淺談冬季混凝土施工的防護(hù)措施
北方廣大地區(qū)有較長(zhǎng)的寒冷季節(jié)，這些地區(qū)混凝土的冬季施工是必不可少的。從多年的施工實(shí)踐及研究的結(jié)果認(rèn)識(shí)到，當(dāng)環(huán)境溫度降至 5℃再不回升連續(xù) 5天以上時(shí)，只要采取適當(dāng)?shù)氖┕し椒?，避免新施工的混凝土不要早期受凍。使施工后的外露混凝土降?℃以下，就會(huì)使工程有其它季節(jié)一樣好的效果。
1 冬季混凝土施工受凍問(wèn)題分析
1.1 溫度與砼強(qiáng)度的關(guān)系
混凝土搗拌澆灌后之所以能逐漸凝結(jié)和有高的溫度，是由本身水化作用的結(jié)果。而水泥水化作用的速度除與混凝土組合材料和配合比有關(guān)外，主要是隨著溫度的高低而變化。當(dāng)溫度升高時(shí)，水化作用加快，強(qiáng)度增長(zhǎng)也快；而當(dāng)溫度降至 0℃時(shí)，存在于混凝土中的游離水有一部分開(kāi)始結(jié)冰，逐漸由液相變?yōu)楣滔?，這時(shí)水泥水化作用基本停止，強(qiáng)度也不再上升。溫度繼續(xù)下降，當(dāng)混凝土中的水全部結(jié)成冰，由液相變?yōu)楣滔鄷r(shí)，體積膨脹約9%，同時(shí)產(chǎn)生大約 20kN/m 的側(cè)壓力。這個(gè)應(yīng)力值一般大于混凝土澆筑后內(nèi)部形成的初期強(qiáng)度值，致使混凝土受到程度不同的早期破壞而降低強(qiáng)度。此外當(dāng)水結(jié)成冰后會(huì)在骨料和鋼筋表面產(chǎn)生顆粒較大的冰凌，這種冰凌會(huì)減弱水泥漿與骨料同鋼筋的粘結(jié)力，也會(huì)影響混凝土的抗壓強(qiáng)度。當(dāng)氣溫回升冰融化后又會(huì)在混凝土內(nèi)部留下眾多的空隙和孔洞，降低混凝土的密實(shí)性和耐久性。
1.2 砼應(yīng)預(yù)防早期凍害
由此可見(jiàn)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(zhǎng)的關(guān)鍵因素。分析國(guó)內(nèi)外關(guān)于水在混凝土中的形態(tài)的一些資料可以看出，新澆灌的混凝土立刻凍結(jié)時(shí)，有80%以上的水變成冰，液相不足20%，水化反應(yīng)極其微弱了；當(dāng)混凝土經(jīng)過(guò) 24h的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)后再凍結(jié)，只有 60% 的水變成冰；當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的50% 以上時(shí)，即使溫度降至-40℃以下，而含水量也維持在 60% 以下，還有 40% 的水未轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔?，水化作用也能繼續(xù)進(jìn)行?？梢缘贸鲞@樣一個(gè)結(jié)論：混凝土在澆灌后有一段養(yǎng)護(hù)期，對(duì)加速水化作用極為重要，因而應(yīng)預(yù)防早期凍害。當(dāng)混凝土在受凍前只有1h的養(yǎng)護(hù)期，強(qiáng)度損失會(huì)超過(guò)50%；在受凍前得到6h的養(yǎng)護(hù)期，強(qiáng)度損失不超過(guò)20。
混凝土在正溫氣候條件下繼續(xù)養(yǎng)護(hù)，其強(qiáng)度增長(zhǎng)幅度是不相同的。對(duì)于預(yù)養(yǎng)期長(zhǎng)初期強(qiáng)度達(dá)到 R28的 28% ～35% 的混凝土受凍后，后期強(qiáng)度基本不受影響；而塒于預(yù)養(yǎng)期較短，強(qiáng)度達(dá)到R28的 15% ～17% 時(shí)的混凝土受凍后，后期強(qiáng)度會(huì)受到一定影響，只能達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的 85% ～90% 。
只要混凝土在正溫下養(yǎng)護(hù)一定時(shí)間，使混凝土有一段水化時(shí)間，就不怕凍害的影響?；炷敛恢率軆龊Φ淖畹团R界強(qiáng)度國(guó)內(nèi)外有許多研究成果，我國(guó)的鋼筋混凝土施工及驗(yàn)收規(guī)范(GB50204-92)第 7.1.2條明確規(guī)定：硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥的構(gòu)件為設(shè)計(jì)的 30%，礦渣硅酸鹽水泥為設(shè)計(jì)的 40%，但 C8 級(jí)及 C8 級(jí)以下的混凝土不得低于 50kgf/cm2?？梢?jiàn)受凍臨界強(qiáng)度與水泥品種和后期增長(zhǎng)有一定關(guān)系。
2 混凝土冬季施工方法及措施
2.1 根據(jù)實(shí)際情況確定合適的施工方法
從以上淺析認(rèn)識(shí)到，在冬季混凝土施上中，一般要解決和處理好以下幾個(gè)問(wèn)題：一是如何確定混凝上最短最佳的養(yǎng)護(hù)齡期；二是如何防止混凝土早期受凍；三是如何使凍后混凝土的后期強(qiáng)度能達(dá)到設(shè)計(jì)的需要。在實(shí)際施工中，在根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)氣溫變化、工程結(jié)構(gòu)部位和數(shù)量、工期要求期限、水泥品種、外加劑、保溫材料性能和現(xiàn)場(chǎng)條件、供熱來(lái)源等情況，采取合適的施工方法和組織措施。一般情況下，同樣一個(gè)工程可以有多種方法和措施來(lái)保證工期和質(zhì)量，但最佳方案必須滿足工期短、造價(jià)低且質(zhì)量有保證。
只要混凝土在正溫下養(yǎng)護(hù)一定時(shí)間，使混凝土有一段水化時(shí)間，就不怕凍害的影響。混凝土不致受凍害的最低臨界強(qiáng)度國(guó)內(nèi)外有許多研究成果，我國(guó)的鋼筋混凝土施工及驗(yàn)收規(guī)范(GB50204-92)第 7.1.2條明確規(guī)定：硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥的構(gòu)件為設(shè)計(jì)的 30%，礦渣硅酸鹽水泥為設(shè)計(jì)的 40%，但 C8 級(jí)及 C8 級(jí)以下的混凝土不得低于 50kgf/cm2?？梢?jiàn)受凍臨界強(qiáng)度與水泥品種和后期增長(zhǎng)有一定關(guān)系。
2 混凝土冬季施工方法及措施
2.1 根據(jù)實(shí)際情況確定合適的施工方法
從以上淺析認(rèn)識(shí)到，在冬季混凝土施上中，一般要解決和處理好以下幾個(gè)問(wèn)題：一是如何確定混凝上最短最佳的養(yǎng)護(hù)齡期；二是如何防止混凝土早期受凍；三是如何使凍后混凝土的后期強(qiáng)度能達(dá)到設(shè)計(jì)的需要。在實(shí)際施工中，在根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)氣溫變化、工程結(jié)構(gòu)部位和數(shù)量、工期要求期限、水泥品種、外加劑、保溫材料性能和現(xiàn)場(chǎng)條件、供熱來(lái)源等情況，采取合適的施工方法和組織措施。一般情況下，同樣一個(gè)工程可以有多種方法和措施來(lái)保證工期和質(zhì)量，但最佳方案必須滿足工期短、造價(jià)低且質(zhì)量有保證。
2.2 目前條件下冬季施工采取的施工措施
2.2.1 調(diào)整最佳配合比
在氣溫 0℃左右時(shí)施工，應(yīng)選用普通硅酸鹽水泥，其硅酸三鈣含量不低于 50%，細(xì)度達(dá)到4900/cm2細(xì)目篩余量< 15% 的水泥。這種水泥水化熱反應(yīng)早，使早期強(qiáng)度提高快，一般三天的強(qiáng)度大約等于普通硅酸鹽水泥 7天的強(qiáng)度，效果較明顯；盡量降低水灰比，實(shí)際上是減少游離水，增加 水泥用量，增加幅度在50kgf/m3左右較合適，從而增加水化熱量，減短齡期使強(qiáng)度增長(zhǎng)快；摻入早強(qiáng)劑和減水劑，提高早期強(qiáng)度，但摻量必須經(jīng)過(guò)試驗(yàn)確定，計(jì)量以水泥重為依據(jù)，一般不超過(guò)水泥用量的 5%，少摻既無(wú)效果又浪費(fèi)，多摻量反而會(huì)降低強(qiáng)度，另外增加含氣量?；炷林屑尤?% ～6% 的含氣含量，可以截?cái)酀B水通道，使孔隙互相封閉形成連貫毛細(xì)孔，從而提高混凝土內(nèi)密實(shí)性和耐久性。
2.2.2 采用蓄熱法
主要適用于氣溫≥-15℃且結(jié)構(gòu)較厚大的現(xiàn)澆混凝土工程對(duì)原材料砂石和水進(jìn)行加熱，使混凝土在攪拌、運(yùn)輸和澆筑完成后．還儲(chǔ)備有相當(dāng)?shù)臒崃?，以使水化放熱加快，并加?qiáng)對(duì)混凝土的保溫，以保持在溫度降至 0℃以前具有一定的抗凍能力。使用蓄熱法應(yīng)是結(jié)構(gòu)體積厚大，外露面積越小，通過(guò)表面散熱損失也會(huì)少，蓄有熱量則較多。因此要注意內(nèi)部少量降溫，且應(yīng)注意保護(hù)外露及角邊以防受凍。此法工藝簡(jiǎn)單，費(fèi)用又少而可以有足夠的養(yǎng)護(hù)期限。
2.2.3 外加熱法
適用于氣溫在-15℃ 以下環(huán)境施工，而構(gòu)件并不厚大的工程。通過(guò)加熱施工現(xiàn)場(chǎng)周?chē)目諝?，保持混凝土的環(huán)境溫度，或者直接對(duì)構(gòu)件加熱，使混凝土處在正溫下正常硬化。使用熱源有火爐、蒸氣、暖棚、電及紅外線等工藝。
火爐加熱在較小的工地上應(yīng)用。方法簡(jiǎn)單但室溫不會(huì)很高且較干燥，特別是爐子里明火和聚集煙放出的二氧化碳會(huì)使新澆混凝土表面易碳化，影響表面光潔，是一種較原始的方法。
蒸氣加熱是采用蒸氣的溫度和濕度養(yǎng)護(hù)混凝土。此法比較簡(jiǎn)單且易控制使得溫度均勻，廣泛應(yīng)用在大型預(yù)制構(gòu)件廠，一般小型工地施工不易辦到。但需要專門(mén)鍋爐設(shè)備和場(chǎng)地。熱損失大，費(fèi)用高，工作環(huán)境也差。
暖棚法即在現(xiàn)場(chǎng)搭設(shè)工棚，使構(gòu)件或基礎(chǔ)在棚內(nèi)正常溫度下施工。費(fèi)用較高，因需建棚和加溫，常用于一些重點(diǎn)項(xiàng)目。
電加熱法是將鋼筋作為電極，戲?qū)㈦姛崞髻N在混凝上表面，使電能變?yōu)闊崮?，以提高混凝土溫度。這種方法簡(jiǎn)單方便，熱損失較少也容易控制。當(dāng)構(gòu)件較遠(yuǎn)時(shí)．電加熱比蒸氣加熱要方便靈活，但耗電量大費(fèi)用高。
2.2.4 防凍法
目前生產(chǎn)的防凍劑可應(yīng)用在-10℃及其以下氣溫中施工。它是采用降低冰點(diǎn)，使混凝上中的水在負(fù)溫下仍處于液相狀態(tài)，使水化作用能繼續(xù)進(jìn)行，從而改善孔結(jié)構(gòu)，達(dá)到強(qiáng)度增長(zhǎng)不受影響的目的。防凍法分為早強(qiáng)、負(fù)溫防凍和結(jié)構(gòu)法等，常用防凍劑是亞硝酸鈉，它不但可以降低冰點(diǎn)，而且是極好的防銹劑，費(fèi)用低，大小工地皆可使用。
2.2.5 綜合法
是同時(shí)采用任意的兩種以上保溫及防凍措施進(jìn)行施工。應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)類(lèi)型等特點(diǎn)，施工隊(duì)伍素哽和當(dāng)?shù)啬茉礌顩r來(lái)確定方案，有以蓄熱為主輔以早期防凍的蓄熱綜合法，有以加熱為主輔以防凍，也有以防凍為主輔以蓄熱等。
3 結(jié)束語(yǔ)
上述幾種冬季施工措施都有一定的不足之處，其適用范圍都受一定條件環(huán)境的制約，因此要 據(jù)具體情況具體分析采取不問(wèn)的冬季施工措施，保證冬季施工質(zhì)量而不浪費(fèi) 20% ～40%的施工季節(jié)，使砼工程量有所提高，質(zhì)量事故有所下降。
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