混凝土早期受冻临界强度

混凝土早期受冻临界强度浅谈 2008 12 02 19 52 提 要 通过对混凝土早期受冻临界的论述 指出了早期受冻临界强度是保 证冬期施工中混凝土工程质量的重要前提 关键词 早期受冻临界强度 冬期施工 外加剂 1 前 言 混凝土工程的冬期施工和常温施工不同 由于自然气温已降低到 0 以下 从整个施工过程的各个环节 都要采取相应的保温 防风 防失水等措施 尽量 给混凝土创造正温养护环境 使混凝土能不断凝结 硬化 增长强度 然而在 寒冷地区进行混凝土冬期施工 由于各种因素影响 欲使混凝土完全不受冻 是不现实也是不经济的 因为这要增加许多防护措施 而且要拖长工期 因此设 想作出一些规定 在一定条件下允许混凝土早期受冻 而不致损害混凝土各项 性能 满足设计和使用要求 2 混凝土早期受冻害 混凝土早期受冻害是指混凝土浇筑后 在养护硬化期间受冻 它能损害混凝土 的一系列性能 这种冻害主要是由于施工方法选择不当 施工人员技术水平不 高或不负责任而造成的 它可使混凝土的一系列物理 力学性能降低 达不到 设计要求 影响工程应用 降低耐久性 甚至造成返工 其中影响最大的是混凝 土的抗压强度 见表 1 由表 1 可见 普通混凝土浇筑后 如未经适当养护而早 期受冻 其强度损失很大 不论何种强度等级的混凝土 其强度损失最大可达 50 温度不太低时损失反而大 可见若使混凝土浇筑后 在受冻前有一定的 预养护期 达到一定的早期强度而暂时抵抗冻害 其后期强度可大为减少 这 个早期强度就是混凝早期受冻临界强度 表 1 混凝土浇筑后立即受冻的强度损失 受冻前预养护时间 h 冻结时间 h 冻结后又转入标养时间 d 受冻温度 混凝土强度损失 C20 C30 C40 0 24 28 5 38 0 48 9 48 1 10 32 5 41 8 43 3 20 27 8 16 8 20 1 0 24 28 5 35 9 44 1 47 8 10 30 5 37 0 41 8 20 19 4 22 0 20 8 3 混凝土早期受冻临界强度 混凝土早期受冻临界强度是指冬期浇筑的混凝土在受冻以前必须达到的最 低强度 即新浇混凝土在受冻以前达到某一初始强度值 然后遭到冻结 当恢 复正温养护后 混凝土强度仍会继续增长 经 28d 标准养护 其后期强度可达 设计标准值的 95 根据 建筑工程冬期施工规程 JGJ104 97 早期受冻临 界强度分为未掺外加剂的普通混凝土和掺外加剂的混凝土两种 见表 2 表 3 表 2 未掺外加剂的普通混凝土 混凝土类型 混凝土早期受冻临界强度 采用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥配制的普通混凝土 为设计的混凝土强度标准值 的 30 采用矿渣硅酸盐水泥配制的普通混凝土 为设计的混凝土强度标准值的 40 混凝土强度等级 C10 及小于 C10 不得小于 5N mm2 表 3 掺防冻剂的混凝土 室外最低气温 混凝土早期受冻临界强度 15 以内时 不得低于 4N mm2 30 以内时 不得低于 5N mm2 混凝土早期受冻临界强度是保证混凝土冬期施工质量的一个重要指标 因 为新浇筑的混凝土 在未达到临界强度时受冻 其后期强度及其它一系列物理 力学性能都将受到损害 所以在确定混凝土早期受冻临界强度时应注意以下九 个问题 1 在施工时 有时施工人员为了保证混凝土能达到设汁强度 采取混凝土 强度等级提高一级来求得保证 这时在确定混凝土临界强度时 就不能用原来 的设计强度等级来计算 而是应当按实际浇筑的混凝土强度等级 即提高了一 级后的强度等级来确定 例如设计图纸上规定的是 C20 级混凝土 施工时试验 室下达的配合比是按 C30 级下达 则应当按 C30 级混凝土来计算临界强度进行 控制 2 未掺外加剂的普通混凝土和掺外加剂的混凝土的临界强度的确定是有区 别的 未掺外加剂的普通混凝土的受冻温度是 0 而掺外加剂的混凝土的受冻 温度是所掺外加剂的设计规定温度 例如 某外加剂规定的设计温度是 10 那么使用这一外加剂的混凝土当温度降低到 10 前 必须达到 4N mm2 而后方 允许温度低于 10 养护 否则混凝土将遭到冻害 导致强度损失 3 混凝土的临界强度值是在其强度等级为 C10 C40 水灰比在 0 4 0 6 范围内的普通混凝土 而对于 C40 以上的高强或高性能混凝土 由于水灰比很 小 水泥用量较大 水泥的水化反应 孔结构的形成及混凝土受冻破坏过程等 都很复杂 其临界值尚需进一步试验确定 4 结 论 由于冬期施工长 在这个季节进行施工的工程 如选择方法不佳 措施不当 极易出现工程质量事故 浪费资金 拖延工期 而在整个混凝土工程施工中 混 凝土强度的确定及控制 是保证工程质量的重要措施 其中早期受冻临界强度又 是保证混凝土工程质量的重要前提 只有早期受冻临界强度保证了 才能保证 混凝土早期不受冻害 才能保证混凝土后期强度继续发展 就可以避免在冬期 施工过程中 由于混凝土质量出现的工程事故 建筑工程冬期施工规程 当环境温度降到 0 左右时 混凝土施工要采取一些特殊的技术措施 这是施工界的常识 如何针对冻害原因制订施工措施并不是一个简单的问题 下面试结合具体工作中的一些经 验 并参考相关文献 提出几点看法 混凝土的冬施措施有很多 华北地区常用的是综合 蓄热法 下面结合冻害原因重点探讨一下综合蓄热法的防冻机理 1 抗冻临界强度 1 1 在冬季施工时 当混凝土强度达到某一界限值时 由于结构已初步形成 具备了抵 抗冻胀破坏的能力 混凝土再受冻亦不会被冻坏 这一强度称做混凝土的抗冻临界强度 抗冻临界强度的提出是混凝土冬季施工理论的一个重大突破 也是制订混凝土冬施措施的 重要依据 混凝土冬季施工的关键就是要使混凝土尽快达到抗冻临界强度 1 2 大量试验和实践表明 混凝土抗冻临界强度与水泥品种 水灰比 降温速率等多种 因素有关 且素混凝土和掺防冻剂混凝土的抗冻临界强度亦不相同 其值可按规范确定 一般说来 掺防冻剂后混凝土的抗冻临界强度略低一些 相对空白 这是因为混凝土掺防 冻剂后其含水量减小 冰晶变的较为分散软弱且减弱了冻胀效果的缘故 2 防冻剂的防冻原理 防冻剂是根据混凝土冻害机理 结合抗冻临界强度 最优成冰率 冰晶形态转化等理论 并总结长期冬季施工实践研制的 一般由四种成分组成 其作用分述如下 2 1 早强成分 强度后才能进行下一道工序的施工 在混凝土终凝初期应避免施工荷载对楼板产生较大的 振动 主要作用是加速混凝土的凝结硬化 使之尽快达到抗冻临界强度 在达到临界强度 以后 能加快混凝土硬化速度 克服负温 低温造成的强度增长缓慢现象 2 2 引气成分 在混凝土体内引入微米级的细小气泡 有益气泡 其作用 1 切割 封闭混凝土内的连通孔道 有害孔道 减轻冻胀时的裂纹扩展 2 引入的大量气泡起到膨胀 缓冲器 的作用 吸收冰晶膨胀应力 减轻冻害 在混凝土 内引入气体 3 5 可消化 6 6 的体积膨胀 在成龄阶段 可起到提高抗冻融能力 改 善耐久性的作用 2 3 减水成分 其作用 1 减少拌合水 从而减少游离水总量 从根本上减少可冻冰的含量 但亦应保持 一定含冰率 消除冻胀内因 2 通过减水成分的分散作用 释放包裹水 消除劣质水泡 使粗大冰晶转化为细小冰晶 优化水泥水化环境 减轻胀冻压力 2 4 防冻成分 多为一些有降低冰点作用的无机盐 作用可概括如下 掺防冻组份 以 NaNO2 掺 2 为例 的水溶液冰点约为 1 5 当温度降到 1 5 时 孔隙内临近受冻侧的游离水开始结冰 冰体内无机盐部分析出 剩余游离水中盐的浓度变大 冰点进一步降低 当温度继续下降 如降到 5 又有临近受冻侧游离水部分结冰 剩余游离水浓度继续增大 持续这一 过程 直到亚硝 酸钠最低共溶点出现 孔内全部游离水结成冰 由此可见 防冻成分的作用是在连续降温 过程中保持混凝土体内始终有一定的液相水存在 过冷水 使水泥水化能持续进行 尽管此 时水化速度已较常温大为减慢 由此可见 防冻剂的防冻机理是综合性的 是多种效果的综合体现 世界上并不存在某种一 掺就灵的防冻剂 防冻 只是最终的效果 它是通过早强 引气 减水 防冻等因素共同 作用而实现的 而且防冻剂的使用效果与工程的施工情况也有关系 所以说混凝土的冬季 施工是一个典型的系统工程 必须通盘考虑 3 防冻剂的正确使用 3 1 正确理解 使用温度 任何一种符合标准的防冻剂产品 都有一个明确的 使用温度 如 15 20 说 使用温度就是 允许混凝土施工的温度 并不错误 但应着重与混凝土抗冻临界强度联系 起来理解 即在环境温度降到外加剂 使用温度 前 混凝土必须达到抗冻临界强度 这 样混凝土才是安全的 否则混凝土有可能被冻坏 混凝土的使用温度越低 说明该防冻剂 的防冻效果越好 混凝土越有更多的时间 含负温区 来增长强度 从而达到抗冻临界强度 的可能性大大增加 目前国内生产的混凝土防冻剂的使用温度多在 10 15 之间 可适用于日最低 15 20 的情况 温度再 该文章转载自无忧考网 再低 防冻剂配方设计难度越大 不确定因素也增加 从这个角度讲 多数情况下没有必 要非得要求防冻剂的使用温度一定低于施工时的最低环境温度 关键是必须在温度降到防 冻剂使用温度前就使混凝土达到抗冻临界强度 3 2 采取覆盖保温措施 综合蓄热法的基本做法是覆盖加掺防冻剂 必要时对水和砂石料进行加热 覆盖的作用是 使水泥水化热量和原材料加热热量留在混凝土内部的时间长一些 尽量延长水泥正温水化 时间 这一点非常重要 保温做得越好 混凝土降到外加剂 使用温度 的时间越长 越有时间达到抗冻临界强度 为达到这个效果 覆盖材料的种类和厚度应结合外加剂的使 用温度 抗冻临界强度 环境温度等因素通过热工计算确定 3 3 搞好施工组织 防冻剂的使用效果必须通过良好的搅拌 振捣来实现 搅拌延长 30 min 是为了使外加剂 更充分的混合 外加剂搅拌不匀甚至会引发事故 再者防冻剂有一个最佳搅拌时间和最佳 振捣时间问题 过度会使其中的引气量减小 不足又会使其中的气泡分布不均甚至产生粗 大劣质气泡 这些都会对防冻不利 此外 最大限度缩短运送距离 搅拌站搭设保温棚 输送管外裹保温套 架子车覆盖保温被 工序衔接紧凑等措施都是为了提高混凝土的入模 温度 延长正温养护时间 尽快达到抗冻临界强度 3 4 热工计算 热工计算主要参照湖南大学吴震东提出的 吴震东公式 进行 它有多方面的用途 在华 北地区主要用来做验证性计算 要点是 1 根据原材料和环境温度计算混凝土的入模温度 T 2 计算混凝土由此温度降至防冻剂规定温度所需的时间 h 3 根据成熟度公式计算在上述养护时间内混凝土能达到的强度 MPa 4 比较该强度是否大于抗冻临界强度 确定冬施方案是否可行 5 施工时留置同条件试块 在环境温度降至防冻剂使用温度的前 1 d 检验其实际强度 看 是否达到抗冻临界强度 3 5 掌握防冻剂掺量 有人将说明书上的掺量视为基准掺量 施工时根据实际温度上下调整 这种做法是冒险的 一般地 比较正规的防冻剂产品在配方设计时掺量与使用温度都是一一对应的 不存在调 整问题 防冻剂的多数组份都有最优掺量问题 适用范围十分狭窄 掺量与功效并非线性 关系 比如将 3 掺为 4 各组份将都增加 33 很可能造成因含气量增加导致强度下 降 约 5 10 因 Na2SO4 NaNO3 增加致使碱含量增高而对耐久性不利 若由 3 变 成 2 则功效肯定不是减少 33 的问题 而是更多 不仅防冻剂 其他外加剂亦是如 此 该文章转载自无忧考网 混凝土工程受冻的原因和预防混凝土工程受冻的原因和预防 2007 年前第一期 总期 1 31 期 发表日期 2005 12 13 已浏览 354 次字体 大 中 小 近年来 随着冬期施工理论的不断发展 冬施技术的不断进步 混凝土冬 期施工也越来越普遍 相应的各种防冻剂的应用也达到了一定规模 但是 由于部分管理人员对冬施技术及防冻剂的应用了解不够 甚至存在一些误 区 致使不断出现工程事故 下面仅就新乐某商业楼工程质量因受冻而引 发的质量事故进行原因分析和预防措施介绍 一 工程概况 新乐某商业楼为框架结构 共6 层 在主体进行到四层时进入冬期施工 随后采用我单位MS 防冻剂 在前一天晚上浇筑的框架梁混凝土 设计 强度等级为C30 第二天发现梁的混凝土表面覆盖有一层薄冰 鉴于此 暂时停工 施工单位通知我们分析原因 二 混凝土受冻分析及处理 我单位接到通知后 马上赶往现场 发现还有部分未化的薄冰 经分析原 来头天晚上在浇筑混凝土时气温不不算低 故浇筑完后只盖了一层塑料薄 膜 而当天夜里气温骤降到了 7 起初施工单位怀疑防冻剂质量有问 题 认为掺有防冻剂后即使零下也不应结冰 其实这种认识是错误的 即 使掺有防冻剂的新浇混凝土 当内部温度低于防冻剂本身规定温度时 如 果在强度低于抗冻临界强度时受冻 由于水结冰膨胀 同时成冰过程受阻 水分需穿过刚形成不久的水泥C S 网而聚集结冰膨胀 在混凝土内部水 泥浆体与骨料结合处发育冰晶 冰晶形成后穿越C S 网之后再发育长 大 当长大到一定程度时便彻底破坏了刚刚形成的混凝土内部结构 给工 程留下无法弥补的质量隐患 因此 在混凝土浇筑完后 应用草袋覆盖保 温 保证水泥水化 使其初始强度大于抗冻临界强度 此时混凝土再受冻 由于初始强度具有抵抗冰胀应力的能力 不会影响工程质量 在该工程中 很可能混凝土在浇筑后由于气温骤降 又没有采取保温措施 致使混凝土 初始强度还未达到抗冻临界强度时便受冻结冰 但是我们本着对工程负责 对自己产吕负责的原则 答应重新检验外加剂 同时我们也对预养时间对 抗冻混凝土的影响做了对比 对不同预养时间的混凝土进行了强度比较 混凝土强度等级C30 MS 防冻剂掺量4 规定温度 10 对比结 果表明 预养时间对强度的影响是十分明显的 没有预养就受冻的混凝土 强度很低 且后期几乎不再增长 这是因为混凝土在水泥未水化时内部的 水就已结冻膨胀 这时混凝土在还没有强度的情况下内部结构便已破坏 在解冻后 由于结构内部各分子之间的连接已破坏 所以强度增长不大 而该工程在混凝土浇筑完后 只盖了一层塑料薄膜 恰好当天气温骤降 相当于没有经过预养的混凝土直接受冻 所以表面结冰 而且对后期强度 影响很大 另外 经现场观察 施工队伍的技术水平不高 混凝土拌合物的坍落度无 法控制 只通过操作员的目测 浇筑的混凝土拌合物坍落度都偏大 这样 在结构内部自由水的比例增长 在混凝土受冻时也易结冰 影响结构的强 度 为了彻底分析原因 我们也将不同坍落度的混凝土进行了强度比较 从对比数据看出 坍落度的大小明显地影响着混凝土的抗冻性 大坍落度 的混凝土若预养时间不足 受冻后强度受损较大 如果预养时间增长 强 度损失就减小 同时如果加大防冻剂的掺量 也能满足抗冻性的要求 从上述分析看出 该工程受冻一是由于管理人员对防冻剂的认识不够 没 有做好混凝土受冻前的保温措施 二是施工队伍技术水平低 没有准确控 制混凝土拌合物的坍落度 同时又没有加大防冻剂的掺量 致使结构 商品混凝土冬季施工商品混凝土冬季施工 目前 工业与民用建筑中 多 高层现浇钢筋混凝土结构广泛应用 但是施工周期长 现浇混凝土量大 因而往往会赶在冬施工 如何控制商品混凝土质量 是保证工程质量和结构安全重要前提 一 工程概况 某工程系框架剪力墙结构 筏型基础底板 板厚 1 8m 长 90m 宽 40m 混凝土底板设计强度 C40 抗渗等级 P8 最低气温达 30 最高气温只有 14 底板中间设置一条后浇带 将底板分为东西两 部分 混凝土工程量各为 3200m3和 2700m3 由于底板配筋密集 施工条件复杂 浇筑困难 故要求采 用骨料粒径小于 31 5mm 施工稠密在 160 180mm 范围内防冻 抗渗商品混凝土 二 技术措施 为保证工程质量 应考虑在 30 严寒条件下解决商品砼施工全过程中冻害问题 其次 解决大体积 大流动性砼在负温施工较大温差条件下的抗裂防渗问题 最后 还要解决商品砼中由于各种外加剂使用 对水泥的促凝作用面引起的坍落度损失问题 针对上述问题 制定如下技术措施 1 商品砼搅拌站将砼出机温度提高并控制在 15 12 范围内 相应提高入模温度在 10 15 内 并将砼搅拌车防寒保温以减少热量损失 2 采用水化热较高 收缩率小的普通硅酸盐水泥 并内掺 11 的 FN M 明矾石膨胀剂制成补偿收缩 砼既达到抗裂 防渗的效果 又能起到早强作用 并降低防冻剂掺量 3 优选防冻剂 选用少掺量 多性能省优产品 FQD 防冻泵送剂 该防冻剂由于复合萘系高效减水组 份 可制成大流动性 无冻害 高强商品砼 又由于该防冻剂中的保塑 缓凝 引气等组份设计合理 经 试验可满足该工程缓凝 6 8 小时的要求 以利于砼表面接槎处理和分层浇筑 并能保证商品砼 罐内初 始温度 20 在 60mm 内坍落度损失小于 2cm 水泥 抚顺市大伙房公司生产的普通硅酸盐 425 水泥 细骨料 细度模数为 2 6 3 0 的浑河中砂 含 泥量 3 粗骨料 抚顺哈达产石灰岩碎石 粒径 5 20mm 外加剂 锦州产 FN M 明矾石膨胀剂 抚 顺产 FQD 防冻剂送剂 四 施工过程 施工时 最低气温 22 32 最高气温 14 23 由于天气寒冷 砂 石受冻结块 上料 投料非常困难 因此在砂 石料仓中安装排气管 蒸气加热砂石 使骨料温度控制在 5 10 范围内 水泥按 10 考虑 经计算水温控制在 50 60 按顺序投料 搅拌时间控制在 120 150S 砼拌合物 出机温度稳定在 15 20 初始砼坍落度严格控制在 18 20cm 六台砼保温罐车以 20m3 h 的速度昼夜 不断地向现场运送砼 现场由东向西 分层浇筑 长溜槽自然流淌 现场保证砼表面接槎时间不超过 8 小 时 接槎表面温度不低于 10 磔表面振捣抹平成型后立即用塑料布和草袋各一层覆盖封闭以防水份蒸 发 并适当蓄热保温 由于各方面人员密切配合 措施得当 东西部分计 5900m3砼在 12 天时间内保质 保量完成 五 底板混凝土测试结果及其分析 现场取样成型 60 组试块 其中现场同条件养护 30 组 试验室标养 30 组 1 标准养护 28 天 20 组砼试块抗压强度平均为 44 9MPa 说明满足设计要求 计理准确 措施得当 2 自然养护 14 天 10 组度块抗压强度平均为 34 6MPa 达设计强度 86 证明砼养护措施得当 掺防冻剂保证了砼不受冻害 3 自然养护 14 天转标准养护 28 天 10 组抗压强度平均为 41 7MPa 证明工程质量有保障 砼在严 寒条件下施工 保表面保温蓄热及时对砼早期强度提高是非常关键的 4 10 组抗渗试块冻 14 天围转标养 28 天 另 10 组标养 28 天经抗渗试验 抗渗指标均大于 P10 证 明底板砼抗渗性能良好 现场施工期间 经测试砼中心 3 天后温度逐渐上升 5 天时底板中心最高温度达 45 14 天后温度缓 慢降下来 经测试虽然砼表面温度与砼中心温度 砼表面与外界最低气温之差均超过 30 但均未发现 任何裂缝产生 并经一年后观察无渗水现象 六 施工中应注意问题 1 防商品砼受冻的最有效方法 就是提高混凝土的早期强度增长速度 使其在内部温度降至冰点前 尽快达到抗冻的临界强度 因此 应在砼中掺入适量的防冻剂 2 须采取加强养护 保温措施 在混凝土表面进行覆盖 内外温度差不超过 20 3 混凝土配合比应符合操作要求 要防止混凝土内部温度赤高 4 冬季施工要经计算适当提高砼出机温度 从而保证砼入模温度 七 结束语 商品砼冬期施工的关键是施工措施得当 组织合理 技术管理严密 并优选外加剂和原材料 砼配合比 设计要合理 同时 冬季施工要经计算适当提高砼出机