混凝土冬季施工探讨论文

目目 录录 摘要摘要 1 第第 1 章章 混凝冬季土施工特点混凝冬季土施工特点 2 第第 2 章章 混凝土冬季施工原理混凝土冬季施工原理 3 2 1 混凝土冬季施工期的气温标准 3 2 2 混凝土的凝结硬化和温度的关系 3 第第 3 章章 冬季混凝土施工受冻问题分析冬季混凝土施工受冻问题分析 4 3 1 温度与砼强度的关系 4 3 2 砼应预防早期冻害 4 第第 4 章章 混凝土冬季施工方法主要理论混凝土冬季施工方法主要理论 5 4 1 负温混凝土 机理 方法 6 4 2 临界强度 理论 方法 6 第第 5 章章 混凝土冬期施工的一般要求混凝土冬期施工的一般要求 7 5 1 混凝土一般要求 7 5 2 混凝土的材料要求和配合比设计要求 7 5 2 1 混凝土的材料要求 7 5 2 2 混凝土的配合比设计要求 8 第第 6 章章 混凝土冬季施工措施混凝土冬季施工措施 9 6 1 创造混凝土强度快速增长的条件 9 6 2 增加混凝土的拌和时间 9 6 3 减少拌和 运输 浇筑中的热量损失 9 6 4 预热拌和材料 9 6 5 提高混凝土强度等级 9 6 5 1 采用蓄热法 9 6 5 2 外加热法 9 6 5 3 防冻法 10 6 5 4 综合法 10 第第 7 章章 混凝土冬季养护措施混凝土冬季养护措施 11 7 1 蓄热法 11 7 2 外部加热法 11 7 3 抗冻外加剂 11 总结总结 12 参考文献参考文献 13 致谢致谢 14 摘摘 要要 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 关关键键词词 混凝土 冬季施工 方法 第第 1 章章 混混凝凝 冬冬季季 土土施施工工特特点点 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 第第 2 章章 混混凝凝土土冬冬季季施施工工原原理理 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 第第 3 章章 冬冬季季混混凝凝土土施施工工受受冻冻问问题题分分析析 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 第第 4 章章 混混凝凝土土冬冬 季季施施工工方方法法主主要要理理论论 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害 当水泥 水化所需要的水随着水化进程增多时 可由融冰来补充 直到含冰量 减少并逐渐消失 尽管掺抗冻外加剂 仍需提防第二种受冻模式造成的损害发生 产 生这种受冻现象的条件是正负温度反复交替出现 混凝土的冷却及受 热的速率是1 5 h 一般是初春及初冬 以及冬季气候转暖出现融 冰时刻 当空气中相对湿度增加 混凝土中水泥及抗冻外加剂用量大 时 受冻模式就会加速进行 这时外加剂溶液会在混凝土中发生迁移现 象 并可能在构件中某些部位集中 这些部位多是表面 截面变动处 构 件内有缺陷处 然后有结晶析出 并可能体积增大 在构件内造成局部 损害 因此造成负温混凝土耐久性降低的原因 可能不只是遭受寒流 的袭击 还要注意突然来临的暖流 4 2 临界强度 理论 方法 受冻临界强度是指混凝土抵抗负温冻害时的最小强度 对于不同 负温下冻结或用不同品种水泥拌制的混凝土 或不同等级的混凝土 其 受冻临界强度值不同 当采用不同防冻剂时其受冻临界强度值也不同 临界强度 即混凝土受冻模式所需的最低强度 和最短养护龄期 即 I 临界龄期 在这过程中必须根据水泥的水化程度 水化生成物的结 晶度 孔结构特征等综合考虑 一般来说混凝土的强度是一个重要参 数 是判断混凝土中结构形成与破坏过程的标准 所以选用临界强度 作为允许受冻的指标 第第 5 章章 混混凝凝土土冬冬期期施施工工的的一一般般要要求求 5 1 混凝土一般要求 冬期拌制混凝土时应优先采用加热水的方法 当加热水仍不能 满足要求时 再对骨料进行加热 水及骨料的加热温度应根据热功计算 确定 但不得超过表中的规定 表 拌和水及骨料最高温度 项目拌和水骨料 低于 52 5 等级的 水泥 矿渣硅酸盐水泥 80 60 大于等于 52 5 等 级的硅酸盐水泥 矿渣硅 酸盐水泥 60 40 配制冬期施工的混凝土 应优先选择硅酸盐水泥或普通硅酸盐 水泥 其强度等级不得低于42 5Mpa 每立方米混凝土水泥用量不得 少于 300kg 水灰比不得大于0 6 骨料必须清洁 不得含有冰 雪等冻结物 搅拌前应用热水或蒸汽冲洗搅拌机 搅拌时间应较常温延长50 其拌制投料顺序时骨料 热水 然后再投入水泥 外加剂 确保混凝土 的出机温度不低于15 入模温度不低于5 混凝土的运输应尽量缩短运距 运输及浇筑混凝土的容器应有 保温措施 混凝土在浇筑前 应清除模板和钢筋上的冰雪及污垢 运输和 浇筑混凝土用的容器应具有保温措施 混凝土在运输 浇筑过程中的温 度应与热工计算的要求相符合 若与要求不符合 则应采取措施进行调 整 严格控制商品混凝土的质量 外加剂及混凝土的水灰比 缩短 混凝土到施工现场等侯的时间 做到随到随浇筑 5 2 混凝土的材料要求和配合比设计要求 5 2 1 混凝土的材料要求 水泥 选用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥 骨料 要求没有冰块 雪团应清洁 级配良好 质地坚硬 不应含 有易被冻坏的矿物 拌合水 经化验合格的水 5 2 2 混凝土的配合比设计要求 混凝土配合比设计是冬季混凝土施工重要的影响因素之一 合理调整配 合比 适当使用外加剂I 既可以改善混凝土冬季施工的工作性能 也 可以提高混凝土凝结硬化后抗冻性能 混凝土配合比的调整 可以从以 下几方面着手 选择适当品种的水泥是提高混凝土抗冻的重要手段 试验结果表明 应使用早强硅酸盐水泥 该水泥水化热较大 且在早期 放出强度最高 一般3 天抗压强度大约相当于普通硅水泥7 天的强 度 效果较明显 尽量降低水灰比 稍增水泥用量 从而增加水化 热量 缩短达到龄期强度的时间 掺用引气剂 在保持混凝土配合 比不 变的情况下 入引气剂后生成的气泡 相应增加了水泥浆的体积 提高拌和物的流动 改善其粘聚 力及保水性 降低混凝土 内水结冰 所产生的水压力 提高混凝土的抗冻性 掺加早强外加剂 缩短 混凝土的凝结时间 提高早期强度 应用较普遍的有硫酸钠 掺用 水泥用量的2 和 Hs F 复合早强试水剂 掺水泥用量的5 选择颗粒硬度高和缝隙少的集料 使其热膨胀系数和周围砂浆膨胀系数 相近 混凝土冬期施工中使用的外加剂有 早强剂 防冻剂 减水剂和引 气剂 可以起到早强 抗冻 促凝 减水和降低冰点的作用 这是混凝 土冬期施工的一种有效方法 当掺加外加剂后仍需加热保温时 这种混 凝土冬期施工方法称为正温养护工艺 当掺加外加剂后不需加热保温时 这种混凝土冬期施工方法称为负温养护工艺 防冻剂和早强剂 防冻剂的作用是降低混凝土液相的冰点 使混凝土早期不受冻 并 使水泥的水化能继续进行 早强剂是指能提高混凝土早期强度 并对后 期强度无显著影响的外加剂 常用的防冻剂有氯化钠 NaCl 亚硝酸钠 NaNO2 乙酸钠 CH3COONa 等 早强剂以无机盐类为主 如氯盐 CaCl2 NaCl 硫酸盐 Na2SO4 Ca SO4 K2SO4 硫酸盐 K2CO3 硅酸盐等 其中氯盐 使用历史悠久 氯化钙早强作用较好 常作为早强剂使用 氯化钠降低 冰点作用较好 故常作为防冻剂使用 有机类有三乙醇胺 N C2H4OH 3 甲醇 CH3OH 乙醇 C2H5OH 尿素 CO NH2 2 乙酸钠 CH3COONA 等 氯盐的掺入效果随掺量而异 掺量过高 不但会降低混凝土的后期 强度 而且将增大混凝土的收缩量 由于氯盐对钢筋有锈蚀作用 故规 范对氯盐的使用及掺量有严格规定 在钢筋混凝土结构中 氯盐掺量按无水状态计算不得超过水泥用量 的 1 减水剂 减水剂是在不影响混凝土和易性的条件下 具有减水及提高强度作 用的外加剂 常用的减水剂有木质素磺酸盐类 奈系减水剂 树脂系减 水剂 糖蜜系减水剂 腐殖酸减水剂 复合减水剂等 引气剂 引气剂是指在混凝土中 经搅拌能引入大量分布均匀的微小气泡的 外加剂 当混凝土具有一定强度厚受冻时 空隙中部分水被冻胀压力压 入气泡中 缓解了混凝土受冻时的体积膨胀 故可防止冻害 常用的引 气剂有松香热聚物 松香皂 烷基苯磺酸盐等 第第 6 章章 混混凝凝土土冬冬季季施施工工措措施施 6 1 创造混凝土强度快速增长的条件 在冬季施工中 采用高热或快凝水泥 减小水灰比 掺入速凝剂和 塑化剂 加速凝固 增加发热量 以提高混凝土的早期强度 当气温在 5 5 之间时 根据具体情况可采用活性高水化热大的水泥 或 者调整配合比 加大水泥用量或掺加外加剂 特别是掺加外加剂法 不 需要采取加热措施就能使混凝土在负温条件下产生抗冻早强 催化 减 水等效用 降低混凝土的冰点 使之在负温状况下加速硬化以达到要求 的强度 6 2 增加混凝土的拌和时间 冬季施工混凝土的拌和时间一般为常温的1 5 倍 在拌和时要 求对拌和机械进行预热 且对拌和温度做出限制 对大体积混凝土一般 不低于 12 对薄壁结构不低于l 7 一 25 同时要求在各种情 况下的拌和温度保证入仓浇筑温度不低于5 6 3 减少拌和 运输 浇筑中的热量损失 采取措施尽量缩短运输时间 减少转运次数 装料设备应加盖 侧 壁应保温 配料 卸料 转运及皮带机廊道各处应增加保温措施 6 4 预热拌和材料 首先考虑加热水 水的加热极限温度视水泥等级和品种而定 如加热 温度超过此值 则搅拌时应先与砂石拌合 然后加入水泥以防止水泥假 凝 如水加热至极限温度而热量尚嫌不足时 再考虑加热砂石骨料 砂 石加热的极限温度亦与水泥的等级和品种有关 6 5 提高混凝土强度等级 提高混凝土强度等级有利于提高混凝土的抗冻性 抗渗 从而提 高混凝土的耐久性 在气温 0 左右时施工 应选用普通硅酸盐水泥 其硅酸三钙含量不低于 50 细度达到4900 cm2 细目筛余量 15 的水泥 这种水泥水化热反应早 使早期强度提高快 一般三天的强度 大约等于普通硅酸盐水泥 7 天的强度 效果较明显 尽量降低水灰比 实际上是减少游离水 增加 水泥用量 增加幅度在50kgf m3 左 右较合适 从而增加水化热量 减短龄期使强度增长快 掺入早强剂和 减水剂 提高早期强度 但掺量必须经过试验确定 计量以水泥重为依 据 一般不超过水泥用量的 5 少掺既无效果又浪费 多掺量反而 会降低强度 另外增加含气量 混凝土中加入4 6 的含气含 量 可以截断渗水通道 使孔隙互相封闭形成连贯毛细孔 从而提高混 凝土内密实性和耐久性 6 5 1 采用蓄热法 主要适用于气温 15 且结构较厚大的现浇混凝土工程对原材料 砂石和水进行加热 使混凝土在搅拌 运输和浇筑完成后 还储备有相 当的热量 以使水化放热加快 并加强对混凝土的保温 以保持在温度 降至 0 以前具有一定的抗冻能力 使用蓄热法应是结构体积厚大 外 露面积越小 通过表面散热损失也会少 蓄有热量则较多 因此要注意 内部少量降温 且应注意保护外露及角边以防受冻 此法工艺简单 费 用又少而可以有足够的养护期限 6 5 2 外加热法 适用于气温在 15 以下环境施工 而构件并不厚大的工程 通 过加热施工现场周围的空气 保持混凝土的环境温度 或者直接对构件 加热 使混凝土处在正温下正常硬化 使用热源有火炉 蒸气 暖棚 电及红外线等工艺 火炉加热在较小的工地上应用 方法简单但室温不会很高且较干燥 特别是炉子里明火和聚集烟放出的二氧化碳会使新浇混凝土表面易碳化 影响表面光洁 是一种较原始的方法 蒸气加热是采用蒸气的温度和湿度养护混凝土 此法比较简单且易 控制使得温度均匀 广泛应用在大型预制构件厂 一般小型工地施工不 易办到 但需要专门锅炉设备和场地 热损失大 费用高 工作环境也 差 暖棚法即在现场搭设工棚 使构件或基础在棚内正常温度下施工 费用较高 因需建棚和加温 常用于一些重点项目 电加热法是将钢筋作为电极 戏将电热器贴在混凝上表面 使电能 变为热能 以提高混凝土温度 这种方法简单方便 热损失较少也容易 控制 当构件较远时 电加热比蒸气加热要方便灵活 但耗电量大费用 高 6 5 3 防冻法 目前生产的防冻剂可应用在 10 及其以下气温中施工 它是采 用降低冰点 使混凝上中的水在负温下仍处于液相状态 使水化作用能 继续进行 从而改善孔结构 达到强度增长不受影响的目的 防冻法分 为早强 负温防冻和结构法等 常用防冻剂是亚硝酸钠 它不但可以降 低冰点 而且是极好的防锈剂 费用低 大小工地皆可使用 6 5 4 综合法 是同时采用任意的两种以上保温及防冻措施进行施工 应根据结 构类型等特点 施工队伍素哽和当地能源状况来确定方案 有以蓄热为 主辅以早期防冻的蓄热综合法 有以加热为主辅以防冻 也有以防冻为 主辅以蓄热等 第第 7 章章 混混凝凝土土冬冬季季养养护护措措施施 混凝土冬季养护方法分为3 类 混凝土养护期间不加热的方法 混 凝土养护期间加热的方法和综合方法 不加热的方法包括蓄热法 掺化 学外加剂法 加热方法包括电极加热法 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 如综合蓄热法 即 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 从节约能源和降低冬期施工费用考虑 应优先选用不加热的施 工方法或综合方法 7 1 蓄热法 主要用于气温一1O C 左右 结构比较厚大的工程 做法是 对原 材料 水 砂 石 进行加热 使混凝土在搅拌 运输和浇灌以后 还 储备有相当的热量 以使水泥水化放热较快 并加强对混凝土的保温 以保证在温度降到0cc 以前使新浇混凝土具有足够的抗冻能力 此法 工艺简单 施工费用不多 但要注意内部保温 避免角部与外露表面受 冻 且要延长养护龄期 7 2 外部加热法 主要用于气温一10cc 以上 而构件并不厚大的工程 通过加热混 凝土构件周围的空气 辱热量传给混凝土 或直接对混凝土加热使混凝 土处于正温条件下能正常硬化 分为以下几种加热方法 火炉加热 一般在较小的工地使用 方法简单 但室内温度不高 比较干燥 且放出的二氧化碳会使新浇混凝土表面碳化 影响质量 蒸气加热 用蒸气使混凝士在湿热条件下硬化 此法较易控制 加热温度均匀 但因其需专门的锅炉设备费用较高 且热损失较大