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混凝土冬季施工技术【转】  

2012-10-10 16:54:33|  分类: 土木工程 |  标签: |举报 |字号 订阅

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由于水利工程受汛期的制约,往往要在冬季施工。为保证混凝土工程的施工质量,避免新浇混凝土早期受冻,必须采取特殊的技术措施进行施工,即混凝土冬期施工技术。工程实践证明,当室外平均气温低于-10℃时,施工费用比常温施工时增加50%以上,同时由于施工设备、建筑材料、施工各环节出现问题的机率成倍增加,使施工效率仅为常温施工的40%左右,而且工程质量也容易出现问题。因此,研究混凝土冬期施工技术,不仅可以提高混凝土的冬季施工质量,而且对编制冬季混凝土的施工方案、正确确定投标报价也有极大的作用。

1、冬期施工起止日期计算

《水工混凝土施工规范》(DLT5144-2001)规定:当日平均气温连续5天稳定在5℃以下,或者最低气温连续5天稳定在-3℃以下时,混凝土工程即进入冬期施工。

根据当地多年气温资料,可以取第一个出现连续5d稳定低于5℃的初日作为冬期施工的起始日期,同样,当气温回升时,取第一个连续5d稳定高于5℃的末日作为冬期施工的终止日期。初日和末日之间的日期即为混凝土冬期施工期。

2、混凝土冬期施工基本要求

(1)防止混凝土早期受冻。在低温季节,当气温低于0℃时,新浇混凝土内空隙和毛细管中的水分会逐渐冻结。由于水冻结后体积膨胀(约增加9%),使混凝土结构遭到损坏,最终导致混凝土强度和耐久性能降低。因此,冬期混凝土的施工,首选要防止混凝土早期受冻。

(2)防止混凝土表面裂缝。低温季节浇筑混凝土,外界气温较低,若再遇气温骤降(如寒流袭击),将会造成混凝土内外温差过大,使混凝土表面产生裂缝。因此,混凝土的表面保温、养护是十分必要的。

(3)防止混凝土受冻胀力的破坏。一般低温季节混凝土施工时不允许有外来水,但水利工程大都在地下水位以下施工,很有可能使外来水体接触到新浇筑的混凝土,水体冻结后,将对混凝土结构产生冻胀力。如果混凝土结构设计时未考虑冻胀力的作用,就会使混凝土结构遭到破坏。

3、混凝土允许受冻临界强度

实践表明,混凝土在正温养护下获得一定强度后再受冻,混凝土结构不致造成破坏,后期强度能继续增长,最终强度能达到28d龄期强度的95%以上,这种受冻以前所应具有的强度,称为允许受冻的临界强度。

混凝土允许受冻临界强度是冬期混凝土拆模、保温、检验施工质量的重要标准。《水工混凝土施工规范》(DL/T5144-2001)规定,混凝土允许受冻临界强度应满足以下要求:

(1)大体积混凝土不应低于7.0MPa(或成熟度不低于1800℃·h);

(2)非大体积混凝土和钢筋混凝土不应低于设计强度的85%。

4、冬期施工的工艺要求

混凝土冬期施工要求正温浇筑、正温养护,对原材料的加热,以及混凝土的搅拌、运输、浇筑和养护均应根据气候条件进行热工计算,选择适宜的保温措施。

4.1、对材料和材料加热的要求

配制混凝土用的水泥,应优先选用活性高、水化热量大的硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥,不宜用火山灰质硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥。蒸汽养护时用的水泥品种应经过试验确定。水泥的强度等级不应低于42.5级,最小水泥用量不宜少于300kg/m3,水灰比不应大于0.6。水泥不得直接加热,使用前1-2d运入暖棚存放,暖棚温度宜高于5℃。

水的比热是砂、石集料5倍左右,所以冬期拌制混凝土时应优先采用加热水的方法,但加热温度不得超过表1的规定的数值。

表1 拌和水及集料的最高温度

 

项目

水泥标号

拌和水(℃)

集料(℃)

1

小于42.5级普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥

80

60

2

大于或等于42.5级普通硅酸盐水泥、硅酸盐水泥

60

40

骨料宜在进入低温季节前筛洗完毕,成品料应有足够的储备和堆高,并要有防止冰雪和冻结的措施。拌制混凝土的砂、石温度要符合热工计算的需要温度。根据工程实践,日平均气温稳定在-5℃以下时加热骨料是较经济合理的措施。加热的方法有直接加热法和间接加热法。

直接加热法。利用热风炉提供高温热风,通过埋在料层中的风管直接吹入加热骨料,方法简单,可降低含水量。缺点是热风的热容量较小,加热时间长,适用于大中石的加热。热风还可以直接吹入旋转鼓桶内加热,加热速度快而均匀,适用于小石和砂的加热。

间接加热法。一般用热水或蒸汽进行加热。在砂石料层内埋设排管,通过管壁进行热交换,排管一般采用φ50~100mm的厚壁无缝钢管,可以水平或垂直布置,管距不宜小于0.5m。垂直布置对粗细骨料均适用,水平布置多用于砂的加热。优点是适应性强,加热温度均匀、热效率高、含水量稳定。缺点是钢管磨损严重。

不论采用何种加热方法,都不得用火焰直接加热集料。在设计加设备时,必须先求出每天的最大用料量和要求达到的温度,根据原材料的初温和比热,求出需要的总热量。同时考虑加热过程中热量的损失。有了要求的总热量,可以决定采用热源的种类、规模和数量。

4.2、混凝土的搅拌、运输和浇筑

(1)搅拌

混凝土不宜露天搅拌,应尽量搭设暖棚,优先采用大容量的搅拌机,以减少混凝土的热量损失。搅拌前,清除机内的积水或冰水,用热水或蒸汽冲洗搅拌机,使搅拌机处于正温状态。混凝土的拌和时间比常温季节适当延长,具体通过试验确定,一般延长20%~30%。由于水泥和60℃左右的水拌和会发生假凝现象,用热水拌和时,水温不宜超过60℃,水温超过60℃时,应改变加料顺序,先将水和砂石投入拌和,然后加入水泥。采用加热骨料法时,最高温度也不宜超过60℃,若可以采用不加热骨料时,骨料中绝不能混有冰雪,且表面不能结冰。

(2)运输

尽量减少倒运次数,使用大容积的运输工具减少运输时间,运输距离尽量缩短,保证混凝土不离析、不丧失塑性;装载混凝土的设备应加以保温,并有可靠的防风措施;在工作停顿或结束时,必须立即用蒸汽或热水将运输设备及混凝土拌和机洗净,当恢复运输时应先给运输设备加热。

(3)浇筑

当预计施工期的日平均气温在0℃以上时,混凝土可在露天浇筑,若在-5℃以下,就应在暖棚内浇筑。

混凝土浇筑前,应清除模板和钢筋上的冻雪和污垢,尽量加快混凝土的浇筑速度,防止热量散失过多。混凝土拌和物的出机温度宜通过热工计算确定,浇筑温度温和地区不宜低于3℃,严寒和寒冷地区采用蓄热法不应低于5℃、采用暖棚法不应低于3℃。采用加热养护时,混凝土养护前的温度不得低于2℃。

在施工操作上要加强混凝土的振捣,尺可能提高混凝土的密实程度,冬期振捣混凝土要采用机械振捣,振捣时间应比常温时有所增加。

混凝土施工完毕后,外露的表面必须及时保温,外露在保温模板和暖棚外的所有金属部件均应保温。对距新浇混凝土1.0~1.5m内的老混凝土也应进行保温。在新老混凝土接合处和边角应加强保温,保温层厚度应为其他面保温的二倍,保温层搭接长度不应小于30cm。

加热养护整体式结构时,施工缝的位置应设置在温度应力较小处。加热温度超过40℃时,由于温度高,会在结构内部产后温度应力。因此,在施工之前应征求设计单位的意见,在跨内适当的位置设置施工缝。

为保证混凝土与钢筋的可靠粘结,当气温在-15℃以下时,直径大于25mm的钢筋和预埋件,可喷热风加热至5℃,并清除钢筋上的污土和锈渣。

5、冬期施工方法的选择

混凝土冬期施工常用方法有:蓄热法(包括综合蓄热法)、暖棚法、负温混凝土法和外部加热法。

(1)蓄热法。该方法主要适用于气温-10 ℃左右,结构较厚的工程。其做法是对原材料(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,减小混凝土内外温差,以保证在混凝土降到0 ℃以前,使新浇混凝土达到允许受冻临界强度。此法工艺简单,施工费用不高,但要注意内部保温,避免外露表面受冻,且要延长养护龄期。

(2)暖棚法。在混凝土结构周围用保温材料搭成暖棚,在棚内安设热风机、蒸汽排管或电热进行采暖,使混凝土浇筑和养护处于正温条件下。暖棚法施工一般适用于地下工程与混凝土工程量较集中的部位。

(3)负温混凝土法。在混凝土中掺有较大量防冻剂,使混凝土在负温下仍处于液相状态,水化作用可以继续进行,从而使混凝土强度继续增长。混凝土浇筑完成后只需进行简单覆盖养护,以防混凝土冷却过快。该方法主要适用-10 ℃以上的天气且浇注构件厚度大的栈桥桥墩、挡墙、涵洞等非主要工程部位的无筋混凝土的施。目前常用有氧化钠等单抗冻剂及亚硝酸钠加氯化钠复合抗冻剂。该法简单方便,易于控制,费用也不高,但要注意使用不与抗冻外加剂起化学反应的水泥,宜使用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。

(4)外部加热法。其中包括: ①火炉加热;②蒸气加热;③电热法;④红外线加热。该方法主要适用于气温-10℃以上,而结构构件并不厚大的工程。通过加热混凝土构件周围的空气,将热量传给混凝土,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。具体施工时应注意,使用火炉加热,方法虽简单,但由于室内温度不高,比较干燥,加热过程中放出二氧化碳会使新浇混凝土表面碳化,必须做好通风和排烟工作。使用锅炉加热,蒸气使混凝土在温热条件下硬化,此法较易控制,加热温度均匀,但费用较高,热损失较大,劳动条件也不理想。电热法虽简单方便,热损失较少,易于控制,但费用高。红外线加热是以高温电加热器或气体红外线发生器,对混凝土进行密封辐射加热,该法技术要求太高,一般不采用。

实际工程中,要根据施工时的气温情况、工程结构状况、构件厚薄与外露情况、工期紧迫程度、水泥及外加剂性能、保温材料性能、热源的条件等,来选择合理的施工方法。

常用方法有:小型工程及小型预制构件施工,采用暖棚施工或棚内火炉加热施工。对于大型工程施工,在0℃左右时采用降低水灰比和掺早强外加剂的方法,或两种方法相结合使用。在-10℃以上时施工,采用降低水灰比和掺加抗冻外加剂相结合的方法或采用蓄热法和掺加引气减水相结合的方法。

6、结束语

随着科学技术的发展和施工工艺水平的提高,混凝土冬季施工将会出现更加便捷有效的方法,因此,应根据实际情况,选择合理的施工方法,以获得最优良的施工质量。但也应认识到,无论是水利工程或是建筑工程,冬季施工无论采取什么样措施,对混凝土浇注质量都有不同程度影响,为此应当合理安排,避免或减少冬季施工时间。

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