根據JGJ/T104-2011《建筑工程冬期施工規程》規定,當室外日平均氣溫連續5天穩定低于5℃時(shí),即進(jìn)入冬期施工?;炷两Y構工程應采取冬期施工措施,并應采取氣溫突然下降的防凍措施。
一、冬季混凝土工程施工的一般原理
混凝土拌合物澆筑后之所以逐漸凝結和硬化,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(guān)外,主要是隨著(zhù)溫度的高低而變化的。
當溫度升高時(shí),水化作用加快,強度增長(cháng)液較快;而當溫度降低到0℃時(shí),存在于混凝土中的水有一部分開(kāi)始結冰,逐漸由液相(水)變成固相(冰)。這時(shí)參與水泥水化作用的水減少了。因此,水化作用減慢,強度增長(cháng)相應較慢。溫度繼續下降,當存在于混凝土中的水完全變成冰,也就是完全液相變?yōu)楣滔鄷r(shí),水泥水化作用基本停止,此時(shí)強度就不在增長(cháng)。
水變成冰后,體積約增大9%,同時(shí)產(chǎn)生約2500kg/平方厘米的膨脹應力。這個(gè)應力值常常大于水泥石內部形成的初期強度值,使混凝土收到不同程度的破壞(即早起受凍破壞)而降低強度。
此外,當水變成冰后,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力,從而影響混凝土的抗壓強度。當冰凌融化后,又會(huì )在混凝土內部形成各種空隙,而降低混凝土的密實(shí)性及耐久性。
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度增長(cháng)的關(guān)鍵,國內外許多學(xué)者對水在混凝土中的形態(tài)進(jìn)行大量的試驗。研究結果表明,新澆筑混凝土在凍結前有一段預養期,可以增加其內部液相,減少固相,加速水泥的水化作用。試驗研究還表明,混凝土受凍前預養期愈長(cháng),強度損失愈小。
混凝土化凍后(即處在正常溫度條件下)繼續養護,其強度還會(huì )增長(cháng),不過(guò)增長(cháng)的幅度大小不一。對于預養期長(cháng),獲得初期強度較高(如達到R28的35%)的混凝土受凍后,后期強度幾乎沒(méi)有損失。而對于安全預養期短,獲得初期強度比較低的混凝土受凍后,后期強度都有不用程度的損失。
由此可見(jiàn),混凝土凍結前,要使其在正常溫度下有一段預養期,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(chēng)臨界強度,即可達到預期效果。對于臨界強度,各國規定取值不等,我國規定為不得低于設計強度等級的30%,也不得低于35千克每平方厘米。
【混凝土凍害的危害】
1、降低混凝土強度
2、造成混凝土裂縫
3、混凝土中鋼筋的銹蝕
4、降低混凝土耐久性能
【施工前的準備工作】
(1)混凝土澆筑前應清除模板和鋼筋上的冰雪及垃圾,尤其是新老混凝土交接處(如梁柱交接處),但不得用水沖洗。
(2)澆筑前應準備好混凝土覆蓋用保溫材料,如塑料薄膜、彩條布、棉氈和草簾等,做好相應的防凍保溫措施。并采取必要的擋風(fēng)、封閉措施,以提高保溫效果。
(3)不得在凍土層上進(jìn)行混凝土澆筑,澆筑前,必須設法升溫使凍土消融?;炷两娱稌r(shí),應預熱舊槎,澆筑后加強保溫,防止接槎受凍。
(4)如果混凝土的坍落度過(guò)小,不能滿(mǎn)足施工要求時(shí),可在混凝土公司技術(shù)人員的指導下,使用外加劑調整,嚴禁用加水的辦法調整混凝土坍落度。
【混凝土澆筑】
(1)為保證混凝土的澆筑質(zhì)量,防止溫度發(fā)生變化影響質(zhì)量,混凝土運至施工單位澆筑地點(diǎn)后應盡快澆筑,宜在90min內卸料;采用翻斗車(chē)運輸時(shí),宜在60min內卸料。
(2)冬施期間泵車(chē)潤管水不得放入模板內;潤管用過(guò)的砂漿也不得放入模板內,更不準集中澆筑在構件結構內。
(3)在澆筑過(guò)程中,施工單位應隨時(shí)觀(guān)察混凝土拌合物的均勻性和稠度變化。當澆筑現場(chǎng)發(fā)現混凝土坍落度與要求發(fā)生變化時(shí),應及時(shí)與混凝土公司聯(lián)系,以便及時(shí)進(jìn)行調整。進(jìn)入澆筑現場(chǎng)的混凝土嚴禁隨意加水,更應杜絕邊加水邊泵送澆筑的行為發(fā)生。
(4)當樓板、梁、墻、柱一起澆筑時(shí),先澆筑墻柱、混凝土沉實(shí)后,再澆筑梁和樓板。澆筑墻、柱等較高構件時(shí),一次澆筑高度以混凝土不離析為準,一般每層不超過(guò)500mm,搗平后再澆筑上層,澆筑時(shí)更注意振搗到位,使混凝土充滿(mǎn)試模,不在顯著(zhù)下沉,無(wú)明顯氣泡排出。
(5)分層澆注厚大的整體式結構混凝土時(shí),已澆注層的混凝土溫度在未被上一層混凝土覆蓋前不應低于2℃。采用加熱養護時(shí),養護前的溫度不得低于2℃。
(6)混凝土的入模溫度不得低于5℃,澆注后,對混凝土結構易凍部位,必須加強保溫以防凍害。
【適時(shí)合理的抹壓】
(1)冬期混凝土初凝時(shí)間一般為8~12小時(shí),終凝為12~16小時(shí)。因此應適當把握好抹面時(shí)機,并在初凝前(用手輕按表面可留下指痕)進(jìn)行二次抹面,可以減少表面裂縫?;炷翂?、柱等邊模的拆模時(shí)間應適當延長(cháng),以避免表面發(fā)生脫皮等影響外觀(guān)質(zhì)量。
(2)混凝土初凝前用刮尺趕平,用木抹子第一次抹面,初凝后到終凝前用鐵抹子碾壓表面數遍,將表面不均勻、不規則裂縫閉合,最后用收光抹子第二次抹面,閉合收水裂縫,隨后立即在混凝土表面覆蓋塑料薄膜,使混凝土內蒸發(fā)的游離水積在混凝土表面進(jìn)行保溫養護,在薄膜上再蓋草簾子。
【混凝土的養護】
(1)混凝土經(jīng)過(guò)相關(guān)施工工藝處理后,應及時(shí)覆蓋塑料薄膜并加蓋草簾、棉氈等保溫養護,以保證混凝土初凝前不受凍。根據施工工程部位及氣溫情況,可參照以下方法進(jìn)行覆蓋:
當氣溫在0℃~5℃時(shí),蓋一層棉氈或草簾和一層塑料薄膜;
當氣溫在-5℃~0℃時(shí),蓋兩層棉氈或草簾和一層塑料薄膜;
當氣溫在-10℃~-5℃時(shí),蓋三層棉氈或草簾和一層塑料薄膜;
當氣溫低于-10℃時(shí),蓋四層棉氈或草簾和一層塑料薄膜;
低于-15℃時(shí)應采用加溫和其他材料(如巖棉、苯板等)進(jìn)行保溫,其保溫層厚度,材質(zhì)應根據計算確定。
(2)養護初期,派專(zhuān)人負責測溫并詳細記錄整個(gè)養護期的溫度變化,每晝夜最少四次測量混凝土和環(huán)境溫度以便發(fā)現問(wèn)題及時(shí)采取措施補救。
(3)在模板外部保溫時(shí),除基礎可隨澆筑隨保溫外,其它結構須在設置保溫材料后方可澆筑混凝土。鋼模表面可先掛草簾、麻袋等保溫材料并扎牢然后再澆筑混凝土。
(4)混凝土終凝后應立即進(jìn)行覆蓋保溫養護,按國家標準要求養護時(shí)間不得少于14天,若早期養護不到位,其28天強度將受很大影響。
(5)拆模后的混凝土也應及時(shí)覆蓋保溫材料,以防混凝土表面溫度驟降而產(chǎn)生裂縫。
【模板牢固,適時(shí)加荷、拆?!?/span>
(1)拆模時(shí)混凝土必須達到規定的拆模強度,過(guò)早拆模、承重會(huì )導致混凝土表面撕裂產(chǎn)生裂縫等質(zhì)量問(wèn)題。在混凝土未達到樓板上進(jìn)行施工作業(yè)或堆放重物,以減少或避免結構產(chǎn)生收縮變形裂縫。
(2)混凝土拆模時(shí)要注意拆模式時(shí)間及順序,特別對于梁、墻板等結構應適當延長(cháng)拆模時(shí)間,拆模后應繼續進(jìn)行養護。
(3)模板和保溫層,應在混凝土冷卻到5℃后方可拆除。未冷卻的混凝土有較高的脆性,所以結構在冷卻前不得遭受沖擊或動(dòng)力荷載的作用。當混凝土與外界溫差大于20℃時(shí),拆模后的混凝土表面,應臨時(shí)覆蓋,使其緩慢冷卻。
(4)根據同條件養護的試塊強度決定拆模時(shí)間。
二、冬季混凝土施工方法
1、冬季混凝土施工方法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(wèn)題:
1)如何確定混凝土最短的養護齡期;
2)如何防止混凝土早期凍害;
3)如何保證混凝土后期強度和耐久性滿(mǎn)足要求。
實(shí)際工程中,要根據施工時(shí)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(jià)格,早強劑、減水劑、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(lái)選擇合理的施工方法。
一般來(lái)說(shuō),對于同一個(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,應當用最短的工期、最低的施工費用,來(lái)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4種方法。
2、冬季混凝土施工方法種類(lèi)
1)調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3天抗壓強度大約相當于普通硅酸鹽水泥的7天強度,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,縮短達到齡期強度的時(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,相應增加了水泥漿的體積,提高拌合物的流動(dòng)性,改善其粘聚性及保水性,緩沖混凝土內水結冰所產(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(shí)間,提高早期強度。應用較普通的有硫酸鈉(摻用水泥用量的2%)和MSF符合早強試水劑(摻水泥用量的5%)。
⑤選擇顆粒硬度和縫隙少的集料,使其熱膨脹系數和周?chē)皾{膨脹系數相同。
2)蓄熱法主要用于氣溫-10℃左右,結構比較厚大的工程。做法是:對原材料(水、砂、石)進(jìn)行加熱,使混凝土在攪拌、運輸和澆灌以后,還儲備相當的熱量,以使水泥水化放熱較快,并加強對混凝土的保溫,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(jiǎn)單,施工費用不多,但要注意內部保溫,避免角部與外露表面受凍,且要延長(cháng)養護臨期。
3)抗凍外加劑在-10℃以上的氣溫中,對混凝土拌合物摻加一種降低水的冰點(diǎn)的化學(xué)劑,使混凝土在負溫下仍處于液相狀態(tài),水化作用能繼續進(jìn)行,從而使混凝土強度繼續增長(cháng)。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符合抗凍劑。
4)外部加熱法主要用于氣溫-10℃以下,而構件并不厚大的工程。通過(guò)加熱混凝土構件周?chē)目諝?,將熱量傳給混凝土,或直接對混凝土加熱,使混凝土處于正溫條件下正常硬化。
①火爐加熱,一般在較小的工地使用,方法簡(jiǎn)單,但室內溫度不高,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蒸汽加熱。用蒸汽使混凝土在濕熱條件下硬化。此法較易控制,加熱溫度均勻。但因其需要專(zhuān)門(mén)的鍋爐設備,費用較高。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,或將電熱器貼在混凝土表面,便電能為熱能,以提高混凝土的溫度。次方法簡(jiǎn)單方便,熱損失較少,易控制,不足之處是電能消耗大。
④紅外線(xiàn)加熱,以高溫電加熱或氣體紅外線(xiàn)發(fā)生器,對混凝土進(jìn)行密封輻射加熱。
三、冬季混凝土施工技術(shù)措施
(一)冬季施工混凝土組成材料的要求:
1、骨料中不得有冰塊、雪團和有機物,應清潔、級配良好、質(zhì)地堅硬。
2、水:采用可飲用的自來(lái)水;外加劑:選用防凍劑,防凍劑的作用機理是在規定的負溫下顯著(zhù)降低混凝土的液相冰點(diǎn),使混凝土在液態(tài)不結冰,保證水泥的水化作用,在一定的時(shí)間內獲得預期的強度。
3、防凍劑應通過(guò)技術(shù)鑒定,符合質(zhì)量標準,并經(jīng)實(shí)驗室試驗掌握其性能。
4、水泥:顯著(zhù)活性高、水化熱大的普通硅酸鹽水泥。
(二)冬季混凝土攪拌及養護的要求:
1、混凝土攪拌選用加熱水的方法,80℃以上的熱水不得與水泥直接接觸,先將熱水與骨料拌合而后摻入水泥攪拌混凝土,以避免水泥假凝,混凝土攪拌的時(shí)間不得少于3分鐘。另外,必要時(shí)對攪拌機周?chē)M(jìn)行防護并通暖保溫。
2、混凝土的養護:混凝土澆筑完成后馬上用塑料布覆蓋保持水份,同時(shí)在塑料布外側覆蓋保溫被進(jìn)行保溫,保溫被的覆蓋應整齊、嚴密,使混凝土溫度不至于下降過(guò)快,避免混凝土凍害的發(fā)生。
3、適當延長(cháng)混凝土養護的時(shí)間,以不少于15天為宜。加做兩組混凝土同條件試塊放在現場(chǎng)環(huán)境中,以便隨時(shí)得到同條件下混凝土的抗壓強度。
(三)冬季混凝土測溫的要求:
在混凝土中埋設導線(xiàn)設專(zhuān)人進(jìn)行測溫,包括大氣溫度、混凝土的出罐、入模溫度、混凝土內部溫度,如有異常及時(shí)采取措施。