冬季砼施工控制培训讲义

冬季砼施工控制培训讲义主讲人：田振华二〇一四年十二月2目录冬季砼施工原理一冬季砼施工方法三冬季砼拌和生产四冬季砼运输五砼浇筑前的准备六冬季砼施工措施二冬季砼浇筑与养护七3目录冬季砼拆模八质量控制与检查九4冬季砼施工定义：顾名思义，就是在冬季进行砼施工。界定条件：当室外日平均气温连续5d稳定低于5℃时，就应采取冬期施工的技术措施进行混凝土施工（这是冬季砼施工规程中的提法，另水工中还有连续5d最低气温低于-3℃的界定）。导流明渠砼工程设计技术要求A版（以下简称设计要求全部指导流明渠砼工程）明确提出每年11月初～翌年3月上旬，日平均气温低于5℃，混凝土即进行低温季节（冬季）施工。冬季施工原理：众所周知，混凝土所以能凝结、硬化并取得强度，是水泥和水进行水化作用的结果。水化作用的速度在一定湿度条件下主要取决于温度，温度愈高，强度增长也愈快，反之则慢。冬季砼施工的原理5当温度降至0℃以下时，水化作用基本停止，温度再继续降至-2～-4℃，混凝土内的水开始结冰，水结冰后体积增大8%～9%，在混凝土内部产生冰晶应力，使强度很低的水泥石结构内部产生微裂纹，同时减弱了水泥与砂石和钢筋之间的粘结力，从而使混凝土后期强度降低。受冻的混凝土在解冻后，其强度虽然能继续增长，但已不能再达到原设计的强度等级。砼受冻危害：试验证明，混凝土遭受冻结带来的危害，与遭冻的时间早晚、水灰比等有关，遭冻时间愈早，水灰比愈大，则强度损失愈多，反之则损失少。冬季砼施工的原理6砼受冻临界强度：砼在正温养护下获得一定强度后再受冻，砼结构不致造成破坏，后期强度能继续增长，最终强度可达28d龄期强度的95%以上，这种受冻以前所应具有的强度为“砼受冻临界强度”。判定标准：（1）大体积砼不应低于7.0Mpa（或成熟度不低于1800℃·h）。（2）非大体积砼和钢筋砼不应低于设计强度的85%。我国《大体积混凝土施工规范》（GB50496-2009）里规定：混凝土结构物实体最小几何尺寸不小于1m的大体量混凝土，或预计会因混凝土中胶凝材料水化引起的温度变化和收缩而导致有害裂缝产生的混凝土，称之为大体积混凝土。冬季砼施工的原理7北方常用标准：用表面积系数M划分，现在一般在工业和民用建筑中，以M＜5来划分大体积砼。M=A÷V。其中A——砼构件的冷却表面积，m2；V——砼构件的体积，m3。成熟度：实践证明，砼在低温养护的条件下，其强度为养护龄期与养护温度乘积的函数。乘积相等，其强度大致相等。这个乘积称为混凝土成熟度。泊格施特根据绍尔理论建立的函数式：N=∑（T+10）aT，因误差较大，后有修正公式：N=∑（T+X）aT。N为砼成熟度，℃·h；T为养护时砼的平均温度，℃；aT为温度为T的持续时间。国内有拟合曲线方程：f=ae-b/D（略）冬季砼施工的原理8冬季砼施工的原理举例说明：如导流明渠设计砼强度为C25，适用判定标准（2）钢筋混凝土，则受冻临界强度为25×85%=21.25MPa。工民建常用标准：对用普通硅酸盐水泥和硅酸盐水泥配制的混凝土，受冻临界强度为设计的混凝土强度标准值的30%；对用矿渣硅酸盐水泥配制的混凝土，受冻临界强度定为设计的混凝土强度标准值的40%。但不大于C10的砼，不得低于5N/mm2。强度增长：从混凝土强度增长来看，新拌制的混凝土在5℃以下正温环境中养护，其强度增长很慢。故一般来讲日平均气温5℃以下则就是进入冬季砼施工原理（回到开始，核心就是温度）。9冬季砼施工的措施冬季砼施工设计及措施设计的具体内容（至少包含）：（1）正确布置骨料储存及堆放系统，如堆料场型式、温度、湿度控制、骨料运输方式、以及相应的保温措施等。（2）选择骨料预热方法，确定骨料预热数量和预热温度。（3）选择砼拌和系统和运输设备的保温措施。（4）确定砼浇筑块体尺寸（面积和高度）与块体升高速度。（5）研究确定砼浇筑施工暖棚型式、仓面温度要求、砼浇筑与养护方法，以及地基表面的加温措施，并应有防火措施。（6）选择保温模板型式和拆模后的保温防裂措施。（7）准备测温仪器、采暖温度与供热系统的布置，选择供热锅炉设备10冬季砼施工的措施（8）确定采暖方式、采暖温度与供热系统的布置，选择供热锅炉设备。（9）编制各项保温材料、燃料、施工设备、劳动力计划。（10）编制施工进度计划，核算低温季节施工增加费。下图为某水电工程砼低温季节施工供热系统工艺示意图：1112冬季砼施工方法冬季砼施工方法：分为三种，①混凝土养护期间不加热的方法。②混凝土养护期间加热的方法。③综合法（综合前两种）。混凝土养护期间不加热的方法：蓄热法（水工）、掺化学外加剂法。混凝土养护期间加热的方法：电极加热法、电器加热法、感应加热法、蒸汽加热法、暖棚法。综合法：将上述两种方法综合应用，目前最常用的是综合蓄热法，即在蓄热法的基础上掺加外加剂（如早强剂、防冻剂）或进行短时加热的综合措施。水工大体砼主要采用蓄热法、综合蓄热法施工。13冬季砼施工方法蓄热法定义：就是利用加热原材料（水泥除外）或砼（预拌砼）及水泥水化热，再用适当的保温材料覆盖，防止热量过快散失，延缓砼的冷却速度，使砼在正温的条件下，增长强度，达到预定值，使其不小于砼的受冻临界强度。宜用条件：仓面的气温≥-15℃。仓面气温：指距仓面中心点砼表面高度1.5m处的大气温度。砼冬季施工方法选择考虑因素：⑴自然气温；⑵结构类型和特点；⑶原材料；⑷工期限制；⑸能源情况、经济情况。砼冬季施工方法确定：一个理想的冬季砼施工方案，应当是在杜绝砼早期受冻的前提下，用最低的冬季施工费用，在最短的施工期限内，获得优良的施工质量。14冬季砼施工方法施工成本：实践证明，当室外日平均气温低于-10℃时，施工费用比常温施工时增加50%以上，同时由于施工设备、建筑材料、施工各环节出现问题的机率成倍增加，使施工效率仅为常温施工的40%左右，而且工程质量较难控制，因此除工程特殊需要外，不宜在低负温条件下进行砼根据工期安排导流明渠砼是需要在冬季施工的，包括加查水电站将来的大坝、厂房也是需要的。15冬季砼拌和生产保温采暖温度要求：冬季砼拌和与浇筑仓面各部位，一般来讲都是要求处于正温状态。原材料加热方法与热工计算：水的比热容(SpecificheatCapacity)比砂石大，且加热水比较简单，故先考虑加热水，如果加热水温到极限温度，而热量尚嫌不足，才考虑加热砂石骨料。砼拌合物的温度公式：T0=[0.9(mceTce+msaTsa+mgTg)+4.2Tw(mw-wgmg)+C1(wsamsaTsa+wgmgTg)-C2(wsamsa+wgmg)]÷[4.2mw+0.9(mce+msa+mg)]16冬季砼拌和生产上式中：T0—砼拌合物的温度（℃）mw、mce、msa、mg—水、水泥、砂、石的用量（Kg）Tw、Tce、Tsa、Tg—水、水泥、砂、石的温度（℃）wsa、wg—砂、石的含水率（%）C1、C2—水的比热容（kJ/(kgk)）及溶解热(kJ/kg)砼冬季施工方法选择考虑因素：水及骨料的加热温度应根据热功计算确定，但不得超过下表中的规定：17冬季砼拌和生产拌和水及骨料最高温度水泥绝不允许加热（目前一些规范相对论），水工叙述水泥不得直接加热（也是强制性）。设计要求宜采用中热P.MH42.5水泥，普硅需温控复核。无论何种水泥，进入拌和楼的温度不应高于60℃。砼拌和一般要求：（1）拌和砼前，应用热水或蒸汽冲洗拌和机，并将积水或冰水排除，使拌和机体处于正温状态。拌和时间需比常温季节延长，具体由试验确定，一般延长20%—25%。项目拌和水骨料低于52.5等级的水泥、矿渣硅酸盐水泥80℃60℃大于等于52.5等级的硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥60℃40℃18冬季砼拌和生产（2）提高出机口温度：首先考虑用热水拌和（在一般情况下，拌和用水温度每提高5℃，砼约升温1℃），当热水拌和尚不能满足要求，再加热砂石骨料。设计要求：11月-3月上旬（冬季），出机口温度要≥10℃。出机口温度：在拌和楼出料口取样测得的砼表面以下10cm处的砼温度。主要取决于各种组成材料拌和前的温度，应满足规范规定的最低浇筑温度与混凝土运输、装卸、浇筑、振捣过程中温度损失之和。（3）用热水拌和，水温一般不宜超过60℃，超过60℃时，应改变拌和加料顺序，将骨料与水先拌和，然后加入水泥拌和，以免水泥假凝。19冬季砼拌和生产一般顺序：搅拌时，宜先向搅拌机投入细骨料、水泥、矿物掺和料，搅拌均匀后，再加入所需用水量（外加剂一般加入水中），待砂浆充分搅拌后再投入粗骨料，并继续搅拌至均匀为止。上述每一阶段的搅拌时间不少于30s，总搅拌时间不宜少于2min，也不宜超过3min。（4）骨料最高温度不宜超过60℃。若可以采用不加热的骨料时，则骨料中绝不能混有冰雪，且表面不能结冰。（5）外加剂溶液不能直接用蒸汽加热。骨料存放设计要求：冬季采取保温措施，骨料料堆高度要大于6m,地笼取料，使得粗骨料低温季节不冻结、料堆中下部骨料温度不低于3℃。细骨料在低温季节也要采取保温措施。20冬季砼运输一般要求：冬季运输砼要注意几点：（1）尽量减少倒运次数（2）装载砼的设备，应加以保温，并有可靠的防风措施；（3）在工作停顿或结束时，必须立即用蒸汽或热水将运输设备及砼拌和机洗净，当恢复运输时应先给运输设备加热。运输设备保温：（1）砼罐保温：当日平均气温低于-15℃时，砼罐需要保温。加查水电站根据多年气象资料，日平均气温没有低于-15℃。（2）自卸车保温：低温季节运送砼的大中型自卸车（装砼3m3以上）应加以保温。当温度比较低和运输距离较远时可以利用汽车废气进行保温，在车厢底板上加2mm厚钢板，形成约5cm高的空腔，通入废气加热，其温度可达130-135℃。为保证安全，应使车厢底的废气出口截面面积比入口管子截面大4-5倍。21冬季砼运输（3）胶带输送机运输保温：①胶带输送机必须布置在保温棚或保温廊道内。②保温棚窗户玻璃要完整无缺，廊道外壁要用防风和保温材料组成，最好采用砖墙。③胶带输送机停止运输时要及时用刮板刮去残余的砼。④当日平均气温低于0时，廊道内应预先采暖。廊道内蒸汽采暖管宜安在胶带输送机下方，如使用红外线等电热器宜安放在胶带输送机上方。（4）砼泵运输砼时的保温：①砼泵及其附属设备冲洗装置应安装在采暖保温棚内。②在不低于-5℃的日平均气温下，砼泵生产能力大于20m3/h时，运送砼的管道覆盖一层草帘即可。日平均气温低于-5℃时，需要进行保温。例如使用聚苯乙烯泡沫塑料套管外包油毡等保温材料。③清除管道中的残余砼，一般用热水冲洗，也可用风力吹除。冬季砼运输砼运输过程中的温度损失：冬季的砼在运输过程中有温度损失，温度的降低值和装载砼容器、运输时间、外界气温和运输的砼温度差、外界的气象条件等因素有关。有经验公式：Tu=a(T0-Ta)t式中Tu——砼运输过程中的温度损失，℃；T0——砼开始运输时的温度，℃；Ta——外界气温，℃；a——容器系数；t——运输时间，h。根据我国水电工程经验，装载容器系数a可按下列情况选用：采用吊罐时，水平及垂直运输为0.13；敞口容器，包括自卸车和胶带机为0.2。23冬季砼运输设计要求：低温季节砼出机后，从出机口到仓面，入仓温度回落一般控制在1℃以内。入仓温度：砼下料后平仓前在距离砼表面以下10cm处的砼温度。（控制要点）可以思考下：导流明渠砼入仓温度控制应是多少度？10-1=924砼浇筑前的准备基岩与砼表层加热：在严寒条件下基岩或老砼表面温度通常都呈负温，在这些部位浇砼时，一般将基岩和老砼加温至正温（加温深度不小于10cm）或以浇筑仓面边角表面温度达到正温为标准以防施工缝早期受冻。设计要求：砼在浇筑前应检测表面温度，如为负温必须加热至正温，并且深度不小于10cm。检测方法：预埋温度计，预留10cm孔洞,或钻（凿）入10cm量测。加热方法：常用热水或蒸汽加热仓面，如三门峡是采用此方法，并且加热至+5℃；或者采用暖棚内施工方法，使仓面以下10cm深加热至正温。25砼浇筑前的准备基岩与砼面清基：在一般可以在白班和前半夜清基，如有结冰可用蒸汽或热风枪冲洗，当日平均气温低于5℃时，清基一般应在暖棚内进行。如不设