摘 要:闡述了混凝土冬季施工的一般原理,介紹了混凝土冬季施工的四種方法及選擇依據(jù)。為確保由于工期限制,必須冬季施工工程的質(zhì)量提供了參考。
關鍵詞:混凝土;冬季施工;措施;蓄熱法
1 前言
我國西北地區(qū)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)外對混凝土冬季施工理論和方法的探索研究認為,當環(huán)境溫度降到5 ℃時,只要采用適當?shù)氖┕し椒?,避免新澆混凝土早期受凍,使外露混凝土與冬季氣溫保持較小溫差,也會取得像在天暖施工時的效果。
2 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和硬化,直至獲得最終強度,是由于水泥水化作用的結果。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外,主要是隨著溫度的高低而變化的。當溫度升高時,水化作用加快,強度增長也較快;而當溫度降低到0 ℃時,存在于混凝土中的水有一部分開始結冰,逐漸由液相變?yōu)楣滔?。這時參與水泥水化作用的水減少了,因此,水化作用減慢,強度增長相應較慢。溫度繼續(xù)下降,當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,水泥水化作用基本停止,此時強度就不再增長。水變成冰后,體積約增大9%,當混凝土毛細孔含水率超過91.70%界值時,結冰就會產(chǎn)生約2 500kg/cm2的冰脹應力。這個應力值常常大于水泥內(nèi)部形成的初期強度值,使混凝土受到不同程度的破壞(即早期受凍破壞)而降低強度。此外,當水變成冰后,還會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黏結力,從而影響混凝土的抗壓強度。當冰凌融化后,又會在混凝土內(nèi)部形成各種各樣的空隙,降低混凝土的密實性及耐久性。
由此可知,在冬季混凝土施工中,水的形態(tài)變化是影響混凝土強度增長的關鍵。國內(nèi)外許多學者對水在混凝土中的形態(tài)進行的大量研究結果表明,新澆混凝土在凍結前有一段預養(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。研究還表明,混凝土受凍前預養(yǎng)期愈長,強度損失愈小?;炷粱瘍龊螅刺幵谡囟葪l件下)繼續(xù)養(yǎng)護,其強度還會增長,不過增長的幅度大小不一。對于預養(yǎng)期長,獲得初期強度較高的混凝土受凍后,后期強度幾乎沒有損失。而對于安全預養(yǎng)期短,獲得初期強度比較低的混凝土受凍后,后期強度都有不同程度的損失。由此可見,混凝土凍結前,要使其在正常溫度下有一段預養(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度,一般稱臨界強度,即可達到預期效果。對于臨界強度,各國規(guī)定取值不等,我國規(guī)定為不低于設計標號的30%,也不得低于3.50MPa。
3 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3個問題:一是如何確定混凝土最短的養(yǎng)護齡期;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度和耐久性滿足要求。在實際工程中,要根據(jù)施工時的氣溫情況、工程結構狀況(工程量、結構厚大程度與外露情況)、工期緊迫程度、水泥的品種及價格、早強劑、減水劑、抗凍劑的性能及價格、保溫材料的性能及價格及其熱源的條件等來選擇合理的施工方法。一般來說,對于同一個工程,可以有若干個不同的冬季施工方案。一個理想的方案,應當用最短的工期、最低的施工費用,來獲得最優(yōu)良的工程質(zhì)量,也就是工期、費用、質(zhì)量最佳化。目前,基本上采用以下4種方法。
3.1 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選擇適當品種的水泥是提高混凝土抗凍的重要手段。試驗結果表明,應使用早強硅酸鹽水泥。該水泥水化熱較大,且在早期放出強度最高,一般3d抗壓強度大約相當于普通硅水泥7d的強度,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,縮短達到臨界強度的時間。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,相應增加了水泥漿的體積,提高拌和物的流動性,改善其粘聚性及保水性,緩沖混凝土內(nèi)水結冰所產(chǎn)生的水壓力,提高混凝土的抗凍性。④摻加早強外加劑,縮短混凝土的凝結時間,提高早期強度。應用較普遍的有硫酸鈉(摻用水泥用量的2%)和MS-F復合早強試水劑(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。