大面积薄板混凝土养护温度自动调控抗裂技术——冷养技术.ppt

第二十一章大面积薄板混凝土养护温度 自动调控抗裂技术冷养技术 21.1 返回总目录返回总目录 第21章 大面积薄板混凝土养护温度自动 调控抗裂技术冷养技术 第二十一章大面积薄板混凝土养护温度 自动调控抗裂技术冷养技术 21.2 教学提示：这章虽然没有多少新鲜的内容，但冷养技术却是 一个全新的概念，希望得到工程学术界广泛的支持与认同。 教学要求：希望引导学生以批判的精神来讨论这项技术，以 求改进。 利用高温蒸汽养护混凝土以促进其强度发展已是一种成熟的 技术，但是利用低温条件养护混凝土以改善混凝土的密实度 、增强混凝土的耐久性，却还是一个新课题。其实，追求混 凝土的早期强度是一种短期行为，还会产生一定的副作用， 且要付出一定的经济代价。而利用冷养技术改善混凝土的密 实度，增强混凝土的耐久性，则是一个符合工程安全长远利 益的根本性问题。因此，冷养技术是一种能创造更大的社会 经济利益，更受欢迎的新技术。 第二十一章大面积薄板混凝土养护温度 自动调控抗裂技术冷养技术 21.3 课 题 背 景 板面裂损症状 质 量 监 控 本章内容 结 语 研 究 范 围 冷 养 措 施 思考题与习题 经 济 效 益 第二十一章大面积薄板混凝土养护温度 自动调控抗裂技术冷养技术 21.4 课 题 背 景 一. 从冬天剥葱得到的启发 在严冬的低温条件下，葱皮裹得紧紧的、严严实实，怎么样剥也剥 不下来。夏天剥葱皮时，葱皮松松的，只是一带就会完整剥落。这 就是生物结构为了适应环境，自我保护的表现。从这里工程师可以 得到启发。在适宜的低温条件下，工程结构，尤其是混凝土结构， 应该具有较高的密实度和较好的耐久性。 二. 从北方人和南方人的体格对比说起 北方人体格魁伟结实，有很强的耐力。南方人却要矮小孱弱得多。 究其原因，只是气温条件不同而已。与人们的起居生活、饮食结构 、营养水平、锻炼条件并无因果关系。这也是人体结构在适应环境 条件下的一种自然表现。与结实的葱皮一样，结实的人体结构也只 有在适宜的低温条件下才能自然形成。因此，工程师也应该为混凝 土结构尽量营造一个较适宜的低温环境的养护条件。 第二十一章大面积薄板混凝土养护温度 自动调控抗裂技术冷养技术 21.5 课 题 背 景 三. 从混凝土的蒸汽养护到冷汽养护 在北方，要进行冬季低温条件下的混凝土施工，为了防止混凝土被冻 坏，习惯采用蒸汽养护法。混凝土在70以上的高温蒸汽养护下，强 度发展很快；在标准条件（温度203，相对湿度90%以上）下要 28天才能达到的混凝土强度；在蒸汽养护下只需几个小时就可以快速 达到。在混凝土预制构件厂，为了提高功效，也普遍采用蒸汽养护法 组织连续生产，这确实是一个好办法。但是人们也普遍注意到，蒸汽 养护混凝土虽然有理想的早期强度，却没有理想的后期强度。不论是 从混凝土的密实性、抗渗漏能力、抗碳化能力、耐久性和后期强度发 展情况去检查，蒸汽养护混凝土都比普通自然养护混凝土要差；常温 养护混凝土比相对低温养护混凝土要差。据调查研究，北方工程混凝 土的耐氯离子腐蚀能力、耐钢筋锈蚀能力和耐碳化能力，普遍比南方 工程的表现好。南方沿海高温地区的工程，在混凝土耐久性方面受到 的威胁最大。因此，对于一些暴露面积大、易受腐蚀、易被碳化的结 构件，采用低温养护技术，应该是提高结构耐久性的一个好办法。 第二十一章大面积薄板混凝土养护温度 自动调控抗裂技术冷养技术 21.6 研 究 范 围 一. 工程范围 在高温地区采取相对的低温养护技术对混凝土进行养护，是要付出 经济代价的，因此实施低温养护的工程范围应该有个限度。暴露面 积大、易被腐蚀和易遭碳化的混凝土构 件，以不作厚实保温隔热 层的屋面结构和码头面板结构为代表，尤其是大型薄壳屋面，板壳 厚度一般只有4cm5cm，如果能进行低温养护，则必能大幅度提 高其抗腐蚀、抗碳化能力，延长结构使用寿命。 二. 冷养时效 冷养必须付出经济代价，实施冷养时段不宜过长。薄板结构的水泥 水化热升温不高，宜尽量争取早期进行低温养护。在混凝土强度增 长期养护效果会更好。只待实测的板内温度接近板面气温时，即可 开始降温养护，究竟养护的时效如何，从什么时候开始降温，养护 到什么时候，降温控制幅度如何，均应进行系统研究、广泛实验， 待取得成果后才能进行推广。 第二十一章大面积薄板混凝土养护温度 自动调控抗裂技术冷养技术 21.7 板面裂损症状 大型壳体屋面、大型码头面板等板面因为耐腐蚀、耐碳化能力低而出现 的裂缝现象，实际上也就是钢筋锈蚀胀裂现象。加强板面混凝土，尤其 是保护层混凝土的密实度就可以大幅度提高混凝土的抗腐蚀、抗碳化能 力，从而避免钢筋锈蚀现象的出现，也就抑制了板面裂缝的出现。比如 南方某大学礼堂的双曲屋面板裂缝，就是因为薄板碳化导致钢筋锈蚀引 起的。同样，上海展览馆的双曲屋面出现裂缝，也与支承构件大小拱架 无关，完全是由于壳体碳化导致钢筋锈蚀胀裂引起的。要防止板壳裂缝 出现，最好的办法是对壳面进行低温养护，以提高其密实度，增强其抗 碳化能力。据报道，香港曾对93座平均寿命为23年的在用混凝土码头进 行过调查，发现90%以上的码头面板由于抗氯盐腐蚀和抗碳化能力不够 ，也就是混凝土保护层的密实度不够，因而遭到早期损坏，引起钢筋锈 蚀、胀裂，对工程安全的使用造成很大威胁。同样，对国内华南地区进 行的几次码头护岸等大面积薄板或薄壁进行抽样调查，其受腐蚀与碳化 程度也极其严重，钢筋锈蚀胀裂损坏率高达74%89%,平均寿命只有25 年。而对北方工程的抽查时，却发现大面积薄板结构的锈蚀、胀裂现象 要少得多，平均寿命要长得多。因此认为抑制大面积薄板混凝土的裂损 症状的最好办法是冷养技术。 第二十一章大面积薄板混凝土养护温度 自动调控抗裂技术冷养技术 21.8 板面裂损症状 箱型桥梁的面板和腹板裂缝现象也是当前一个很突出的问题。与大 面积屋面板或薄壳板相比，桥面板的厚度已不属于薄板、薄壁或薄 壳范畴，其致裂机理也有很大的不同，但桥面板或箱型梁腹板也有 与大面积薄板相似的一个方面，即其所处的环境条件一样恶劣。很 有必要提高桥面板或箱梁腹板的保护层混凝土密实度，以提高其相 应的耐腐蚀、耐碳化能力，延长其寿命。因此，在桥梁工程中实施 冷养也很有必要。 核反应堆混凝土安全壳的壳板厚度已在1000mm以上，当然不能算作 薄壳范畴了，按常规已属于大体积混凝土范畴，所以其致裂机理也 与薄板或薄壳完全不一样。但从其面积大、要求抗渗透压力特高一 点出发，又与大面积薄板混凝土有某些相似之处，其微裂现象也是 应该控制的。所以对反应堆安全壳进行一定程度的低温养护，也是 很有益处的。 第二十一章大面积薄板混凝土养护温度 自动调控抗裂技术冷养技术 21.9 冷 养 措 施 一. 先期降温措施与习惯采用的大体积混凝土先期降温 措施完全相同 (1) 尽量降低水灰比，以减少单位体积混凝土的水泥用量。建议尽 量在大面积薄板混凝土中不采用高性能混凝土，这样就可以将单位 体积混凝土的水泥用量控制在300kg/m3以下。如果在薄板结构中采 用高性能混凝土，板的厚度太薄，很不利于结构的防腐蚀、防 碳 化。 (2) 尽量使用低热水泥、掺粉煤灰、石粉等掺合料的混合水泥。其 颗粒偏粗一点，水泥水化热就低，有利于降低早期的水泥水化升温 幅度。 (3) 控制混凝土的入模温度。有效办法很多，但还要考虑到工程成 本和经济效益。最简便的办法之一是苫盖砂石料，使之不受太阳曝 晒；二是采用低温井水调制混凝土；三是不使用新出厂的水泥。当 然最有效的措施是用冰水调制混凝土。 第二十一章大面积薄板混凝土养护温度 自动调控抗裂技术冷养技术 21.10 冷 养 措 施 二. 水化升温期降温措施 大面积混凝土不能像大体积混凝土一样，可以采用体内埋管送冷降温措 施，也不可能采用表面冷却措施，这样会加大混凝土体内体外温差幅度 ，促使混凝土表面冷缩裂缝的出现。适宜的办法是要利用大面积混凝土 体量单薄、散热快的特点，适当加快表面散温速度，但又要防止降温速 度过快引起表面干缩裂缝和表面冷缩裂缝。 水化升温期也是冷养收效最佳期，因此，控制这一时段的冷养温度致关 重要。最有效的办法是架空苫盖混凝土表面，使之不受高气温或太阳辐 射热的干扰；使之既保持良好的通风条件，又拥有适宜的环境湿度和偏 低的环境温度。切不可采用草袋苫盖等用于大体积混凝土养护的手段去 养护薄壁混凝土，在有条件的情况下，采用蓄冷水养护或喷淋冷水养护 效果最佳。 三. 后期冷养措施 等混凝土过了水化热升温阶段，在正常环境条件下进行低温养护，能收 到良好的效 果。但又得控制工程成本，不可能采取其他正式的送冷风 低温养护等措施，唯一有效的办法是，在后期养护中，绝对避免混凝土 表面遭高温曝晒。 第二十一章大面积薄板混凝土养护温度 自动调控抗裂技术冷养技术 21.11 冷 养 措 施 四. 充分利用低温条件施工 最经济、最有效的冷养技术是充分利用天然条件和低温季节，施工大面 积薄板混凝 土，尽量避免在高温季节浇筑薄壳屋盖、码头面板等敏感 性工程。尤其在北方人们往往因为担心混凝土在低温条件下结冰冻坏， 而尽量回避低温季节施工，当然这也是必要的。但是应该明白，混凝土 尤其是大面积薄板混凝土的最佳施工气温是+5+10，千万不能错 过了这一黄金时段。 五. 测温技术 大面积混凝土因为体量薄、散热快，不像大体积混凝土那样会出现那么 高的体内水化热升温，不需要进行那么严格及时的体内外温度测量与监 控。因此，也就没有必要进行温度自动调控。但在薄板内留置少量的测 温孔，与养护条件下的混凝土表面温度进行对比观测，总结冷养效果， 还是必要的。每昼夜最少观测两次，一次在晚上或凌晨，一次在午后3 点 左右。 第二十一章大面积薄板混凝土养护温度 自动调控抗裂技术冷养技术 21.12 质 量 监 控 冷养温度最好控制在15以下，这当然还得尽量利用低温季节施工 的有利条件，在北方，是很容易实现的。在南方，在盛夏条件下施 工，则创造+15以下的养护条件将付出一定的经济代价，显然是不 受欢迎的。 冷养效果可以用以下的质量检测手段进行测试，以下是对比分析。 (1) 混凝土强度对比：拉拔试验； (2) 混凝土密实度对比：抗渗试验。 只要混凝土的强度和密实度有了提高，尤其是保护层的致密性有了 提高，薄板结构的耐碳化与耐腐蚀能力就提高了，达到了冷养目的 。 无条件进行拉拔试验和抗渗试验的工地，也可以用回弹试验和放大 镜直接观察的方 法，以分辨混凝土保护层的致密性。 第二十一章大面积薄板混凝土养护温度 自动调控抗裂技术冷养技术 21.13 经 济 效 益 在高温条件下施工而采取冷养技术是要付出经济代价的 ，只有不得已而为之。但只要能提高薄板尤其是薄壳混 凝土的使用寿命1/3，其最终经济效果仍是可观的。 尽量利用低温季节施工薄板或薄壳混凝土，是完全可能 实现的，尤其在北方地区争取在+5+10条件下的 黄金季节施工，更能收到良好的技术效果，达到延长结 构寿命的目的，却不必付出额外的经济代价，这显然具 有很好的社会效益和经济效益。 第二十一章大面积薄板混凝土养护温度 自动调控抗裂技术冷养技术 21