在于水泥颗粒之间，如果没有加入任何外加剂，绝大部分的拌合水在一3℃以前冻结。常压下纯水的冰点是O℃，而水泥浆的冰点总是低于纯水的冰点，因而水泥浆的冰点会低于O℃。另外，还有一些拌合水，渗入到水泥颗粒的毛细孔隙中，由于毛细管的作用，只有外界温度更低时，才能让这部分水结成冰。因此在一40℃以上的温度条件下，水泥浆中的拌合水不可能全部结成冰。在水泥浆中加入防冻物质后，只要温度不低于该物质的最低共熔点，拌合水中总有一部分水能够保持液相。在硬化水泥浆体中，除了与水泥发生化学反应成为水化产物的那部分之外，其余的拌合水主要是游离水，它存在于凝胶体之间的毛细孔隙中。它们的冰点与孔隙的大小有关，孔隙越小，孔隙中游离水的冰点越低。随着水化程度的提高，水泥浆中的游离水减小，毛细孔径变小。因此在硬化水泥浆体中的含冰率，将随着水化程度的提高而减小。2.2负温对硬化混凝土的影响2.2.1早期受冻混凝土早期受冻害是指混凝土浇筑后，在养护硬化期间受冻，它能损害混凝土的一系列性能。这种冻害导致混凝土的一系列物理、力学性能降低，影响工程质量。而且这种情况在冬季混凝土施工中极为常见，成为冬季混凝土施工面临的主要危险。混凝土在硬化初期，内部的水饱和度较高，此时受冻将会对混凝土的质量造成伤害。当混凝土经过适当养护，水饱和度减少到一定程度之后，就具有了足够的抗冻能力，冰冻不会对混凝土产生不良的影响。如果混凝土没有经过适当的养护，当遭受早期冰冻时，其强度会有很大的损失，甚至可达到50％的损失。可见，若混凝土在浇筑后，在其受冻之前一定要有一段预养期，达到一定的早期强度而可以抵抗冻害，这个早期强度就是混凝土早期受冻临界强度。混凝土在浇筑后，获得早期抗冻能力之前，没有掺入防冻剂的，不得冷却到O℃以下，掺有防冻剂的，不能冷却到所掺防冻剂的规定温度以下。只有满足以上要求，混凝土才不致于发生冻害。2.2.2后期受冻如果混凝土已经充分硬化，那么其受冻一次往往不会产生明显的影响，只有在反复冻融后混凝土才开始被破坏。对于已经充分硬化的混凝土，水泥浆体的渗透性和游离水含量决定了其抵抗反复冻融的能力。如果混凝土内部的孔隙率比较大，粗大的毛细孔较多，毛细孔间互相连通，就容易为较多的水所充填，受冻损坏的危险性就较大。要改善混凝土抵抗冻融的能力，就必须要提高混凝土的密实度和降低渗透性，用较高的水泥用量和较小的水灰比，可以达到上述要求。因为毛细管中间是空的，能够为水提供自由空间。所以比较干燥的混凝土不容易受冻害，游离水的饱和程度低于85％的混凝土，对冻结不敏感。在混凝土中加人引气剂，可以改善混凝土抵抗反复冻融的性能。通过搅拌，把无数的小空气泡引入混凝土中。当混凝土硬化以后，这些互不连通的气泡可以容纳由于水压作用而挤压过来的水分，起蓄水池的作用，减少内部的静水压力，从而减轻或者避免混凝土的冻害。综上所述，对于已经充分硬化的混凝土，冻害乃是一种力学行为。提高混凝土的密实度，掺人适量的引气剂和保持干燥可以避免冻害。3.冬季混凝土施工的具体工艺方法一般来说，对于同一个工程，可以有若干个不同的冬季施工方案。一个理想的方案，应当用最短的工期、最低的施工费用，来获得最优良的工程质量，也就是工期、费用、质量最佳化。目前，基本上采用以下几种方法：3.1调整配合比方法3.1.1硅酸盐早强混凝土1)工艺特点(1)选择适当品种的水泥是提高混凝土抗冻的重要手段。早强硅酸盐水泥，该水泥水化热较大，且在早期放出强度最高，一般3d抗压强度大约相当于普通硅水泥7d的强度，效果较明显。(2)尽量降低水灰比，稍增水泥用量，从而增加水化热量，缩短达到龄期强度的时间。(3)掺用引气剂。在保持混凝土配合比不变的情况下，加入引气剂后生成的气泡，相应增加了水泥浆的体积，提高拌和物的流动性，改善其粘聚性及保水性，缓冲混凝土内水结冰所产生的水压力，提高混凝土的抗冻性。(4)掺加早强外加剂，缩短混凝土的凝结时间，提高早期强度。应用较普遍的有硫酸钠(掺用水泥用量的2％)和MS．F复合早强试水剂(掺水泥用量的5％)。(5)选择颗粒硬度高和缝隙少的骨料，使其热膨胀系数和周围砂浆膨胀系数相近。2）适用范围主要适用于在O℃左右的混凝土施工。浇注以后使用保温隔热材料做构件表面的防护。3.1.2硫铝酸盐早强混凝土1)工艺特点硫铝酸盐早强水泥是以石灰石矾土和二水石膏为主要原料，经过煅烧所得无水硫铝酸钙和p型硅酸二钙为主要成分的熟料，加入适量石膏，磨细制成的一种水泥。其特点是：水化速度快，早期强度高，低温性能好，干燥收缩小，在潮湿环境中具有微膨胀性，早期液相强度较低，钢筋有轻微锈蚀，耐热性能较差。硫铝酸盐早强水泥拌制的混凝土，在常温条件下3d的抗压强度即可达到30MPa。在负温条件下施工时，通过将拌合水加热，使混凝土具有一定的入模温度，浇筑后覆盖保温，必要时可以适当加热，使浇注初期保持正温养护，在拌和物中加入适当外加剂，在短期内可以获得较高的强度。2)适用范围在常温下施工可以用于抢修抢建和接缝堵漏工程。在冬季施工中可以应于+5～-15℃的气温下，应用于混凝土或者钢筋混凝土工程。由于钙矾石在高温下转化为单硫型硫铝酸钙，所以硫铝酸盐水泥不能用于使用温度高于100℃的部位和具有防火要求的部位。对于抗冻融要求较高的工程，应首先做系统试验后再使用。在冬季施工中也不使用于大体积的混凝土工程。3)外加剂的选择在常温下施工，为增加流动度和延长凝结时间，可以掺入减水剂，常用品种和掺量(占水泥重)为(分别使用)：三聚氰酰胺(SM)O．4％糖蜜减水剂O．2％木质素磺酸钙0．25％在常温下施工的钢筋混凝土结构，为了避免钢筋锈蚀，可以掺入占水泥重为0．5‰～l％的亚硝酸钠阻锈。在负温下施工时，为使混凝土加速加速硬化，在混凝土中也适宜掺入亚硝酸钠。4)施工方法(1)选择硫铝酸盐早强水泥，可以采用热水拌和，水温不超过50℃，混凝土拌合物温度宜为5～15℃。水泥不得直接加热或者直接与30℃以上热水接触。拌合物塌落度比普通混凝土增l～2cm。(2)采用机械搅拌时，混凝土出罐时应注意搅拌桶内的拌合物倒净，每隔0．5～1h刷罐一次，以免残留物积累后造成“铸罐’’现象。(3)拌合物应该在30min内浇注完毕。混凝土入模温度不应该低于2℃。当拌合物失去流动性以后不得加水二次搅拌。(4)浇注完毕后应该在混凝土表面覆盖一层塑料薄膜防止失水，并应根据气温情况适当保温。(5)环境气温为零下时，应使混凝土在养护初期的12～24h内保持正温，以保证强度的增长。梁柱接头除保温外，还应在浇筑前进行预热，以减少热损失。(6)硫铝酸盐水泥混凝土施工时，养护温度不得高于30℃。硫铝酸盐水泥应加强保管，不得与其他品种水泥混合使用。3.2蓄热法1、工艺特点做法是：对原材料(水、砂、石)进行加热，使混凝土在搅拌、运输和浇灌以后，还储备有相当的热量，以使水泥水化放热较快，并加强对混凝土的保温，以保证在温度降到O℃以前使新浇混凝土具有足够的抗冻能力。此法工艺简单，施工费用不多，但要注意内部保温，避免角部与外露表面受冻，且要延长养护龄期。蓄热法具有经济简便节能等优点，混凝土在较低的温度下硬化，其最终强度损失少，耐久性能较高，可以获得较优质量的制品。但使用蓄热法施工强度增长较慢，因此易于选用强度较高水化热较大的硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥或快硬硅酸盐水泥，同时选用导热系数小廉价耐用的保温材料。保温层敷设后要特别注意防潮和防止透风，对于构件的边棱段部和凸角要特别加强保温，新浇筑混凝土和已经硬化的混凝土连接处为了避免热传导损失，必要时应采取局部加热措施。2、适用范围主要用于气温-10℃～-6℃左右、结构比较厚大的工程。当大气温度不太低或者结构表面系数较小时，应该优先选用蓄热法施工。蓄热法施工的适用范围见表2。表2-蓄热法的适用范围室外平均气温℃结构表面系数5～7.57.5～1010～12.512.5～150蓄热法蓄热法蓄热法蓄热法-2蓄热法蓄热法蓄热法综合蓄热法-5蓄热法蓄热法综合蓄热法综合蓄热法-8蓄热法综合蓄热法综合蓄热法综合蓄热法-10综合蓄热法综合蓄热法综合蓄热法综合蓄热法3.3外部加热法1、工艺特点通过加热混凝土构件周围的空气，将热量传给混凝土，或直接对混凝土加热，使混凝土处于正温条件下能正常硬化。1)火炉加热。一般在较小的工地使用，方法简单，但室内温度不高，比较干燥，且放出的二氧化碳会使新浇混凝土表面碳化，影响质量。应注意排烟系统的畅通，以免造成一氧化碳致使施工人员中毒事故的发生。2)蒸汽加热。混凝土的蒸汽加热分为两种情况，一是让蒸汽与混凝土直接接触，利用蒸汽的湿热作用来养护混凝土，二是将蒸汽作为热载体，通过某种形式的散热器使热量传导给混凝土，使混凝土升温。前者有蒸汽室和蒸汽套法以及内部通气法，而毛管法和热模则属于后者。蒸汽养护法的优点是：蒸汽含热量高，湿度大，成本较低。缺点是：温度湿度难以保持均匀稳定，热能利用率较低，现场管道较多，容易发生冷凝现象和冰冻灾害。3)电加热。一般可以分为电热毯加热法、工频涡流加热法和线圈感应加热法三类。电热毯加热法是以电热毯作为加热元件，使用于以钢模板浇注的构件。电热毯由四层玻璃纤维布中间夹以电阻丝制成。对于大模板建筑墙体加热，由于墙体的底部顶部和外墙连接处散热较多，这些部位的电热毯双向密布，中间部位可以较疏或者两面交错布置。在混凝土浇注之前先通电将模板预热，浇注过程预留测温孔，浇注后定期测温并做记录，养护过程中根据混凝土温度变化确定是否继续供电。工频涡流加热法在钢模板的外侧铺设钢管，钢管与顶面紧贴并且焊牢，管内穿以导线，当导线中有电流通过时，在管壁上产生热效应，通过钢模板将热量传给混凝土，使混凝土升温。为了减少热损失，降低能耗，在模板面应使用毛毡、矿棉板或聚氨酯泡沫塑料等材料保温。线圈感应加热法是用绝缘电缆缠绕在梁、柱构件的表面以形成线圈，通电后使钢模板、钢筋或者构件内所含的型钢发热升温并加热混凝土。优点是易于控制，加热均匀。只要线圈设置得当，可使混凝土内部温差控制在5℃以内，浇注前还可以对模板和钢筋进行预热。适用于以钢模板浇注的或含有劲性骨架的梁、柱构件的加热养护，也可作为措施不当造成构件临受冻危险