混凝土冬季施工措施理論及方法

一、混凝土冬季施工措施主要理論

1.負溫混凝土(機理)方法。

根據混凝土在負溫下硬化的基本理論,要保證混凝土在負溫下硬化並獲得強度,首要條件就在於必須有液相存在。加入抗凍外加劑是使水的冰點下降,促使混凝土在負溫下硬化。摻加抗凍外加劑時,其劑量應適宜,當氣溫降至設計溫度以下,允許有30%~50%的水變為冰。摻抗凍外加劑生成的,不對混凝土產生顯著的損害。當水泥水化所需要的水隨著水化進程增多時,可由融冰來補充,直到含冰量減少並逐漸消失。

儘管摻抗凍外加劑,仍需提防第二種受凍模式造成的損害發生。產生這種受凍現象的條件是正負溫度反覆交替出現,混凝土的冷卻及受熱的速率是1~5℃/h,一般是初春及初冬,以及冬季氣候轉暖出現融冰時刻。當空氣中相對濕度增加,混凝土中水泥及抗凍外加劑用量大時,受凍模式就會加速進行。這時外加劑溶液會在混凝土中發生遷移現象,並可能在構件中某些部位集中。這些部位多是表面、截面變動處,構件內有缺陷處,然後有結晶析出,並可能體積增大,在構件內造成局部損害。因此造成負溫混凝土耐久性降低的原因,可能不只是遭受寒流的襲擊,還要注意突然來臨的暖流。

2.臨界強度(理論)方法。

受凍臨界強度是指混凝土抵抗負溫凍害時的最小強度。對於不同負溫下凍結或用不同品種水泥拌制的混凝土,或不同等級的混凝土,其受凍臨界強度值不同,當採用不同防凍劑時其受凍臨界強度值也不同。臨界強度,即混凝土受凍模式所需的最低強度,和最短養護齡期(即I臨界齡期)。在這過程中必須根據水泥的水化程度、水化生成物的結晶度、孔結構特徵等綜合考慮,一般來說混凝土的強度是一個重要參數,是判斷混凝土中結構形成與破壞過程的標準,所以選用臨界強度作為允許受凍的指標。

二、混凝土冬期施工方法

1.選擇冬期施工方法考慮的因素。在混凝土冬期施工中,我們要解決的問題主要有兩個:一是根據設計強度要求,如何確定最短的養護齡期;二是在冬期如何防止混凝土遭受初期凍害,以免損害混凝土的其他性能。通常在選擇冬期施工方案時,考慮的主要因素有:自然氣溫情況、結構類型、水泥的品種、工期的限制條件以及經濟情況。但是,人們在確定某項施工方案時,往往單純從經濟比較著手,而且只是從混凝土的單項經濟比較著手,忽視整體工程經濟分析,因而常常拖延工期。

2.冬期施工方法。

(1)蓄熱法施工。蓄熱法是將混凝土的原材料(水、砂、石)預先加熱,經過攪拌、運輸、澆築成型後的混凝土仍能保持一定正溫度,以保溫材料覆蓋保溫,防止熱量散失過快,充分利用水泥的水化熱,使混凝土在正溫條件下增長強度。蓄熱法適用於氣溫不太寒冷的地區或是秋冬和冬末季節。蓄熱法施工應進行熱工計算。

(2)蒸汽養護法施工。在混凝土冬期施工中,當要求混凝土強度增長較快,採用蓄熱法等無法滿足要求時,通常採用蒸汽養護法。

(3)電熱法施工。電熱法設備簡單,收效快,可以在任何溫度下使用,所以當工程要求緊迫且條件具備時可以採用。我國使用電熱法大致可分為兩大類:直接加熱法和間接加熱法。

(4)化學外加劑法我國混凝土冬期施工使用化學外加劑始於195年,到現在大致可分為五種類型,即氯鹽及其復合劑、三乙酵胺及其復合劑、硫酸鈉及其復合劑、亞硝酸鈉及其復合劑、減水劑及其復合劑。氯鹽冷混凝土的優點是不需加熱,施工簡便,可降低工程費用20%左右,但存在硬化慢、早期強度低、加劇鋼筋銹蝕的缺點。因此,對氯鹽的摻量和使用範圍做了限制。

(5)遠紅外線法養護。利用遠紅外輻射器向新澆築的混凝土輻射遠紅外線,新拌混凝土與遠紅外線的吸收介質,在遠紅外線的共振作用下。介質分子做強烈運動,將輻射能充分轉換成熱能,對混凝土進行密封輻射加熱,使其在較短時間內獲得要求的強度。由於遠紅外線養護時間短、質量佳,且能源多樣,隨著這項技術的研究應用,將為混凝土冬期施工開闢一條新的途徑。

三、混凝土冬期施工工藝

1.混凝土的攪拌在常溫條件下施工,攪拌塑性混凝土常選用自落式攪拌乾硬性混凝土宜採用強制式攪拌機。在冬期施工時,除考慮上述條件外,還應考慮混凝土的水灰比減少和外加劑的摻人等因素,宜選擇強制式攪拌機。為確保混凝土的攪拌質量。冬期施工時除合理選擇攪拌機型號外,還要確定裝料容積、投料順序和攪拌時間等。

(1)裝料容積。混凝土攪拌機的規格常以裝料容積表示,裝料容積通常只為攪拌幾何容積的1/2~1/3。一次攪拌好的混凝土體積稱為出料容積,約為裝料容積的55%-75%。混凝土攪拌機以其出料容積(m2)×1000標定規格,常用規格有150L,250L,350L等。

(2)投料J頃序。冬期攪拌混凝土的合理投料順序應與材料加熱條件相適應。一般是先投骨料和加熱的水,待攪拌一定時間後,水溫降到40℃左右時,再投入水泥繼續攪拌到規定的時間,要絕對避免水泥出現假凝。

(3)攪拌時間。為滿足各組成材料間的熱平衡,冬期拌制混凝土時應比常溫規定的攪拌時間適當延長。對攪拌摻有外加劑的混凝土時,攪拌時間應取常溫攪拌時間的1.5倍。

2.混凝土的運輸和澆築。

(1)混凝土的運輸。混凝土拌和物出機,應及時運到澆築地點。在運輸過程中,要採取措施防止混凝土熱量散失和凍結等現象。在條件可能的情況下,加強運輸工具的保溫覆蓋、製作定型保溫車或運輸采暖設備。途中混凝土溫度不能降低過決,一般每小時溫度降低不宜超過5~6℃。混凝土澆築時人模溫度除與拌和物的出機溫度有關外,主要取決於運輸過程中的蓄熱溫度。因此,運輸速度要快,運輸距離要短,倒運次數要少,保溫效果要好。

(2)混凝土澆築。在澆築前,應清除模板和鋼筋表面的冰雪和污垢。在施工縫處接槎澆築混凝土,應去除水泥薄膜和鬆動石子,將表面濕潤沖洗乾淨,並使接縫處原混凝土的溫度高於2℃,然後鋪抹水泥漿或與混凝土砂漿成分相同的砂漿一層,待已澆築的混凝土強度高於1.2MPa時,允許繼續澆築。條件宜採用熱風機清除模板、鋼筋上的冰雪和進行預熱。分層澆築厚大整體式結構時,已澆築層的混凝土溫度,在被上層混凝土覆蓋時,不應降至熱工計算的數值以下也不得低於2"C。澆築隨內力接頭的混凝土(或砂漿)宜先將結合處的表面加熱到正溫。澆築後的接頭混凝土(或砂漿)在溫度不超過45℃的條件下,應養護至設計要求強度;當設計無要求時,其強度不得低於設計標號的70%。冬期一般不得在強凍脹性地基上澆築混凝土;在弱凍脹性地基上澆築混凝土時,地基土應保溫;在非凍脹性地基上澆築混凝土時,可不考慮土對混凝土的凍脹影響,但在受凍前,混凝土的抗壓強度不得低於受凍臨界強度。

3.蓄熱法養護。混凝土蓄熱法養護是利用原材料加熱及水泥水化熱的熱量,通過適當保溫延緩混凝土冷卻,使混凝土冷卻到0℃以前達到預期要求強度的一種施工方法。

(1)蓄熱法的適用範圍:蓄熱法適用於初冬或早春季節室外日平均氣溫為-10℃最低氣溫不低於-15℃的環境,由於蓄熱法施工簡單,冬期施工費用低廉,容易保證施工質量,故在冬期施工時應優先考慮採用。蓄熱法使用的保溫材料應該以傳熱係數小,價格低廉和易於獲得的地方材料為宜。

(2)混凝土受凍臨界強度在寒冷地區進行混凝土冬期施工,由於各種因素,欲使混凝土完全不受凍是不現實也不經濟的。因為這要增加許多防護措施,而且工期拖長。在一定條件下允許混凝土早期受凍,而不致損害混凝土各項性能,滿足設計和使用要求。新澆混凝土在受凍前達到某一初始強度值,然後遭到凍結,當恢復正常溫度後,混凝土強度仍會繼續增長,經28d養護後,其後期強度可達設計標值的95%以上。這一受凍前的初始強度值叫做混凝土早期受凍允許臨界強度。

四、結語

綜上所述,冬季混凝土結構施工的質量控制是一個非常複雜的過程,施工中無論哪一個環節出現紕漏都會造成不可估量的損失,因此技術人員要掌握好冬季施工的方法原來及實踐操作的技術要求,才能保證混凝土工程冬季施工的質量。

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