孟庆伟

[摘要]论述混凝土冬季施工的一般原理、存在的问题、施工方法、施工措施,重点介绍混凝土冬季施工的施工措施。

[关键词]混凝土冬季施工 施工措施

中图分类号:TU7文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)0920106-01

我国北方地区,都有较长的寒冷季节,一般3-6个月。由于受工期制约,许多工程的混凝土冬季施工是不可避免的。冬季施工有其特殊性及复杂性,在这个季节进行施工也是工程质量问题出现的多发季节。所以采用适当的施工方法,避免新浇混凝土早期浸冻,使外露混凝土与冬季气温保持较小温差,是确保工程质量,加快工程进度,并减少能耗及材料消耗的关键,也会取得像在天暖施工时的效果。

一、混凝土冬季施工的一般原理

混凝土拌和物浇灌后之所以能逐渐凝结和硬化,直至获得最终强度,是由于水泥水化作用的结果。而水泥水化作用的速度除与混凝土本身组成材料和配合比有关外,主要是随着温度的高低而变化。当温度降低到0摄氏度时,存在于混凝土中的水有一部分开始结冰,逐渐由液相(水)变为固相(水)。这是参与水泥水化作用的水减少了,因此,水化作用减慢,强度增长相应较慢。温度继续下降,当存在于混凝土中的水完全变成冰,也就是完全由液相变为固相时,水泥水化作用基本停止,此时强度就不再增长。

水变成冰后,体积约增大,使混凝土受到不同程度的破坏(即早期受冻破坏)而降低强度。此外,当水变成冰后,还会在骨料和钢筋表面上产生颗粒较大的冰凌,减弱水泥浆与骨料和钢筋的粘结力,从而影响混凝土的抗压强度。当冰凌溶化后,又会在混凝土内部形成各种各样的空隙,从而降低混凝土的密实性及耐久性。由此可见,在冬季混凝土施工中,水的形态变化是影响混凝土强度增长的关键。

混凝土化冻后(即处在正常温度条件下)继续养护,其强度还会增长,不过增长的幅度大小不一。对于预养期长,获得初期强度较高(如达到R28的35%)的混凝土受冻后,后期强度几乎没有损失。而对于安全预养期短,获得初期强度比较低的混凝土受冻后,后期强度都有不同程度的损失。

由此可见,混凝土冻结前,要使其在正常温度下有一段预养期,以加快水泥的水化作用,是混凝土获得不遭受冻害的最低强度,一般成立临界强度,即可达到预期效果。

二、混凝土冬季施工存在的问题

1.不采用蓄热法、不进行热工计算,仅利用经验和水泥自身发热来发展早期强度而遭受冻害。2.抗冬剂掺量不准造成质量事故。造成钢筋锈蚀,使混凝土假凝式结构报废,使后期强度降低。3.外加剂掺量不足的质量问题,一些施工人员对抗冬剂掺量与气温的关系不甚清楚,未经试验按说明书掺用,保温措施又未采取,致使在受冻前未达到抗冻临界强度,使后期强度损失过大不能达到设计的强度。4.模板支撑不妥出现质量问题:地面已受冻,制成在冻土层上,冻胀加重会引起梁板反拱,如上部浇筑后未过到强度,下雨融化解冻表层土会发生意外事故。5.管理不当对水、砂、石料未按规定加温,入模温度低、测温不及时无记录,养护温度无要求等。

三、混凝土冬季施工方法

从以上浅析认识到,在冬季混凝土施土中,一般要解决和处理好以下几个问题:一是如何确定混凝土最短最佳的养护龄期;二是如何防止混凝土早期受冻;三是如何使冻后混凝土的后期强度能达到设计的需要。在实际施工中,在根据施工现场气温变化、工程结构部位和数量、工期要求期限、水泥品种、外加剂、保温材料性能和现场条件、供热来源等情况,采取合适的施工方法和组织措施。一般情况下,同样一个工程可以有多种方法和措施来保证工期和质量,但最佳方案必须满足工期短、造价低且质量有保证。只要混凝土在正温下养护一定时间,使混凝土有一段水化时间,就不怕冻害的影响。

四、混凝土冬季施工措施

1.加强冬施的管理,定期测温,按冬施规范规定增设试块组数,与结构同条件养护,一组用以检验混凝土受冻前强度,另一组用以检验进入常温养护28d的实际强度。

2.受冻前混凝土强度的确定:用蓄热法养护的混凝土,留设测温孔中有一处在0以下时;对抗冻外加剂或综合蓄热法养护的混凝土,全测孔中有一测温孔达到该抗冻剂实用温度以下时,此种同条件养护的混凝土试块所压强度,即是受冻前的代表强度。

3.调整配合比。主要适用于在0摄氏度左右的混凝土施工。具体做法:(1)选择适当品种的水泥是提高混凝土抗冻的重要手段。(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MSF复合早强试水剂(掺用水泥用量的5%)。(5)选择颗粒硬度高和缝隙稍得集料,使其热膨胀系数和周围砂浆膨胀系数相近。

4.蓄热法。主要用于气温-10摄氏度左右,结构比较厚大的工程。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,以保证温度降到0摄氏度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。

5.外部加热法。主要用于气温-10摄氏度以上,而构建并不厚大的工程。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。(2)蒸气加热。用蒸气使混凝土在湿热条件下硬化。此法较易控制,加热温度均匀。但因其需专门的锅炉设备,费用较高。且热损失较大,劳动条件亦不理想。(3)电加热。将钢筋作为电极,或将电热器贴在混凝土表面,便电能变为热能,以提高混凝土的温度。此法简单方便,热损失较少,易控制,不足之处是电能消耗量大。(4)红外线加热。以高温电加热器或气体红外线发生器,对混凝土进行密封辐射加热。(5)防冻法。目前生产的防冻剂可应用在-10℃及其以下气温中施工。它是采用降低冰点,使混凝土中的水在负温下仍处于液相状态,使水化作用能继续进行,从而改善孔结构,达到强度增长不受影响的目的。防冻法分为早强、负温防冻和结构法等,常用防冻剂是亚硝酸钠,它不但可以降低冰点,而且是极好的防锈剂,费用低,大小工地皆可使用。(6)综合法。是同时采用任意的两种以上保温及防冻措施进行施工。应根据结构类型等特点,施工队伍素哽和当地能源状况来确定方案,有以蓄热为主辅以早期防冻的蓄热综合法,有以加热为主辅以防冻,也有以防冻为主辅以蓄热等。(7)尽量减少。

上述这些冬季施工方法都有利弊,其适用范围都受一定条件的制约。应根据工地现有条件,采用一种或两种以上施工方法结合使用。