混凝土桥梁冬期施工及技术对策PPT课件.ppt

混凝土桥梁冬期施工及技术对策 1 2020 3 19 1混凝土桥梁冬期施工1 1冬期施工冬期施工是指根据当地多年气温资料 室外日平均气温连续5天稳定低于5 时混凝土 钢筋混凝土 预应力混凝土及砌体工程等的施工 2 2020 3 19 规范的这一界定主要是考虑我国北方地区气温资料统计 当平均气温为5 时 昼夜温差变化其最低气温在0 2 之间者居多 根据试验测定 混凝土中的水也正是在 1 2 开始结冰 即这一温度混凝土开始受冻 对于气温低于 30 的严寒地区 由于施工难度太大 费用太高 建议冬期不施工 3 2020 3 19 冬期施工的工程 应预先做好冬期施工组织计划及准备工作 对各项设施和材料应提前采取防雪 防冻等措施 对钢筋的冷拉和张拉 还应专门制定施工工艺要求及安全措施 4 2020 3 19 1 2混凝土桥梁冬期施工问题1 构件混凝土强度增长缓慢 后期强度增长不足混凝土强度的增长取决于水泥水化反应的结果 水泥的水化反应和水的温度有关 当水的温度降低时 水泥的活性减弱 水化反应速度减慢 混凝土强度也有降低 5 2020 3 19 表1 1不同受冻龄期对混凝土强度的影响 6 2020 3 19 新浇筑的混凝土经受早期受冻 强度均会降低 其原因为 1 水冻结冰后 体积增加9 由于冻结使混凝土体积膨胀 在解冻后孔径保留下来 因此 混凝土受冻后孔隙率显著提高 而密实度降低 如果孔隙率增加到15 16 其强度就会降低10 7 2020 3 19 2 在骨料周围有一层水膜或水泥浆膜 在受冻后其黏结力受到严重损害 即使解冻后也不能恢复 据有关丧失黏结力的研究资料表明 如果黏结力完全丧失 强度降低13 3 在冻结和解冻的过程中 会发生水分迁移现象 水分的体积也有变化 混凝土中的各组分体积膨胀系数又各不相同 使得混凝土的体积及各组分的相对位置有所改变 这对于当时的强度仍然很低的混凝土是承受不住的 结构因而产生裂纹 8 2020 3 19 2 构件混凝土表面出现裂缝 裂缝 9 2020 3 19 10 2020 3 19 3 施工中易发生低温的技术问题或安全问题普通钢筋焊接问题 预应力筋张拉问题等 11 2020 3 19 2冬期混凝土施工目标要求1 目标冬期施工通过原材料保温与加热 使混凝土入模成型后保持一段正温时间 通过水化放热 再采取一定保温措施 使强度较快上升 在受冻前达到受冻临界强度 使混凝土具有一定抗冻能力 12 2020 3 19 2 混凝土受冻临界强度冬期施工的混凝土强度增长可分为二个阶段 受冻前的增长与受冻后的增长 指混凝土构件表面受冻 为了保证在负温下 混凝土总体强度的增长速度大于施工自重荷载的增长 同时也防止混凝土的冻膨破坏 混凝土必须在受冻前具有一定的抗冻界限强度 称为受冻临界强度 即混凝土只要在受冻前达到受冻临界强度 再受冻时对强度不会有大影响 转为常温后 强度的增长仍可达到设计的强度等级 13 2020 3 19 3 施工规范要求冬期施工期间 用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥配制的混凝土 在抗压强度未达到设计强度的40 及5MPa时 用矿渣硅酸盐水泥配制的混凝土 在抗压强度未达到设计强度的50 时 不得受冻 14 2020 3 19 建筑工程冬期施工规程规定 混凝土采用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥配制时 受冻临界强度应为设计强度标准值的30 采用矿渣水泥配制时应为设计强度标准值的40 掺防冻剂的混凝土 当室外气温不低于 15 时不得小于4MPa 当室外气温不低于 30 时不得小于5MPa 15 2020 3 19 表2 1混凝土暴露于冰冻条件下不引起损坏的龄期 16 2020 3 19 最低混凝土入模温度值根据气温 5 10 15 通过热工计算 要保证混凝土入模温度不低于5 17 2020 3 19 3对砼原材料及外加剂要求3 1水泥配制混凝土时 宜优先选用硅酸盐水泥 普通硅酸盐水泥 水泥的强度等级不宜低于32 5MPa 水灰比不宜大于0 5 18 2020 3 19 采用蒸汽养护时 宜优先选用矿渣硅酸盐水泥 用加热法养护掺外加剂的混凝土 严禁使用高铝水泥 使用其他品种的水泥时 应注意其掺合材料对混凝土强度 抗冻 抗渗等性能的影响 19 2020 3 19 3 2砂 石子 水 掺和料质量符合国家标准骨料中不得含有冰 雪和冻块 20 2020 3 19 3 3混凝土防冻剂1 能使混凝土在负温下硬化 并在规定养护条件下达到预期性能的外加剂称为防冻剂 21 2020 3 19 2 防冻剂机理防冻剂一般由减水组分 防冻组分 引气组分 早强组分组成 通过防冻组分降低冰点 使混凝土在负温下仍能进行一定的水化作用 通过早强组分加快早期强度增长 通过减水组分减少可冻结水量 通过引气组分生成较多独立封闭空气泡 改善防冻抗冻孔结构 混凝土只要达到受冻临界强度之后受冻 转成常温后 其最终强度基本不受影响 22 2020 3 19 3 性能指标表3 1掺防冻剂受检混凝土性能指标 23 2020 3 19 4 使用选择 1 在日最低气温为0 5 时 混凝土采用塑料薄膜和保温材料覆盖 可采用早强剂或早强减水剂 2 在日最低气温为 5 10 10 15 15 20 采用保温措施时 宜分别采用规定温度为 5 10 15 的防冻剂 3 防冻剂的规定温度为按 混凝土防冻剂 JC475 92 规定的试验条件成形试件 在恒负温条件下养护的温度 施工使用的最低气温可比规定温度低5 24 2020 3 19 4 公路桥涵施工技术规范规定在钢筋混凝土中掺用氯盐类防冻剂时 氯离子的含量不得超过规范规定 且不应采用蒸汽养生 当采用素混凝土时 氯盐掺量不得大于水泥质量的3 掺用引气剂 引气型减水剂及防冻剂 应符合现行国家标准 混凝土外加剂 GB8076 的规定 预应力混凝土不得掺用引气剂 引气型减水剂及氯盐防冻剂 25 2020 3 19 4混凝土材料保温与加热4 1公路桥涵施工技术规范要求拌制混凝土的各种材料的温度 应满足混凝土拌合物拌成后所需要的温度 各种材料需要加热的温度应根据冬期施工热工计算公式计算确定 26 2020 3 19 4 2混凝土拌合的温度1 热工计算涉及的混凝土拌合温度 27 2020 3 19 1 混凝土成型完成时的温度T3考虑了模板和钢筋吸热影响 混凝土成型完成时的温度为T3 T3与T2有关系 2 混凝土拌合物经运输至成型完成时的温度T2T2与T1有关系 3 混凝土拌合物的出机温度T1T1与T0有关系 4 混凝土拌合物的温度T0T0与混凝土各材料 水 水泥 砂 石 的用量 温度有关系 当各材料的温度高时 混凝土拌合物的温度T0愈高 28 2020 3 19 2 工程上应关注的混凝土拌合温度 1 混凝土成型完成时温度T3或T2 又称为混凝土入模温度 2 混凝土拌合物的出机温度T1一般情况混凝土的入模温度不应低于5 故计算时混凝土拌合物出机温度T1可按不低于10 考虑 29 2020 3 19 4 3原材料的保温与加热当各原材料的原有温度不满足 应在工程上采取对原材料进行保温或加热措施 30 2020 3 19 1 对于最低气温不低于 15 情况 原材料加热措施主要指对水加热 当水加热不能满足时 再对骨料加热 主要指砂子 但不应超过表4 1规定 表4 1拌合水及骨料最高温度 31 2020 3 19 当骨料不加热时 水可加热到100 但水泥不应与80 以上的水直接接触 投料顺序为先投骨料和已加热的水 然后再投入水泥 水泥 石子一般是采用保温措施 32 2020 3 19 2 砂 石子的保温 宜在冬期施工前运入施工专用现场 在突变降温降雪之前用帆布覆盖或搭设棚架保温 减少降温 并避免结冻与降雪的混入 砂 石子含水量要低 水泥应放在保温棚里 搅拌机应放在有热源的保温棚内 33 2020 3 19 5混凝土的搅拌冬期搅拌混凝土时 骨料不得带有冰雪和冻结团块 严格控制混凝土的配合比和坍落度 投料前 应先用热水或蒸汽冲洗搅拌机 投料顺序为骨料 水 搅拌 再加水泥搅拌 时间应较常温时延长50 34 2020 3 19 6混凝土的运输与浇筑1 混凝土的运输时间应尽可能缩短 运输混凝土的容器应有保温措施 2 混凝土采用泵送浇筑时 输送管道应用保温材料包裹保温 减少混凝土在输送过程中的散热降温 混凝土在浇筑前应清除模板 钢筋上的冰雪和污垢 成型开始养护时的温度 用蓄热法养护时不得低于10 用蒸汽法养护时不得低于5 细薄结构不得低于8 35 2020 3 19 冬期施工接缝混凝土时 在新混凝土浇筑前应加热使接合面有5 以上的温度 浇筑完成后 应采取措施使混凝土接合面继续保持正温 直至新浇筑混凝土获得规定的抗冻强度 36 2020 3 19 浇筑预应力混凝土构件的湿接缝时 宜采用热混凝土或热水泥砂浆 并应适当降低水灰比 浇筑完成后应加热或连续保温养护 直至接缝混凝土或水泥砂浆抗压强度达到设计强度的75 37 2020 3 19 7混凝土的养护7 1桥梁混凝土常用养护方法蓄热法 蒸汽加热法 电热法 暖棚法 38 2020 3 19 7 2蓄热法通过原材料的保温及预加热 使混凝土入模具有一定正温 不低于5 利用水泥水化反应放热 再采取一定保温与掺入防冻剂的综合蓄热措施 使混凝土在受冻前正温条件下尽快达到受冻临界强度与受冻后在负温条件下强度仍有一定增长的施工或养护方法 39 2020 3 19 有较高的入模温度与较好保温措施 减少降温梯度至关重要 混凝土受冻后强度增长缓慢 防冻剂起主要作用 混凝土浇筑后应在裸露表面及时铺塑料薄膜保水保温 待终凝后稍有强度再铺草袋子之类保温材料覆盖 40 2020 3 19 1 适用条件 1 气温条件为平均气温 12 平均气温主要指混凝土入模开始至温度t 0 或冰点这一阶段的平均温度 2 结构体型条件 以结构表面系数M m 1 进行控制 适用条件5 M 15 当M 5时属较厚大结构 宜采用蓄热法养护 41 2020 3 19 2 公路桥涵施工技术规范规定 1 蓄热方法应根据环境条件 经过计算在能确保结构物不受冻害的条件下采用 2 应采取加速混凝土硬化和降低混凝土冻结温度的措施 3 混凝土应采用较小的水灰比 4 对容易冷却的部位 应特别加强保温 5 不应往混凝土和覆盖物上洒水 42 2020 3 19 7 3蒸汽加热法混凝土在冬期条件下施工时 为使其强度增长较快 当采用蓄热法无法满足要求时 通常采用蒸汽加热法施工 即利用蒸汽的热湿作用加热混凝土 使混凝土快速硬化 加速获得所需要的强度 蒸汽养护虽然简便 但要保证获得优质的混凝土制品却是一个复杂的问题 其中关键问题是选择一套合理的养护制度 否则混凝土的质量不能得到保证 43 2020 3 19 7 3 1公路桥涵施工技术规范规定1 用蒸汽加热法养护混凝土时 混凝土的升 降温速度不得超过表7 1的规定 表7 1加热养护混凝土的升 降温速度 h 44 2020 3 19 2 模板的拆除应符合下列规定 1 根据与结构同条件养护试件的试验 证明混凝土已达到要求的抗冻强度及拆模强度后 模板方可拆除 2 加热养护结构的模板和保温层 在混凝土冷却至5 以后方可拆除 当混凝土与外界气温相差大于20 时 拆除模板后的混凝土表面应加以覆盖 使其缓慢冷却 45 2020 3 19 7 3 2蒸汽加热法流程混凝土散热降温通常是从表面向内部发展 表里温差越大尤其是温度梯度越陡 表层较冷混凝土在内层较热混凝土约束下所产生的收缩拉应力就越大 越容易引发裂缝 这种裂缝也是一种温度收缩裂缝 构件采用蒸汽养护时 由于温度降温制度控制不好 降温过快或构件急于出池 急速揭盖 均使混凝土表面剧烈降温 导致构件表面出现裂缝 这就是混凝土表面干缩在内部约束下引发的表面性裂缝 46 2020 3 19 蒸汽养护的合理循环作用 放置3 4小时 直到混凝土发生初凝之后 才开始加热升温 升温期 10 15 h升温到最高温度60 左右为止 继续通蒸汽4小时 其温度维持在50 左右 冷却期 此时防止蒸汽散失的帆布仍罩在混凝土上 使之较慢而较均匀地冷却 47 2020 3 19 暴露期 此时防蒸汽逸去的帆布已拿走 而混凝土暴露在大气中 这时必须防止表面收缩 龟裂 应根据环境条件 应及时覆盖草袋等并及时加水养护 蒸汽养护构件时 严格控制升温速度不大于10 15 h 恒温温度不大于50 降温不大于10 h 拆模前揭开蓬布时梁体温度与环境温度差不得大于20 气温急剧变化或干燥 温度 20 大风天气不宜拆模出槽 48 2020 3 19 表面温度裂缝是构件表面与内部混凝土温差较大而引起的 因这种温差仅在混凝土构件的表层较大 离开表层就很快减弱 故裂缝只在表层出现 表层以下混凝土结构仍完整 它影响混凝土的外观质量 严重时会产生表层剥离 49 2020 3 19 1 实例 1 设计图 7 3 3防止混凝土温度收缩裂缝的产生 A桥左幅9号主墩构造立面图 50 2020 3 19 A桥左幅9号主墩构造侧面图 51 2020 3 19 A桥左幅9号主墩构造平面图 52 2020 3 19 A桥左幅9号主墩墩身钢筋构造图 53 2020 3 19 2 施工情况A桥9号承台于2004年12月12日浇筑完成 A桥9号桥墩墩身混凝土为一次浇筑完成 A桥左幅9号主墩混凝土强度等级为C30 水泥采用325号硅酸盐水泥 每立方米混凝土材料为水泥390kg 砂668kg 碎石1249kg 水121kg 外加剂1 56kg 承台混凝土强度等级为C25 设计方量为321 2m3 现场于2005年2月2日14 20开始浇筑 浇筑平均温度3 3 总计浇筑时间为22个小时 54 2020 3 19 墩身顶的长度为23 5m 墩身底的长度为18 0m 宽度为3 4m 墩中心高度为4 09m 平均每层浇筑时间为2 2小时 每小时浇筑方量为15 24m3 混凝土于2005年2月3日13 10结束 浇筑混凝土时最高气温为5 1 最低气温为1 1 浇筑结束后采用在墩顶覆盖土工布 侧面利用钢模板覆盖洒水进行养护 在2005年2月8日早晨混凝土强度达到拆模强度后拆除侧模 即在浇筑混凝土后第6天拆除钢模板 拆除后混凝土采用土工布覆盖养护 并在夜间用电钨灯照明和加热养护 拆模时气温为5 55 2020 3 19 3 墩身裂缝 A桥左幅9号墩东侧立面裂缝分布图 56 2020 3 19 注 表示未测量该数据 57 2020 3 19 A桥左幅9号墩西侧立面裂缝分布图 58 2020 3 19 59 2020 3 19 A桥左幅9号墩墩顶裂缝分布图 60 2020 3 19 2 大体积混凝土 1 定义我国 公路桥涵施工技术规范 JTJ041 2000 在条文11 6 2的说明中指出 必须控制大体积混凝土的温差在设计要求之内 当设计无要求时 温差以不超过25 为宜 这一要求适合于最小边尺寸在1 3m范围内的大体积混凝土 61 2020 3 19 美国混凝土学会 ACI 规定 任何就地浇筑的大体积混凝土 其尺寸之大 必须要求采取措施解决水化热及随之引起的体积变形问题 以最大限度减少开裂 日本建筑学会标准 JASS5 规定 结构断面最小厚度在80cm以上 同时水化热引起混凝土内部的最高温度与外界气温之差预计超过25 的混凝土 称为大体积混凝土 大体积混凝土的共同特征是结构厚实 混凝土量大 水化热使结构产生温度和收缩变形 应采取相应技术措施尽可能减少温度收缩变形引起的开裂 62 2020 3 19 2 混凝土水化热温度变化规律由图可见 在龄期 3d时 混凝土中心温度最高温度Tmax达到54 6 在拆模时 龄期 6d 混凝土中心温度Tmax达到54 0 63 2020 3 19 3 裂缝原因在实际施工中 常常是先浇筑承台混凝土 并伸出一定数量的露头钢筋达一定长度以加强承台与墩身的粘结 待承台混凝土硬化之后再进行桥墩混凝土的施工 桥梁承台厚度和宽度比较大 刚度很大 桥墩混凝土受到承台的约束是较大的 64 2020 3 19 桥墩混凝土在浇筑初期产生大量水化热 内部温度迅速升高 体积膨胀 但由于混凝土的弹性模量很小 故会产生很小压应力 在混凝土硬化后期冷却收缩时 由于承台混凝土的约束和混凝土弹性模量的增大 在桥墩混凝土中产生较大拉应力 当拉应力超过混凝土抗拉极限强度时会产生裂缝 65 2020 3 19 4 主要影响因素及对策a 温度收缩裂缝的主要影响因素 水化热水化热是混凝土温度收缩裂缝产生的主要物质来源 浇筑温度混凝土的内部最高温度与浇筑温度有着非常密切的关系 66 2020 3 19 内外约束条件当内外约束条件所引起的制约不足以抵抗大体积混凝土混凝土因其温度变化所产生的应力和应变时 混凝土就会开裂 养护条件通过适当的养护条件以保持混凝土表面温度 可以减小混凝土内外温差 防止混凝土开裂 67 2020 3 19 b 防治温度收缩裂缝的对策 配合比设计 降低混凝土浇筑温度 保温法 冷却水管法 其他方面 68 2020 3 19 8孔道压浆8 1公路桥涵施工技术规范规定预应力混凝土的孔道压浆应在正温下进行 压浆过程中及压浆后48h内 结构混凝土的温度不得低于5 否则应采取保温措施 69 2020 3 19 8 2关于孔道压浆的问题1 孔道压浆的作用 1 排除孔道内的水和空气 防止预应力筋腐蚀 保证预应力混凝土构件的耐久性 2 保证预应力钢筋通过水泥浆与构件体混凝土结成整体 以与设计计算的截面图示 换算截面 一致 3 减缓可能锚具上预应力筋滑移引起的突然损坏 有利于保证预应力混凝土的实际抗裂与承载力 70 2020 3 19 2 现场预应力混凝土箱梁与T梁解剖调查结果 71 2020 3 19 72 2020 3 19 73 2020 3 19 74 2020 3 19 75 2020 3 19 76 2020 3 19 77 2020 3 19 78 2020 3 19 79 2020 3 19 80 2020 3 19 81 2020 3 19 3 普通孔道压浆的工艺完善 孔道压浆是一项具体 细致的施工工艺 是整个构件预应力施工程序中最重要方面之一 并依赖于工人的正确与熟练操作技术 82 2020 3 19 钢绞线横断面图 由于孔道压浆属于隐蔽工程 所以预防重于事后处理 a 使用金属波纹管与钢绞线后水泥浆泌水 在预应力混凝土结构中使用的钢绞线 其单根钢丝的名义直径一般在4 6mm范围内 83 2020 3 19 从钢绞线的横断面构造可以看到 在外围的6根钢丝和中心钢丝间存在6个由3段圆弧构成的三角形构造空隙 正是这种构造空隙 使得钢绞线具备了和以往采用的粗钢筋或成束直钢丝所没有的一个特点 即 力筋外部水泥浆里的多余水分可以通过钢绞线中的构造空隙外渗 而水泥颗粒仍然留在水泥浆内 对于垂直或近于垂直的孔道来说 孔道中的钢绞线 成了灰浆中水分的通道 其结果是加大了压浆后灰浆的泌水率 84 2020 3 19 b FIP1975对后张预应力孔道压浆的规定要点 孔道两端的灰浆进 出口和最高处的排气口应设置阀门 必须使用高速搅拌机制备灰浆 桨叶的转速至少为1000r min 桨叶的最高线速限制在15m s以内 拌和时间不宜超过4min 灰浆泌水率控制在1 85 2020 3 19 压浆时浆体在孔道中的流速应控制 不宜超过6 12m min 压浆最后阶段 在出口阀门关闭后 必须在0 5MPa压强下保压5min 86 2020 3 19 c FIP1978针对钢绞线中存在的构造空隙是水分通道这一现象及垂直孔道的压浆的专门说明 压浆时应从孔道低端进浆 高端出浆 压浆速度过快 有可能因灰浆不能充分横向流动而在捆扎成束的钢绞线间滞留气泡 钢绞线中钢丝间的构造空隙是游离水分的通道 由此加大了灰浆的泌水量 并加速了泌水过程 87 2020 3 19 当采用压力补浆时 可以从低端进浆 也可以从高端进浆 在压力作用下 灰浆中的游离水分从钢绞线两端的断口中被挤出 补浆时压强从0开始 缓慢升压 15 20min后到达5 10atm 补浆过程应持续1 4h 直到钢绞线断口再无水分滴出 灰浆压补不