478费成效-毕守一-混凝土施工早期受冻防治技术研究2011217.doc

文章编号:1002-5634(2010)00-0000-00收稿日期:2011-01-03基金项目:安徽省高等学校省级质量工程重点项目（2008jyxm171）作者简介:费成效(1978),男,安徽当涂人,安徽水利水电职业技术学院讲师、工程师,主要从事水利工程施工组织与管理的研究.混凝土施工早期受冻防治技术研究费成效1，毕守一2，黄百顺2（1.河海大学,江苏 南京 210098;2.合肥工业大学,安徽 合肥 231603）摘 要:低温早期受冻引起的混凝土结构破坏严重，混凝土强度无法达到设计的强度要求。作者对低温季节里混凝土受冻破坏机理进行了分析，强调了混凝土早期防冻的必要性，并提出了有效的防冻措施。关键词:低温季节;混凝土;受冻模式;防冻措施;治淮工程低温一般出现在冬春两季，我国大部分地区正值枯水季节，是水利工程冬修以及度汛工程施工的黄金季节。但对于低温环境下混凝土施工技术，很多施工管理人员对其了解和掌握不够，有的还存在误区，采取一些不当措施，造成混凝土强度损失很大，导致质量事故。1 低温季节混凝土施工原理1.1 低温季节施工气温标准日平均气温连续5d稳定在5以下或最低气温连续5d稳定在-3以下时，按低温季节施工5。值得注意的是，同一气温在冬季初、末两个时期，由于料堆内部温度比外界气温变化滞后，入冬时虽降至冰结温度，但料堆内部仍比外界气温高，有一定的滞后；同理，入春转暖后，料堆温度仍然处在负温。因此，同一气温在入冬和冬季结束两个时间，需采取不同的应对措施。1.2 混凝土早期受冻损害的机理新拌混凝土中水泥初凝后，在胶凝期间受冻，冻结速度缓慢，内部水分逐渐转移。强度损失的大小，主要取决于水分移动程度，后期强度损失可达20%40%。由于冻结温度较高，在06左右，容易被忽视，是一种常见的受冻模式。混凝土受冻破坏主要是水分冻结后体积增大引起压力，混凝土硬化期间水分在混凝土内部重新分布，凝结成冰聚体，造成极为严重的物理损害。冷却从混凝土表面逐渐扩展至混凝土的芯部。气温达到负温时，水凝结成冰，部分冰晶从水泥颗粒脱离，破坏水泥水化所形成的结晶骨架。此外，它还逐步减弱内部各组分间的粘结力，降低粘聚力，水分移动并以冰膜的形式包裹粗骨料及钢筋的表面，在毛细作用下逐渐加厚。当混凝土为密实级配时，冰膜的形成更快，最终完全破坏了水泥砂浆与粗骨料、钢筋间粘结力。当混凝土融化时，冰膜、冰聚体亦随之消失，混凝土内部会形成空隙，混凝土的密实性及耐久性降低。这种受冻破坏主要是由水分转移引起的，而缓慢受冻又为水分转移提供便利条件，因此，在-5下冻结，强度的损失比在-20下冻结还要大3。2 防冻措施的选择混凝土防冻措施分为三类：混凝土养护期间不加热的方法，即蓄热法、掺化学外加剂法；养护期间加热的方法，即电极加热法、电器加热法、感应加热法、蒸汽加热法和暖棚法；综合方法，即综合上述两类方法，如在蓄热法基础上掺加外加剂（早强剂或防冻剂）或进行短时加热等综合措施。从低碳节能和降低成本的角度考虑，应优先选用不加热的施工方法或综合方法。因此，蓄热法因经济适用而得到广泛应用。下面以治淮重点工程荆山湖退洪闸工程为例介绍蓄热法原理以及应用。3 应用举例荆山湖退洪闸工程冬季的混凝土施工3.1 工程概况工程位于淮河中游荆山湖行洪区内，气象统计资料显示当地1月份平均气温为1.1，为年内最低，历史极低气温曾达到零下21。施工期间，2004年1月13日，实测最低气温达到零下11，并伴随有7级以上大风。冬季混凝土施工主要包括：闸门槽二期混凝土、排架柱混凝土、交通桥大面积薄层混凝土铺装、混凝土护坡预制块制作。3.2 混凝土冬季施工防冻措施工程主要采用暖棚蓄热法、热水拌制混凝土、蒸汽加热等方法。当气温达到低温季节施工期气温标准有关规定时，即对正在施工和未达到抗冻龄期的混凝土采取相应保温防冻措施。3.2.1 混凝土冬季施工的基本措施优先选用普通硅酸盐水泥，严禁混用不同品种的水泥。如交通桥薄层混凝土铺装均使用42.5级普通硅酸盐水泥。不使用洒水养护方法，改用表面覆盖塑料薄膜和泡沫板等不易吸水的材料进行保湿，防止水分蒸发。避免混凝土表面出现薄冰。掺加早强防冻剂，使混凝土提前达到防冻强度，避免混凝土早期受冻。如南京水科院瑞达公司HLC-6防冻剂。在浇筑仓面外围搭建防风暖棚，根据气温高低采用柴火或蒸汽加热等防冻措施。适当推迟模板拆除时间，严禁在温度骤降的当天进行模板拆除作业。非承重模板拆除时，混凝土强度必须大于允许受冻的临界强度或成熟度值；承重模板的拆除应经过计算确定4。3.2.2 砂、石骨料的预加热采用蒸汽针法，在砂、石料堆中插入蒸汽管直接进行加热。3.2.3 混凝土拌制骨料入机温度应高于5，水加热至4060，水温不宜超过60。搅拌时按照砂石、水、水泥的顺序依次进料，防止出现假凝。另外，搅拌时间延长30秒以保证和易性及流动性。3.2.4 混凝土输送及管道布置混凝土搅拌车输送熟料至混凝土输送泵，输送泵应在暖棚内，保证出罐温度控制在1318，入仓温度在10以上，确保泵送混凝土输送顺畅。避免输送管道（含直、弯接头）与冷空气直接接触，须用保温泡沫覆盖并将其包裹起来，减少热量损失。3.2.5 混凝土养护工艺混凝土浇筑完毕后，立即在新浇混凝土表面覆盖塑料薄膜，加盖草帘和防寒泡沫，并停止洒水养护作业。3.2.6 温度测量温度观测应设专人负责，间隔时间3h。测温时，温度计应避免与冷空气接触，并在混凝土内部停留5分钟以上。若发现温度变化异常，应立即汇报，及时采取措施。3.3 混凝土蓄热养护冷却至0 的时间混凝土蓄热养护开始至任一时刻t的温度为， （1）混凝土蓄热养护开始至任一时刻t的平均温度为，（2）式中:t为混凝土蓄热养护开始至任一时刻的时间(h)；Tm，为混凝土蓄热养护至任一时刻t的平均温度（），可取蓄热养护开始至t时气象预报的平均气温，若遇大风雪及寒潮降临，可按每时或每日平均气温计算；c为混凝土的质量密度（kg/m3）；mce为每立方米混凝土的水泥用量（kg/m3）；cce为水泥累计最终放热量（KJ/kg）；ce为水泥水化速度系数（h-1）；为透风系数；为结构表面系数（m-1），为混凝土结构表面积与混凝土结构总体积比值；K为维护层的总传热系数（KJ/(m2hK)）；e为自然对数之底，可取e=2.72；，,为综合参数2。当需要计算混凝土蓄热养护冷却至0的时间时，可根据公式(1)采用逐次逼近的方法进行计算，如果实际采取的蓄热养护条件满足K50时，也可按下式直接计算:, （3）式中t0为混凝土蓄热养护冷却至0 的时间(h)。混凝土蓄热养护开始冷却至0 的时间t0内的平均温度，可根据公式（2）取t=t0进行计算。根据上述公式（2）算出的混凝土蓄热养护的平均温度Tm和混凝土冷却至0 的时间t0，即可根据混凝土增长曲线求出混凝土在此养护过程中能达到的强度，并看其是否满足混凝土受冻临界强度的要求。如满足要求则事先制定的施工方案（材料加热温度、保温措施等）是可行的，否则可采取下列措施：a. 混凝土浇筑后短时加热，延长混凝土冷却至0的时间。b. 提高水及骨料的温度，但不能超过规范规定的上限值。c. 改善蓄热保温措施，更换或加厚保温材料，使混凝土散热减缓，提高混凝土的平均养护温度。d. 缩短运输路线，减少倒运次数，尽可能减少热量散失。4 结 语低温季节混凝土施工，早期混凝土受冻预防工作是非常重要的。另外，大体积混凝土还要防止因温差过大引起温度裂缝1。荆山湖退洪闸工程由于参建各方重视、精心组织施工，增加资源投入，采取保温措施得当，混凝土工程质量均达到设计要求，先后浇筑的21批门槽二期混凝土均符合质量要求，桥面铺装层和预制混凝土护坡同条件下养护试件，28天抗压强度均达到设计强度，浇筑后混凝土均未出现受冻破坏现象。工程获得2009年水利行业最高奖大禹奖。参 考 文 献1 李东升，金正浩，苏加林，等. 混凝土冬季施工M.北京:中国水利水电出版社,2001.2 赵志缙,应惠清.建筑施工M.上海:同济大学出版社,2004 .3 李冬梅.冬期施工混凝土受冻模式和防冻剂作用机理初探J.吉林建筑工程学院学报,2006(9):75-78.4 唐明,苏金海,费成效.对水利工程冬季混凝土施工的探讨J.治淮,2005(11):25-26.5 陈福厚、周厚贵、史振寰、刘文彦，等. DLT5144-2001. 水工混凝土施工规范S.北京:中国电力出版社,2002.The research of concrete construction early whostillhave prevention and control technology FEI Cheng-xiao1 ，BI Shou-yi2，HUANG Bai-shun2 (1、Hohai University , Nanjin ,210098 ;2、HeFei University of Technology, Hefei ,230009)Abstract：The concrete structure aroused from low temperature freezing harm is destroyed severely. It doesnt fulfill request to design and construction for concrete intensity decrease. It is analyzed and discussed from the concrete freezing harm mode in the paper. Emphasizes the neces