混凝土冬季施工探讨

目 录摘要 .1第 1 章 混凝冬季土施工特点 .2第 2 章 混凝土冬季施工原理 .32.1 混凝土冬季施工期的气温标准 .32.2 混凝土的凝结硬化和温度的关系 .3第 3 章 冬季混凝土施工受冻问题分析 .43.1 温度与砼强度的关系 .43.2 砼应预防早期冻害 .4第 4 章 混凝土冬季施工方法主要理论 .54.1 负温混凝土(机理)方法 .64.2 临界强度 (理论)方法 .6第 5 章 混凝土冬期施工的一般要求 .75.1 混凝土一般要求 .75.2 混凝土的材料要求和配合比设计要求 .75.2.1 混凝土的材料要求 .75.2.2 混凝土的配合比设计要求 .8第 6 章 混凝土冬季施工措施 .961 创造混凝土强度快速增长的条件 .962 增加混凝土的拌和时间 .963 减少拌和、运输、浇筑中的热量损失 .964 预热拌和材料 .965 提高混凝土强度等级 .96.5.1 采用蓄热法 .96.5.2 外加热法 .96.5.3 防冻法 .106.5.4 综合法 .10第 7 章 混凝土冬季养护措施 .1171 蓄热法 .1172 外部加热法 .1173 抗冻外加剂 .11总结 .12参考文献 .13致谢 .14摘 要混 凝 土 是 当 代 最 主 要 的 土 木 工 程 材 料 之 一 ， 在 很 多 工 程 中应 用 非 常 广 泛 。 它 是 由 水 泥 做 凝 胶 材 料 ， 砂 、 石 作 集 料 ， 与 水（ 加 或 不 加 掺 合 料 、 外 加 剂 等 ） 按 一 定 比 例 配 合 ， 经 搅 拌 、 成型 、 养 护 而 成 。 混 凝 土 强 度 靠 水 泥 与 水 进 行 水 化 作 用 后 硬 化 时产 生 。 混 凝 土 的 硬 化 在 于 水 泥 的 水 化 速 度 ： 温 度 越 高 ， 水 泥 水化 速 度 越 快 ； 反 之 ， 温 度 越 低 ， 水 泥 水 化 速 度 越 低 ， 混 凝 土 强度 增 长 缓 慢 。 北 方 广 大 地 区 有 较 长 的 寒 冷 季 节 ， 这 些 地 区 混 凝土 的 冬 季 施 工 是 必 不 可 少 的 。 新 浇 筑 的 混 凝 土 ， 如 果 遭 受 低 温冰 冻 ， 由 于 混 凝 土 中 的 水 分 大 部 分 已 经 结 冰 ， 水 泥 颗 粒 不 能 与冰 发 生 化 学 反 应 ， 混 凝 土 的 强 度 会 停 止 发 展 ， 而 且 孔 隙 内 水 分结 冰 会 引 起 膨 胀 （ 水 结 冰 体 积 可 膨 胀 约 9%） ， 作 用 在 孔 隙 毛细 管 内 壁 ， 使 混 凝 土 内 部 结 构 遭 到 破 坏 ， 已 经 获 得 的 强 度 受 到损 失 ， 也 让 混 凝 土 的 各 种 物 理 力 学 性 能 全 面 下 降 。 从 多 年 的 施工 实 践 及 研 究 结 果 认 识 到 ， 当 环 境 温 度 降 至 5 再 不 回 升 连续 5 天 以 上 时 ， 只 要 采 取 适 当 的 施 工 方 法 ， 选 择 好 原 材 料 和 合理 设 计 配 合 比 ， 避 免 新 施 工 的 混 凝 土 不 要 早 期 受 冻 。 使 施 工 后的 外 露 混 凝 土 降 至 0 以 下 ， 就 会 使 工 程 有 其 它 季 节 一 样 好的 效 果 。 本 文 就 混 凝 土 冬 季 施 工 的 特 点 、 混 凝 土 冬 季 施 工 原 理及 理 论 、 混 凝 土 材 料 要 求 和 配 合 比 要 求 、 混 凝 土 冬 季 施 工 措 施 、混 凝 土 冬 季 养 护 措 施 等 方 面 进 行 探 讨 。关 键 词 混 凝 土 冬 季 施 工 方 法第 1 章 混 凝 冬 季 土 施 工 特 点（ 1） 水 和 温 度 会 影 响 水 泥 的 水 化 作 用 ， 而 水 化 作 用 又 会 影 响 到混 凝 土 强 度 的 增 长 。 当 冬 季 温 度 降 低 时 ， 水 的 活 性减 弱 ， 水 泥 的 水 化 速 度 降 低 。 特 别 是 当 温 度 降 至 0以 下 时 ， 混 凝 土 中 的 水 结 成 冰 ， 水 泥 的 水 化 作 用 停止 ， 混 凝 土 强 度 停 止 增 长 。 因 此 ， 如 何 形 成 水 泥 水化 作 用 的 环 境 是 混 凝 土 冬 季 施 工 的 关 键 环 节 。（ 2） 混 凝 土 在 5 左 右 的 温 度 下 养 护 28 天 ， 其 强 度 增 长 仅能 达 到 标 准 养 护 28 天 的 60%左 右 。 当 温 度 下 降 到0 以 下 时 ， 混 凝 土 中 的 水 分 开 始 结 冰 ， 其 体 积 膨 胀约 为 9%， 同 时 还 会 在 骨 料 和 钢 筋 表 面 产 生 较 大 的 冰凌 ， 减 弱 水 泥 浆 与 骨 料 和 钢 筋 的 黏 结 力 ， 从 而 降 低了 混 凝 土 的 强 度 。 因 此 ， 在 冬 季 的 混 凝 土 施 工 中 ，既 要 较 快 地 增 长 混 凝 土 强 度 ， 也 要 让 混 凝 土 在 受 冻前 尽 快 达 到 其 抗 冻 害 的 临 界 强 度 。（ 3） 为 了 给 冬 季 混 凝 土 施 工 创 造 一 个 正 温 养 护 环 境 ， 常 常 采 用材 料 预 热 、 保 温 、 养 护 期 间 加 热 等 措 施 ， 这 些 措 施使 得 施 工 技 术 更 加 复 杂 ， 费 用 也 更 加 高 昂 ， 而 且 对能 源 供 给 的 要 求 也 较 高 。 冬 季 混 凝 土 施 工 成 本 增 加幅 度 为 32%50%。（ 4） 冬 季 是 混 凝 土 工 程 质 量 事 故 的 多 发 季 节 ， 但 冬 季 浇 筑 的 混凝 土 一 般 在 春 融 期 或 者 后 期 才 显 现 质 量 问 题 。 由 于事 故 多 发 生 较 晚 ， 所 以 处 理 难 度 较 大 ， 因 此 必 须 要有 提 高 冬 季 混 凝 土 施 工 的 可 靠 性 。（ 5） 我 国 气 候 属 于 大 陆 气 候 ， 冬 季 有 寒 流 袭 击 ， 气 温 变 化 频 繁 ，需 要 注 意 防 护 。 另 外 ， 由 于 风 速 较 大 ， 还 需 要 注 意防 风 ， 避 免 混 凝 土 养 护 期 间 失 水 。第 2 章 混 凝 土 冬 季 施 工 原 理2 1 混 凝 土 冬 季 施 工 期 的 气 温 标 准我 国 对 冬 季 施 工 期 的 气 温 标 准 有 规 定 如 下 ： 寒 冷 地 区 的 日 平均 气 温 稳 定 在 5 以 下 或 最 低 气 温 稳 定 在 -3 以 下 时 ： 温 和 地 区的 日 平 均 气 温 稳 定 在 3 以 下 时 。 稳 定 是 指 气 温 连 续 保 持 5 天 或 5天 以 上 。 但 在 整 个 冬 季 施 工 期 内 不 是 在 刚 达 到 这 一 气 温 标 准 下 就 全 面使 用 保 温 措 施 。 而 是 有 一 定 的 滞 后 。 入 冬 时 气 温 虽 降 至 冰 结 温 度 。 料 堆内 部 温 度 比 气 温 高 ： 而 气 温 转 暖 后 一 定 时 期 ， 骨 料 温 度 仍 然 处 在 负 温 。因 此 同 一 气 温 在 入 冬 和 冬 季 结 束 两 个 时 间 ， 需 采 取 对 应 的 措 施 。2 2 混 凝 土 的 凝 结 硬 化 和 温 度 的 关 系混 凝 土 拌 和 物 浇 灌 后 之 所 以 能 逐 渐 凝 结 和 硬 f-L 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 的 。 当 温度 升 高 时 ， 水 化 作 用 加 快 ， 强 度 增 长 也 较 快 ： 而 当 温 度 降 低 到 Occ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 时 参 与 水 泥 水 化 作 用 的 水 减 少 了 ， 因 此 ， 水 化 作 用 减 慢 虽 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 。第 3 章 冬 季 混 凝 土 施 工 受 冻 问 题 分 析3.1 温 度 与 砼 强 度 的 关 系 混 凝 土 捣 拌 浇 灌 后 之 所 以 能 逐 渐 凝 结 和 有 高 的 温 度 ， 是 由 本 身 水 化作 用 的 结 果 。 而 水 泥 水 化 作 用 的 速 度 除 与 混 凝 土 组 合 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 升 高 时 ， 水 化 作 用 加 快 ， 强度 增 长 也 快 ； 而 当 温 度 降 至 0 时 ， 存 在 于 混 凝 土 中 的 游 离 水 有 一 部分 开 始 结 冰 ， 逐 渐 由 液 相 变 为 固 相 ， 这 时 水 泥 水 化 作 用 基 本 停 止 ， 强 度也 不 再 上 升 。 温 度 继 续 下 降 ， 当 混 凝 土 中 的 水 全 部 结 成 冰 ， 由 液 相 变 为固 相 时 ， 体 积 膨 胀 约 9%， 同 时 产 生 大 约 20kN/m 的 侧 压 力 。 这 个 应力 值 一 般 大 于 混 凝 土 浇 筑 后 内 部 形 成 的 初 期 强 度 值 ， 致 使 混 凝 土 受 到 程度 不 同 的 早 期 破 坏 而 降 低 强 度 。 此 外 当 水 结 成 冰 后 会 在 骨 料 和 钢 筋 表 面产 生 颗 粒 较 大 的 冰 凌 ， 这 种 冰 凌 会 减 弱 水 泥 浆 与 骨 料 同 钢 筋 的 粘 结 力 ，也 会 影 响 混 凝 土 的 抗 压 强 度 。 当 气 温 回 升 冰 融 化 后 又 会 在 混 凝 土 内 部 留下 众 多 的 空 隙 和 孔 洞 ， 降 低 混 凝 土 的 密 实 性 和 耐 久 性 。 3.2 砼 应 预 防 早 期 冻 害 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 因 素 。 分 析 国 内 外 关 于 水 在 混 凝 土 中 的 形 态 的 一 些 资 料 可 以 看出 ， 新 浇 灌 的 混 凝 土 立 刻 冻 结 时 ， 有 80%以 上 的 水 变 成 冰 ， 液 相 不 足20%， 水 化 反 应 极 其 微 弱 了 ； 当 混 凝 土 经 过 24h 的 标 准 养 护 后 再 冻结 ， 只 有 60% 的 水 变 成 冰 ； 当 混 凝 土 强 度 达 到 设 计 标 准 的 50% 以 上 时 ， 即 使 温 度 降 至 -40 以 下 ， 而 含 水 量 也 维 持 在 60% 以 下 ，还 有 40% 的 水 未 转 变 为 固 相 ， 水 化 作 用 也 能 继 续 进 行 。 可 以 得 出 这 样一 个 结 论 ： 混 凝 土 在 浇 灌 后 有 一 段 养 护 期 ， 对 加 速 水 化 作 用 极 为 重 要 ，因 而 应 预 防 早 期 冻 害 。 当 混 凝 土 在 受 冻 前 只 有 1h 的 养 护 期 ， 强 度 损失 会 超 过 50%； 在 受 冻 前 得 到 6h 的 养 护 期 ， 强 度 损 失 不 超 过 20。 混 凝 土 在 正 温 气 候 条 件 下 继 续 养 护 ， 其 强 度 增 长 幅 度 是 不 相 同 的 。对 于 预 养 期 长 初 期 强 度 达 到 R28 的 28% 35% 的 混 凝 土 受 冻 后 ，后 期 强 度 基 本 不 受 影 响 ； 而 埘 于 预 养 期 较 短 ， 强 度 达 到 R28 的 15% 17% 时 的 混 凝 土 受 冻 后 ， 后 期 强 度 会 受 到 一 定 影 响 ， 只 能 达 到 设 计 强度 的 85% 90% 。 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 。 混 凝 土 不 致 受 冻 害 的 最 低 临 界 强 度 国 内 外 有 许 多 研究 成 果 ， 我 国 的 钢 筋 混 凝 土 施 工 及 验 收 规 范 (GB50204-92)第 7.1.2 条 明 确 规 定 ： 硅 酸 盐 水 泥 或 普 通 硅 酸 盐 水 泥 的 构 件 为 设 计 的 30%， 矿 渣 硅 酸 盐 水 泥 为 设 计 的 40%， 但 C8 级 及 C8 级 以 下 的 混凝 土 不 得 低 于 50kgf/cm2。 可 见 受 冻 临 界 强 度 与 水 泥 品 种 和 后 期 增 长有 一 定 关 系 。第 4 章 混 凝 土 冬 季 施 工 方 法 主 要 理 论4.1 负 温 混 凝 土 (机 理 )方 法 。根 据 混 凝 土 在 负 温 下 硬 化 的 基 本 理 论 ,要 保 证 混 凝 土 在 负 温 下硬 化 并 获 得 强 度 ,首 要 条 件 就 在 于 必 须 有 液 相 存 在 。 加 入 抗 冻 外 加 剂 是使 水 的 冰 点 下 降 ,促 使 混 凝 土 在 负 温 下 硬 化 。 掺 加 抗 冻 外 加 剂 时 ,其 剂 量 应 适 宜 ,当 气 温 降 至 设 计 温 度 以 下 ,允 许 有 30% 50%的 水 变为 冰 。 掺 抗 冻 外 加 剂 生 成 的 冰 ,不 对 混 凝 土 产 生 显 著 的 损