冬季混凝土施工技術(shù)
我國許多地方有較長的寒冷季節(jié)。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。國內(nèi)外對(duì)混凝土冬季施工理論和方法的探索研究認(rèn)為,當(dāng)環(huán)境溫度降到4℃時(shí),只要采用適當(dāng)?shù)氖┕し椒ǎ苊庑聺不炷猎缙诮?,使外露混凝土與冬季氣溫保持較小溫差,也會(huì)取得像在天暖施工時(shí)的效果。本文介紹了混凝土冬季施工的一般原理和常用的四種施工方法。
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(jié)和硬化,直至獲得最終強(qiáng)度,是由于水泥水化作用的結(jié)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(guān)外,主要是隨著溫度的高低而變化的。當(dāng)溫度升高時(shí),水化作用加快,強(qiáng)度增長也較快;而當(dāng)溫度降低到0℃時(shí),存在于混凝土中的水有一部分開始結(jié)冰,逐漸由液相(水)變?yōu)楣滔啵ㄋ?。這時(shí)參與水泥水化作用的水減少了,因此,水化作用減慢,強(qiáng)度增長相應(yīng)較慢。溫度繼續(xù)下降,當(dāng)存在于混凝土中的水完全變成冰,也就是完全由液相變?yōu)楣滔鄷r(shí),水泥水化作用基本停止,此時(shí)強(qiáng)度就不再增長。
水變成冰后,體積約增大9%,同時(shí)產(chǎn)生約2500千克每平方厘米的冰脹應(yīng)力。這個(gè)應(yīng)力值常常大于水泥石內(nèi)部形成的初期強(qiáng)度值,使混凝土受到不同程度的破壞(即旱期受凍破壞)而降低強(qiáng)度。此外,當(dāng)水變成冰后,還會(huì)在骨料和鋼筋表面上產(chǎn)生顆粒較大的冰凌,減弱水泥漿與骨料和鋼筋的粘結(jié)力,從而影響混凝土的抗壓強(qiáng)度。當(dāng)冰凌融化后,又會(huì)在混凝土內(nèi)部形成各種各樣的空隙,而降低混凝土的密實(shí)性及耐久性。
由此可見,在冬季混凝土施工中,水的形態(tài)變化是影響混凝土強(qiáng)度增長的關(guān)鍵。國內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)水在混凝土中的形態(tài)進(jìn)行大量的試驗(yàn)研究結(jié)果表明,新澆混凝土在凍結(jié)前有一段預(yù)養(yǎng)期,可以增加其內(nèi)部液相,減少固相,加速水泥的水化作用。試驗(yàn)研究還表明,混凝土受凍前預(yù)養(yǎng)期愈長,強(qiáng)度損失愈小。
混凝土化凍后(即處在正常溫度條件下)繼續(xù)養(yǎng)護(hù),其強(qiáng)度還會(huì)增長,不過增長的幅度大小不一。對(duì)于預(yù)養(yǎng)期長,獲得初期強(qiáng)度較高(如達(dá)到R28的35%)的混凝土受凍后,后期強(qiáng)度幾乎沒有損失。而對(duì)于安全預(yù)養(yǎng)期短,獲得初期強(qiáng)度比較低的混凝土受凍后,后期強(qiáng)度都有不同程度的損失。
由此可見,混凝土凍結(jié)前,要使其在正常溫度下有一段預(yù)養(yǎng)期,以加速水泥的水化作用,使混凝土獲得不遭受凍害的最低強(qiáng)度,一般稱臨界強(qiáng)度,即可達(dá)到預(yù)期效果。對(duì)于臨界強(qiáng)度,各國規(guī)定取值不等,我國規(guī)定為不低于設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)的30%,也不得低于35千克每平方厘米。
混凝土冬季施工方法的選擇
從上述分析可以知道,在冬季混凝土施工中,主要解決三個(gè)問題:一是如何確定混凝土最短的養(yǎng)護(hù)齡期,二是如何防止混凝土早期凍害,三是如何保證混凝土后期強(qiáng)度和耐久性滿足要求。在實(shí)際工程中,要根據(jù)施工時(shí)的氣溫情況,工程結(jié)構(gòu)狀況(工程量、結(jié)構(gòu)厚大程度與外露情況),工期緊迫程度,水泥的品種及價(jià)格,早強(qiáng)劑、減少劑、抗凍劑的性能及價(jià)格,保溫材料的性能及價(jià)格,熱源的條件等,來選擇合理的施工方法。一般來說,對(duì)于同一個(gè)工程,可以有若干個(gè)不同的冬季施工方案。一個(gè)理想的方案,應(yīng)當(dāng)用最短的工期、最低的施工費(fèi)用,來獲得最優(yōu)良的工程質(zhì)量,也就是工期、費(fèi)用、質(zhì)量最佳化。目前,基本上采用以下4種方法。
調(diào)整配合比方法
主要適用于在0℃左右的混凝土施工。具體做法:①選擇適當(dāng)品種的水泥是提高混凝土抗凍的重要手段。試驗(yàn)結(jié)果表明,應(yīng)使用早強(qiáng)硅酸鹽水泥。該水泥水化熱較大,且在早期放出強(qiáng)度最高,一般3天抗壓強(qiáng)度大約相當(dāng)于普通硅水泥7天的強(qiáng)度,效果較明顯。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(dá)到齡期強(qiáng)度的時(shí)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(yīng)增加了水泥漿的體積,提高拌和物的流動(dòng)性,改善其粘聚性及保水性,緩沖混凝土內(nèi)水結(jié)冰所產(chǎn)生的水壓力,提高混凝土的抗凍性。④摻加早強(qiáng)外加劑,縮短混凝土的凝結(jié)時(shí)間,提高早期強(qiáng)度。應(yīng)用較普遍的有硫酸鈉(摻用水泥用量的2%)和MS—F復(fù)合早強(qiáng)試水劑(摻水泥用量的5%)。⑤選擇顆粒硬度高和縫隙少的集料,使其熱膨脹系數(shù)和周圍砂漿膨脹系數(shù)相近。
蓄熱法
主要用于氣溫—10℃左右,結(jié)構(gòu)比較厚大的工程。做法是:對(duì)原材料(水、砂、石)進(jìn)行加熱,使混凝土在攪拌、運(yùn)輸和澆灌以后,還儲(chǔ)備有相當(dāng)?shù)臒崃?,以使水泥水化放熱較快,并加強(qiáng)對(duì)混凝土的保溫,以保證在溫度降到0℃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(fèi)用不多,但要注意內(nèi)部保溫,避免角部與外露表面受凍,且要延長養(yǎng)護(hù)齡期。
外部加熱法
主要用于氣溫—10℃以上,而構(gòu)件并不厚大的工程。通過加熱混凝土構(gòu)件周圍的空氣,將熱量傳給混凝土,或直接對(duì)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(nèi)溫度不高,比較干燥,且放出的二氧化碳會(huì)使新澆混凝土表面碳化,影響質(zhì)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(shè)備,費(fèi)用較高。且熱損失較大,勞動(dòng)條件亦不理想。③電加熱。將鋼筋作為電極,或?qū)㈦姛崞髻N在混凝土表面,便電能變?yōu)闊崮埽蕴岣呋炷恋臏囟?。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(fā)生器,對(duì)混凝土進(jìn)行密封幅射加熱。
抗凍外加劑
在—10℃以上的氣溫中,對(duì)混凝土拌和物摻加一種能降低水的冰點(diǎn)的化學(xué)劑,使混凝土在負(fù)溫下仍處于液相狀態(tài),水化作用能繼續(xù)進(jìn)行,從而使混凝土強(qiáng)度繼續(xù)增長。目前常用有氧化鈣、氯化鈉等單抗凍劑及亞硝酸鈉加氯化鈉復(fù)合抗凍劑。
上述4種冬季施工方法都有利有弊,其適用范圍都受一定條件的制約。應(yīng)根據(jù)工地現(xiàn)有條件,采用一種或兩種以上施工方法結(jié)合作用。
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