建筑混凝土冬期施工的若干问题模实用教案

1、二 砼冬施基本原理1. 温度下降,水泥的水化速度迅速减慢.硅酸盐水泥在-10以下,基本停止水化; 2. 砼在临界抗冻强度前受冻,将使砼的力学性能和耐久性严重受损. 3. 提高砼和环境温度,降低水胶比,掺加外加剂减水剂,早强剂,引气剂及合格的抗冻剂都可以提高砼早期强度和抗冻性.有利于冬季施工.4. 不同水泥矿物,其水化速度和水化热高低(god)次序为硫铝酸钙铝酸三钙硅酸三钙钙铝酸四钙硅酸二钙,矿物掺和料中:硅灰矿渣粉粉煤灰.提高水泥细度也有利早强.第1页/共34页第一页，共35页。5. 砼硬化后的抗冻融性与砼水胶比,含气量,砼饱水度及环境的冻融次数密切相关,与砼早期(zoq)是否受冻也有很大关系

2、.6. 砼内外温差过大,环境急剧降温和干燥收缩过大都可能造成砼的开裂.在冬施中要特别关注,必须采取措施预防.第2页/共34页第二页，共35页。三 砼的早期(zoq)受冻1. 冬期: 砼结构环境昼夜平均气温连续3d低于5或最低气温低于-3 .2. 砼成型后立即受冻,抗压强度将损失25-50%;在受冻临界强度前受冻,将损失10%以上;如经多次冻融,强度损失更大.砼早期受冻,对钢筋(gngjn)粘结强度,弯拉强度,抗冻性和抗渗性都有很大损失.3. 砼受冻临界强度: 一般砼为设计强度的30%;4. 浸水冻融砼为设计强度的75%. 掺矿渣和粉煤灰的砼为设计强度的40%.第3页/共34页第三页，共35页。

3、四 满足(mnz)耐久性要求（1）碳化环境* T1 T2 T3（2）氯盐环境 L1 L2 L3（3）化学(huxu)侵蚀环境 H1 H2 H3 H4（4）冻融破坏环境 D1 D2 D3 D4第4页/共34页第四页，共35页。第5页/共34页第五页，共35页。第6页/共34页第六页，共35页。 第7页/共34页第七页，共35页。1. 砼抗冻性 环境温度正温负温交替频繁,累进破坏; 砼饱和含水率大于90%; 华北地区属寒冷(hnlng)地区,对于水位交界区的砼对抗冻要求很高,56d砼抗冻等级300.第8页/共34页第八页，共35页。2. 提高(t go)抗冻性的措施 1. 降低水胶比可明显提高抗冻

4、性.在水胶比大于0.4时,矿物掺和料对抗冻性有不利的影响,要控制掺量. 2. 掺加引气减水剂或引气剂. 砼拌和物的含气量应根据抗冻等级的要求经试验确定。抗冻等级F300以上, 砼含气量一般要大于5%，气泡间距系数宜250微米. 3. 选用(xunyng)抗冻性好的粗骨料.吸水严重的砂岩粗骨料在冻结过程中产生膨胀并破坏水泥石,不能采用.第9页/共34页第九页，共35页。3. 冬施与(shy)耐久性 京沪高铁北段部分区段的部分砼结构 冻融破坏:水位交界区.低水胶比;引气(yn q) 化学侵蚀:水位区以下.水泥,掺合料,低水胶比 钢筋锈蚀氯盐:低水胶比,保护层厚度 冬施措施与提高耐久性基本是一致的,

5、如低水胶比,引气(yn q).但也有矛盾的,如掺合料,影响早强,对耐蚀有利.可调正掺合料品种、掺量.第10页/共34页第十页，共35页。五 砼冬施主要(zhyo)方法1. 蓄热法和综合蓄热法 利用加热水、砂石的热量和水泥的水化热,采用适当的保温措施使砼不受冻和缓慢降温,在规定的正温条件下,使砼达到(d do)预期强度. 适用于环境最低温度不低于-15,地面以下的工程,或表面系数M15m-1M=散热表面/体积的结构.对易冻部位应加强保温.1 蓄热法和综合(zngh)蓄热法第11页/共34页第十一页，共35页。蓄热法主要(zhyo)措施1. 水加热,宜80;砂石加热应60 .砂石不加热时,水温可

6、80,但搅拌时先投砂石水,拌匀后投水泥.延长搅拌时问50%左右. 砼入模温度不5 ,细薄结构不10 .2. 原材料宜在暖棚预热,搅拌设备的环境温度宜10 ,运输设备应良好(lingho)保温.3. 砼配合比宜用较低水胶比和较小坍落度.水泥和矿物掺合料的种类和掺量从冬施和耐久性综合考虑.适量引气对抗冻有利,早强剂应不降低耐久性.第12页/共34页第十二页，共35页。2 加热法1. 暖棚法:棚底温度不得5,砼表面要湿润.2. 蒸汽(zhn q)加热法:养护温度不得603. 电热法:远红外辐射,电热毯,电极电热,电磁感应等 用加热法或蓄热加热综合法,对适用范围结构表面系数,升温速度,养护温度及有关设

7、备与人身安全都有规定,且要通过试验.第13页/共34页第十三页，共35页。3 掺外加剂法1. 减水剂,包括早强减水剂,引气减水剂,高效减水剂.-减少用水量,降低水胶比,早强,耐久.2. 早强剂主意负面作用,如氯盐对锈蚀影响,硫酸钠对碱-骨料反应影响.三乙醇胺的复合物.3. 防冻剂:降低液相冰点,掺量较大,对耐久性往往不利,限制使用(shyng).主要组分为氯盐,亚硝酸盐等.4. 硫铝酸盐水泥+亚硝酸盐:负温早强,适用于负温条件下接头锚固等小体积砼或砂浆.第14页/共34页第十四页，共35页。六 避免(bmin)砼开裂第15页/共34页第十五页，共35页。 砼开裂砼开裂(ki li)机理机理 砼

8、受到的拉应变拉应力超过其 极限拉伸率 抗拉强度, 砼就会开裂(ki li). 砼抗拉强度约为1/101/12的抗压强度,砼极限拉伸率为0.41.5/万,即40150微应变,而砼的干缩率达300600微应变,温度变化20产生200微应变,抗裂性很差,很易开裂(ki li). 应变产生的主要原因有: 砼由于各种收缩和温差引起的变形; 砼由于钢筋锈蚀,硫酸盐腐蚀,碱骨料反应引起的局部膨胀; 外部荷载或基础不均匀沉降产生的变形.冬施主要关注温差和干缩造成的开裂(ki li). 第16页/共34页第十六页，共35页。 砼温度控制 混凝土入模温度,冷天不低于5度,热天不高于30度 新混凝土与岩土或旧混凝土

9、间温差不大于20度 蒸养混凝土静停温度不低于5度,46h且终凝后升温,升温和降温速度不宜大于10度/时,恒温温度不宜超过60度,最高为65度. 养护(yngh)水温不得低于混凝土表面温度15度. 养护(yngh)期间混凝土中心与表层,表层与环境间温差不超过20度,桥粱不超过15度.第17页/共34页第十七页，共35页。例1 温差(wnch)变形引起开裂 砼热膨胀系数(png zhng xsh)约为10微应变/,砼温度变化20 ,就产生200微应变,如果砼的拉变形受到限制内外约束,砼内产生拉应力,拉应力大于砼抗拉强度时,砼就会开裂.但实际拉应变与约束度有关,与有效弹模与徐变有关,实际拉应力比计算

10、拉应力少许多. 实际拉应力 1 = 实际拉应变有效弹模 = 约束度自由约束应变弹性模量/1+徐变系数 1 = R E /1+ 约束度R=01,一般取0.5. 徐变系数=1左右.第18页/共34页第十八页，共35页。第19页/共34页第十九页，共35页。第20页/共34页第二十页，共35页。 桥墩砼的温度(wnd)和应力变化第21页/共34页第二十一页，共35页。 砼温升和应力曲线 上部分是典型的桥墩砼的温升曲线. 第1阶段为升温段, 根据现场测试, 约40h左右, 砼中心温度(wnd)达到最高温48.8; 随后降温, 进入第2阶段; 当砼温度(wnd)降至环境平均气温时砼内外温度(wnd)接近

11、,约10d左右, 进入降温的后期, 即第3阶段. 下部分是与温升曲线对应的应力曲线, 在砼升温时, 砼内部的膨胀潜应变受到周边砼的约束, 产生压应力并逐渐增加, 这是第1阶段1;第2阶段 2是降温的前期, 压应力逐渐减少; 第3阶段 3进入降温后期, 砼内产生拉应力并且逐渐增加.第22页/共34页第二十二页，共35页。 桥墩(qiodn)砼的温度和应力分布第23页/共34页第二十三页，共35页。日本某桥墩(qiodn)温度应力测试第24页/共34页第二十四页，共35页。 温度(wnd)曲线和应力曲线第25页/共34页第二十五页，共35页。 墩台砼温度(wnd)和应力测试日本 砼浇筑后约40h,

12、 中心(zhngxn)温度达到55, 表层温度约为32 . 以后, 砼内部温度和表层温度都逐渐下降, 10多天后与环境平均温度30 接近. 养护约2个月后拆模. 桥墩砼的应力曲线也是现场实测的, 与温度曲线对应. 第1阶段为升温段, 内部温度升高, 砼压应力增加,最大压应力为2MPa, 同时, 周边砼产生拉应力, 最大拉应力1.5MPa. 2周后,砼温度降到30 以下, 进入第3阶段,即降温的后期, 内部砼产生拉应力, 最大可达2.5MPa, 而周边砼产生较小的压应力.第26页/共34页第二十六页，共35页。例2 表面(biomin)干缩引起开裂第27页/共34页第二十七页，共35页。温差(w

13、nch)和干缩引起的表面裂缝1. 砼表层砼干缩比内层严重, 砼自由干缩率达300-600微应变. 由于层间约束, 表层砼收缩拉应力大于砼抗拉强度时,砼就会开裂.2. 砼在收缩同时又迂降温,收缩应变和降温应变将叠加.收缩应变量可换算为当量温度,如干缩率250微应变当量温度为25.若同时遭受20 降温,将有25+20=55 当量温度,产生5510=550微应变.3. 砼的降温速度和干燥速度直接影响开裂,一般砼的向阳面和迎风面开裂严重,而湿养保温(bown)保湿良好的砼可有效减少裂缝.因为砼在快速受拉应力时,承受能力差.第28页/共34页第二十八页，共35页。减少砼的温差(wnch)和干缩裂缝1.

14、水泥细度不宜过细,C3A含量(hnling)少,不宜用早强水泥;必要时可采取补偿收缩减少自收缩;骨料含泥料少,减少粗骨料粒径;选用干缩率较少的减水剂,如聚羧酸盐类.硅灰增加自缩,而粉煤灰自缩少,又降低水化热,可多掺.2. 降低水胶比,减少单方用水量,减少水泥和胶材用量,降低干缩率.但水胶比过低,自缩大,早期弹模高,徐变少,抗裂性变差.要综合考虑.3. 加强砼湿养护,及时保温,复盖防风,减少干缩率和砼温差.采取措施,热天降低砼入模温度,控制砼最高温升和降温速度.以后还要避免降温和干缩的影响 .减少砼内外、上下、日夜的温差.第29页/共34页第二十九页，共35页。七 其它(qt)注意事项1. 要编

15、制冬施方案,迂情况(qngkung)变化,要有应变措施.2. 技术方案要经热工计算及经济分析.3. 围护保温的材料和厚度,边角的防风保温,砼的养护方法和时间,拆模的时间及拆模后的复盖保温方法和时间都应有具体方案.4. 加强施工质量检验:包括原材料、环境温度和砼温度的检测,砼标准试件和同条件养护试件的制作和试验,砼工作性和耐久性的规定检验.第30页/共34页第三十页，共35页。八 砼冬期施工有关规范(gufn)规程 铁路砼工程施工技术指南TZ2102005 铁路砼与砌体(q t)工程施工及验收规范TB10210 建筑工程冬期施工规程 JGJ104 客运专线高性能砼暂行技术条件 科技基2005101号第31页/共34页第三十一页，共35页。 砼热工计算(j sun)参考资料1.建筑工程冬期施工规程 JGJ-104 附录B:砼搅拌、运输、浇筑温度计算; 砼蓄热养护过程中的温度计算;2.砼结构( jigu)工程施工及验收规范GB50204 附录3及铁路砼与砌体工程施工及验收规范TB10201-97条文