混凝土冬期施工的若干問題

1、 砼冬期施工的一些問題砼冬期施工的一些問題李啟棣李啟棣2008 2008 年年 10-10-更多資料請聯(lián)系更多資料請聯(lián)系QQ813517521QQ813517521一 砼冬施的關(guān)注點1. 低溫或負(fù)溫下,砼強度發(fā)展緩慢;2. 早期受凍,砼性能將嚴(yán)重受損;3. 要同時滿足施工性能,抗凍融、耐腐蝕等耐久性和經(jīng)濟(jì)性的要求;4. 容易產(chǎn)生溫度裂縫; 5. 不同的冬施方法:適用性,優(yōu)缺點. 6. 對原材料,配合比,溫控,保溫,養(yǎng)護(hù)和拆模的特殊要求.二 砼冬施基本原理1. 溫度下降,水泥的水化速度迅速減慢.硅酸鹽水泥在-10以下,基本停止水化; 2. 砼在臨界抗凍強度前受凍,將使砼的力學(xué)性能和耐久性嚴(yán)重受損

2、. 3. 提高砼和環(huán)境溫度,降低水膠比,摻加外加劑減水劑,早強劑,引氣劑及合格的抗凍劑都可以提高砼早期強度和抗凍性.有利于冬季施工.4. 不同水泥礦物,其水化速度和水化熱高低次序為硫鋁酸鈣鋁酸三鈣硅酸三鈣鈣鋁酸四鈣硅酸二鈣,礦物摻和料中:硅灰礦渣粉粉煤灰.提高水泥細(xì)度也有利早強.5. 砼硬化后的抗凍融性與砼水膠比,含氣量,砼飽水度及環(huán)境的凍融次數(shù)密切相關(guān),與砼早期是否受凍也有很大關(guān)系.6. 砼內(nèi)外溫差過大,環(huán)境急劇降溫和干燥收縮過大都可能造成砼的開裂.在冬施中要特別關(guān)注,必須采取措施預(yù)防.三 砼的早期受凍1. 冬期: 砼結(jié)構(gòu)環(huán)境晝夜平均氣溫連續(xù)3d低于5或最低氣溫低于-3 .2. 砼成型后立即

3、受凍,抗壓強度將損失25-50%;在受凍臨界強度前受凍,將損失10%以上;如經(jīng)多次凍融,強度損失更大.砼早期受凍,對鋼筋粘結(jié)強度,彎拉強度,抗凍性和抗?jié)B性都有很大損失.3. 砼受凍臨界強度: 一般砼為設(shè)計強度的30%;4. 浸水凍融砼為設(shè)計強度的75%. 摻礦渣和粉煤灰的砼為設(shè)計強度的40%.四 滿足耐久性要求（1）碳化環(huán)境* T1 T2 T3（2）氯鹽環(huán)境 L1 L2 L3（3）化學(xué)侵蝕環(huán)境 H1 H2 H3 H4（4）凍融破壞環(huán)境 D1 D2 D3 D4 1. 砼抗凍性v 環(huán)境溫度正溫負(fù)溫交替頻繁,累進(jìn)破壞;v 砼飽和含水率大于90%;v 華北地區(qū)屬寒冷地區(qū),對于水位交界區(qū)的砼對抗凍要求很

4、高,56d砼抗凍等級300.2. 提高抗凍性的措施 1. 降低水膠比可明顯提高抗凍性.在水膠比大于0.4時,礦物摻和料對抗凍性有不利的影響,要控制摻量. 2. 摻加引氣減水劑或引氣劑. 砼拌和物的含氣量應(yīng)根據(jù)抗凍等級的要求經(jīng)試驗確定。抗凍等級F300以上, 砼含氣量一般要大于5%，氣泡間距系數(shù)宜250微米. 3. 選用抗凍性好的粗骨料.吸水嚴(yán)重的砂巖粗骨料在凍結(jié)過程中產(chǎn)生膨脹并破壞水泥石,不能采用.3. 冬施與耐久性v京滬高鐵北段部分區(qū)段的部分砼結(jié)構(gòu)v凍融破壞:水位交界區(qū).低水膠比;引氣v化學(xué)侵蝕:水位區(qū)以下.水泥,摻合料,低水膠比v鋼筋銹蝕氯鹽:低水膠比,保護(hù)層厚度v冬施措施與提高耐久性基本

5、是一致的,如低水膠比,引氣.但也有矛盾的,如摻合料,影響早強,對耐蝕有利.可調(diào)正摻合料品種、摻量.五 砼冬施主要方法1. 蓄熱法和綜合蓄熱法v 利用加熱水、砂石的熱量和水泥的水化熱,采用適當(dāng)?shù)谋卮胧┦鬼挪皇軆龊途徛禍?在規(guī)定的正溫條件下,使砼達(dá)到預(yù)期強度.v 適用于環(huán)境最低溫度不低于-15,地面以下的工程,或表面系數(shù)M15m-1M=散熱表面/體積的結(jié)構(gòu).對易凍部位應(yīng)加強保溫.1 蓄熱法和綜合蓄熱法蓄熱法主要措施1. 水加熱,宜80;砂石加熱應(yīng)60 .砂石不加熱時,水溫可 80,但攪拌時先投砂石水,拌勻后投水泥.延長攪拌時問50%左右. 砼入模溫度不5 ,細(xì)薄結(jié)構(gòu)不10 .2. 原材料宜在暖

6、棚預(yù)熱,攪拌設(shè)備的環(huán)境溫度宜10 ,運輸設(shè)備應(yīng)良好保溫.3. 砼配合比宜用較低水膠比和較小坍落度.水泥和礦物摻合料的種類和摻量從冬施和耐久性綜合考慮.適量引氣對抗凍有利,早強劑應(yīng)不降低耐久性.2 加熱法1. 暖棚法:棚底溫度不得5,砼表面要濕潤.2. 蒸汽加熱法:養(yǎng)護(hù)溫度不得603. 電熱法:遠(yuǎn)紅外輻射,電熱毯,電極電熱,電磁感應(yīng)等v 用加熱法或蓄熱加熱綜合法,對適用范圍結(jié)構(gòu)表面系數(shù),升溫速度,養(yǎng)護(hù)溫度及有關(guān)設(shè)備與人身安全都有規(guī)定,且要通過試驗.3 摻外加劑法1. 減水劑,包括早強減水劑,引氣減水劑,高效減水劑.-減少用水量,降低水膠比,早強,耐久.2. 早強劑主意負(fù)面作用,如氯鹽對銹蝕影響,

7、硫酸鈉對堿-骨料反應(yīng)影響.三乙醇胺的復(fù)合物.3. 防凍劑:降低液相冰點,摻量較大,對耐久性往往不利,限制使用.主要組分為氯鹽,亞硝酸鹽等.4. 硫鋁酸鹽水泥+亞硝酸鹽:負(fù)溫早強,適用于負(fù)溫條件下接頭錨固等小體積砼或砂漿.六 避免砼開裂 砼開裂機理v 砼受到的拉應(yīng)變拉應(yīng)力超過其 極限拉伸率 抗拉強度, 砼就會開裂.v 砼抗拉強度約為1/101/12的抗壓強度,砼極限拉伸率為0.41.5/萬,即40150微應(yīng)變,而砼的干縮率達(dá)300600微應(yīng)變,溫度變化20產(chǎn)生200微應(yīng)變,抗裂性很差,很易開裂.v 應(yīng)變產(chǎn)生的主要原因有: 砼由于各種收縮和溫差引起的變形; 砼由于鋼筋銹蝕,硫酸鹽腐蝕,堿骨料反應(yīng)引

8、起的局部膨脹; 外部荷載或基礎(chǔ)不均勻沉降產(chǎn)生的變形.冬施主要關(guān)注溫差和干縮造成的開裂. 砼溫度控制v 混凝土入模溫度,冷天不低于5度,熱天不高于30度v 新混凝土與巖土或舊混凝土間溫差不大于20度v 蒸養(yǎng)混凝土靜停溫度不低于5度,46h且終凝后升溫,升溫和降溫速度不宜大于10度/時,恒溫溫度不宜超過60度,最高為65度.v 養(yǎng)護(hù)水溫不得低于混凝土表面溫度15度.v 養(yǎng)護(hù)期間混凝土中心與表層,表層與環(huán)境間溫差不超過20度,橋粱不超過15度.例1 溫差變形引起開裂v 砼熱膨脹系數(shù)約為10微應(yīng)變/,砼溫度變化20 ,就產(chǎn)生200微應(yīng)變,如果砼的拉變形受到限制內(nèi)外約束,砼內(nèi)產(chǎn)生拉應(yīng)力,拉應(yīng)力大于砼抗拉

9、強度時,砼就會開裂.但實際拉應(yīng)變與約束度有關(guān),與有效彈模與徐變有關(guān),實際拉應(yīng)力比計算拉應(yīng)力少許多.v 實際拉應(yīng)力 1 = 實際拉應(yīng)變有效彈模 = 約束度自由約束應(yīng)變彈性模量/1+徐變系數(shù) 1 = R E /1+ 約束度R=01,一般取0.5. 徐變系數(shù)=1左右. 橋墩砼的溫度和應(yīng)力變化 砼溫升和應(yīng)力曲線v 上部分是典型的橋墩砼的溫升曲線. 第1階段為升溫段, 根據(jù)現(xiàn)場測試, 約40h左右, 砼中心溫度達(dá)到最高溫48.8; 隨后降溫, 進(jìn)入第2階段; 當(dāng)砼溫度降至環(huán)境平均氣溫時砼內(nèi)外溫度接近,約10d左右, 進(jìn)入降溫的后期, 即第3階段.v 下部分是與溫升曲線對應(yīng)的應(yīng)力曲線, 在砼升溫時, 砼內(nèi)

10、部的膨脹潛應(yīng)變受到周邊砼的約束, 產(chǎn)生壓應(yīng)力并逐漸增加, 這是第1階段1;第2階段 2是降溫的前期, 壓應(yīng)力逐漸減少; 第3階段 3進(jìn)入降溫后期, 砼內(nèi)產(chǎn)生拉應(yīng)力并且逐漸增加. 橋墩砼的溫度和應(yīng)力分布日本某橋墩溫度應(yīng)力測試 溫度曲線和應(yīng)力曲線 墩臺砼溫度和應(yīng)力測試日本v 砼澆筑后約40h, 中心溫度達(dá)到55, 表層溫度約為32 . 以后, 砼內(nèi)部溫度和表層溫度都逐漸下降, 10多天后與環(huán)境平均溫度30 接近. 養(yǎng)護(hù)約2個月后拆模.v 橋墩砼的應(yīng)力曲線也是現(xiàn)場實測的, 與溫度曲線對應(yīng).v 第1階段為升溫段, 內(nèi)部溫度升高, 砼壓應(yīng)力增加,最大壓應(yīng)力為2MPa, 同時, 周邊砼產(chǎn)生拉應(yīng)力, 最大拉

11、應(yīng)力1.5MPa. 2周后,砼溫度降到30 以下, 進(jìn)入第3階段,即降溫的后期, 內(nèi)部砼產(chǎn)生拉應(yīng)力, 最大可達(dá)2.5MPa, 而周邊砼產(chǎn)生較小的壓應(yīng)力.例2 表面干縮引起開裂溫差和干縮引起的表面裂縫1. 砼表層砼干縮比內(nèi)層嚴(yán)重, 砼自由干縮率達(dá)300-600微應(yīng)變. 由于層間約束, 表層砼收縮拉應(yīng)力大于砼抗拉強度時,砼就會開裂.2. 砼在收縮同時又迂降溫,收縮應(yīng)變和降溫應(yīng)變將疊加.收縮應(yīng)變量可換算為當(dāng)量溫度,如干縮率250微應(yīng)變當(dāng)量溫度為25.若同時遭受20 降溫,將有25+20=55 當(dāng)量溫度,產(chǎn)生5510=550微應(yīng)變.3. 砼的降溫速度和干燥速度直接影響開裂,一般砼的向陽面和迎風(fēng)面開裂嚴(yán)

12、重,而濕養(yǎng)保溫保濕良好的砼可有效減少裂縫.因為砼在快速受拉應(yīng)力時,承受能力差.減少砼的溫差和干縮裂縫1. 水泥細(xì)度不宜過細(xì),C3A含量少,不宜用早強水泥;必要時可采取補償收縮減少自收縮;骨料含泥料少,減少粗骨料粒徑;選用干縮率較少的減水劑,如聚羧酸鹽類.硅灰增加自縮,而粉煤灰自縮少,又降低水化熱,可多摻.2. 降低水膠比,減少單方用水量,減少水泥和膠材用量,降低干縮率.但水膠比過低,自縮大,早期彈模高,徐變少,抗裂性變差.要綜合考慮.3. 加強砼濕養(yǎng)護(hù),及時保溫,復(fù)蓋防風(fēng),減少干縮率和砼溫差.采取措施,熱天降低砼入模溫度,控制砼最高溫升和降溫速度.以后還要避免降溫和干縮的影響 .減少砼內(nèi)外、上下、日夜的溫差.七 其它注意事項1. 要編制冬施方案,迂情況變化,要有應(yīng)變措施.2. 技術(shù)方案要經(jīng)熱工計算及經(jīng)濟(jì)分析.3. 圍護(hù)保溫的材料和厚度,邊角的防風(fēng)保溫,砼的養(yǎng)護(hù)方法和時間,拆模的時間及拆模后的復(fù)蓋保溫方法和時間都應(yīng)有具體方案.4. 加強施工質(zhì)量檢驗:包括原材料、環(huán)境溫度和砼溫度的檢測,砼標(biāo)準(zhǔn)試件和同條件養(yǎng)護(hù)試件的制作和試驗,砼工作性和耐久性的規(guī)定檢驗.八 砼冬期施工有關(guān)規(guī)范規(guī)程v 鐵路砼工程施工技術(shù)指南TZ2102