冬季混凝土施工方法研究

1、冬季混凝土施工方法研究【摘要】在我國北部及西北地區(qū)冬季氣溫寒冷，由于工期的原因，冬季混凝土施工在所難免。文章就冬季混凝土施工的特點、負溫對混凝土的影響以及冬季混凝土施工的常用方法進行探討。【關(guān)鍵詞】冬季施工；混凝土；溫度；1. 冬季混凝土施工特點(1) 水和溫度會影響水泥的水化作用，而水化作用又會影響到混凝土強度的增長。當(dāng)冬季溫度低時，水的活性減弱，水泥的水化速度降低。特別是當(dāng)溫度降至0以下時，混凝土中的水結(jié)成冰，水泥的水化作用停止，混凝土強度停止增長。因此，如何形成水泥水化作用的環(huán)境是混凝土冬季施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。(2) 混凝土在5的溫度下養(yǎng)護28天，其強度增長僅能達到標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護28天的60左右。

2、當(dāng)溫度下降到0以下時，混凝土中的水分開始結(jié)冰，其體積膨脹約為9，同時還會在骨料和鋼筋表面產(chǎn)生顆粒較大的冰凌，減弱水泥漿與骨料和鋼筋的黏結(jié)力，從而降低了混凝土的強度。因此，在冬季的混凝土施工中，既要較快地增長混凝土強度，也要讓混凝土在受凍前盡快達到其抗凍害的臨界強度。(3)為了給冬季混凝土施工創(chuàng)造一個正溫養(yǎng)護環(huán)境，常常采用材料預(yù)熱、保溫、養(yǎng)護期間加熱等措施，這些措施使得施工技術(shù)更加復(fù)雜，費用也更加高昂，而且對能源供給的要求也較高。冬季混凝土施工成本增加幅度為32 50。(4)冬季是混凝土工程質(zhì)量事故的多發(fā)季節(jié)，但是冬季澆注的混凝土一般在春融期或者后期才顯現(xiàn)質(zhì)量問題。由于事故多發(fā)生較晚，所以處理難

3、度較大，因此必須要有效地提高冬季混凝土施工的可靠性。(5)我國氣候?qū)儆诖箨憵夂?，冬季有寒流襲擊，氣溫變化頻繁，需要注意防護。另外，由于風(fēng)速較大，還需要注意防風(fēng)，避免混凝土養(yǎng)護期間失水。2.負溫對混凝土的影響2.1混凝土拌合水的凍結(jié)和相變水凍結(jié)成冰的過程是一個放熱的過程，冰融化成水則是一個吸熱的過程。在0時1千克水凍結(jié)成冰放出熱量為33萬焦耳，在0時1千克冰融化成水將吸收33萬焦耳的熱量。在新拌水泥漿體中，水存在于水泥顆粒之間，如果沒有加入任何外加劑，絕大部分的拌合水在一3以前凍結(jié)。常壓下純水的冰點是O，而水泥漿的冰點總是低于純水的冰點，因而水泥漿的冰點會低于O。另外，還有一些拌合水，滲入到水泥

4、顆粒的毛細孔隙中，由于毛細管的作用，只有外界溫度更低時，才能讓這部分水結(jié)成冰。因此在一40以上的溫度條件下，水泥漿中的拌合水不可能全部結(jié)成冰。在水泥漿中加入防凍物質(zhì)后，只要溫度不低于該物質(zhì)的最低共熔點，拌合水中總有一部分水能夠保持液相。在硬化水泥漿體中，除了與水泥發(fā)生化學(xué)反應(yīng)成為水化產(chǎn)物的那部分之外，其余的拌合水主要是游離水，它存在于凝膠體之間的毛細孔隙中。它們的冰點與孔隙的大小有關(guān)，孔隙越小，孔隙中游離水的冰點越低。隨著水化程度的提高，水泥漿中的游離水減小，毛細孔徑變小。因此在硬化水泥漿體中的含冰率，將隨著水化程度的提高而減小。2.2負溫對硬化混凝土的影響2.2.1早期受凍混凝土早期受凍害是

5、指混凝土澆筑后，在養(yǎng)護硬化期間受凍，它能損害混凝土的一系列性能。這種凍害導(dǎo)致混凝土的一系列物理、力學(xué)性能降低，影響工程質(zhì)量。而且這種情況在冬季混凝土施工中極為常見，成為冬季混凝土施工面臨的主要危險?；炷猎谟不跗冢瑑?nèi)部的水飽和度較高，此時受凍將會對混凝土的質(zhì)量造成傷害。當(dāng)混凝土經(jīng)過適當(dāng)養(yǎng)護，水飽和度減少到一定程度之后，就具有了足夠的抗凍能力，冰凍不會對混凝土產(chǎn)生不良的影響。如果混凝土沒有經(jīng)過適當(dāng)?shù)酿B(yǎng)護，當(dāng)遭受早期冰凍時，其強度會有很大的損失，甚至可達到50的損失。可見，若混凝土在澆筑后，在其受凍之前一定要有一段預(yù)養(yǎng)期，達到一定的早期強度而可以抵抗凍害，這個早期強度就是混凝土早期受凍臨界強度。

6、混凝土在澆筑后，獲得早期抗凍能力之前，沒有摻入防凍劑的，不得冷卻到O以下，摻有防凍劑的，不能冷卻到所摻防凍劑的規(guī)定溫度以下。只有滿足以上要求，混凝土才不致于發(fā)生凍害。2.2.2后期受凍如果混凝土已經(jīng)充分硬化，那么其受凍一次往往不會產(chǎn)生明顯的影響，只有在反復(fù)凍融后混凝土才開始被破壞。對于已經(jīng)充分硬化的混凝土，水泥漿體的滲透性和游離水含量決定了其抵抗反復(fù)凍融的能力。如果混凝土內(nèi)部的孔隙率比較大，粗大的毛細孔較多，毛細孔間互相連通，就容易為較多的水所充填，受凍損壞的危險性就較大。要改善混凝土抵抗凍融的能力，就必須要提高混凝土的密實度和降低滲透性，用較高的水泥用量和較小的水灰比，可以達到上述要求。因為

7、毛細管中間是空的，能夠為水提供自由空間。所以比較干燥的混凝土不容易受凍害，游離水的飽和程度低于85的混凝土，對凍結(jié)不敏感。在混凝土中加人引氣劑，可以改善混凝土抵抗反復(fù)凍融的性能。通過攪拌，把無數(shù)的小空氣泡引入混凝土中。當(dāng)混凝土硬化以后，這些互不連通的氣泡可以容納由于水壓作用而擠壓過來的水分，起蓄水池的作用，減少內(nèi)部的靜水壓力，從而減輕或者避免混凝土的凍害。綜上所述，對于已經(jīng)充分硬化的混凝土，凍害乃是一種力學(xué)行為。提高混凝土的密實度，摻人適量的引氣劑和保持干燥可以避免凍害。3.冬季混凝土施工的具體工藝方法一般來說，對于同一個工程，可以有若干個不同的冬季施工方案。一個理想的方案，應(yīng)當(dāng)用最短的工期、

8、最低的施工費用，來獲得最優(yōu)良的工程質(zhì)量，也就是工期、費用、質(zhì)量最佳化。目前，基本上采用以下幾種方法：3.1調(diào)整配合比方法3.1.1硅酸鹽早強混凝土1)工藝特點(1)選擇適當(dāng)品種的水泥是提高混凝土抗凍的重要手段。早強硅酸鹽水泥，該水泥水化熱較大，且在早期放出強度最高，一般3d抗壓強度大約相當(dāng)于普通硅水泥7d的強度，效果較明顯。(2)盡量降低水灰比，稍增水泥用量，從而增加水化熱量，縮短達到齡期強度的時間。(3)摻用引氣劑。在保持混凝土配合比不變的情況下，加入引氣劑后生成的氣泡，相應(yīng)增加了水泥漿的體積，提高拌和物的流動性，改善其粘聚性及保水性，緩沖混凝土內(nèi)水結(jié)冰所產(chǎn)生的水壓力，提高混凝土的抗凍性。(

9、4)摻加早強外加劑，縮短混凝土的凝結(jié)時間，提高早期強度。應(yīng)用較普遍的有硫酸鈉(摻用水泥用量的2)和MSF復(fù)合早強試水劑(摻水泥用量的5)。(5)選擇顆粒硬度高和縫隙少的骨料，使其熱膨脹系數(shù)和周圍砂漿膨脹系數(shù)相近。2）適用范圍主要適用于在O左右的混凝土施工。澆注以后使用保溫隔熱材料做構(gòu)件表面的防護。3.1.2硫鋁酸鹽早強混凝土1) 工藝特點硫鋁酸鹽早強水泥是以石灰石礬土和二水石膏為主要原料，經(jīng)過煅燒所得無水硫鋁酸鈣和p型硅酸二鈣為主要成分的熟料，加入適量石膏，磨細制成的一種水泥。其特點是：水化速度快，早期強度高，低溫性能好，干燥收縮小，在潮濕環(huán)境中具有微膨脹性，早期液相強度較低，鋼筋有輕微銹蝕，

10、耐熱性能較差。硫鋁酸鹽早強水泥拌制的混凝土，在常溫條件下3d的抗壓強度即可達到30MPa。在負溫條件下施工時，通過將拌合水加熱，使混凝土具有一定的入模溫度，澆筑后覆蓋保溫，必要時可以適當(dāng)加熱，使?jié)沧⒊跗诒３终郎仞B(yǎng)護，在拌和物中加入適當(dāng)外加劑，在短期內(nèi)可以獲得較高的強度。2)適用范圍在常溫下施工可以用于搶修搶建和接縫堵漏工程。在冬季施工中可以應(yīng)于+5-15的氣溫下，應(yīng)用于混凝土或者鋼筋混凝土工程。由于鈣礬石在高溫下轉(zhuǎn)化為單硫型硫鋁酸鈣，所以硫鋁酸鹽水泥不能用于使用溫度高于100的部位和具有防火要求的部位。對于抗凍融要求較高的工程，應(yīng)首先做系統(tǒng)試驗后再使用。在冬季施工中也不使用于大體積的混凝土工程

11、。3)外加劑的選擇在常溫下施工，為增加流動度和延長凝結(jié)時間，可以摻入減水劑，常用品種和摻量(占水泥重)為(分別使用)：三聚氰酰胺(SM) O4糖蜜減水劑O2木質(zhì)素磺酸鈣025在常溫下施工的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，為了避免鋼筋銹蝕，可以摻入占水泥重為05l的亞硝酸鈉阻銹。在負溫下施工時，為使混凝土加速加速硬化，在混凝土中也適宜摻入亞硝酸鈉。4) 施工方法(1)選擇硫鋁酸鹽早強水泥，可以采用熱水拌和，水溫不超過50，混凝土拌合物溫度宜為515。水泥不得直接加熱或者直接與30以上熱水接觸。拌合物塌落度比普通混凝土增l2cm。(2)采用機械攪拌時，混凝土出罐時應(yīng)注意攪拌桶內(nèi)的拌合物倒凈，每隔051h刷罐一次，

12、以免殘留物積累后造成“鑄罐現(xiàn)象。(3)拌合物應(yīng)該在30min內(nèi)澆注完畢。混凝土入模溫度不應(yīng)該低于2。當(dāng)拌合物失去流動性以后不得加水二次攪拌。(4)澆注完畢后應(yīng)該在混凝土表面覆蓋一層塑料薄膜防止失水，并應(yīng)根據(jù)氣溫情況適當(dāng)保溫。(5)環(huán)境氣溫為零下時，應(yīng)使混凝土在養(yǎng)護初期的1224h內(nèi)保持正溫，以保證強度的增長。梁柱接頭除保溫外，還應(yīng)在澆筑前進行預(yù)熱，以減少熱損失。(6)硫鋁酸鹽水泥混凝土施工時，養(yǎng)護溫度不得高于30。硫鋁酸鹽水泥應(yīng)加強保管，不得與其他品種水泥混合使用。3.2蓄熱法1、工藝特點做法是：對原材料(水、砂、石)進行加熱，使混凝土在攪拌、運輸和澆灌以后，還儲備有相當(dāng)?shù)臒崃?，以使水泥水化?/p>

13、熱較快，并加強對混凝土的保溫，以保證在溫度降到O以前使新澆混凝土具有足夠的抗凍能力。此法工藝簡單，施工費用不多，但要注意內(nèi)部保溫，避免角部與外露表面受凍，且要延長養(yǎng)護齡期。蓄熱法具有經(jīng)濟簡便節(jié)能等優(yōu)點，混凝土在較低的溫度下硬化，其最終強度損失少，耐久性能較高，可以獲得較優(yōu)質(zhì)量的制品。但使用蓄熱法施工強度增長較慢，因此易于選用強度較高水化熱較大的硅酸鹽水泥普通硅酸鹽水泥或快硬硅酸鹽水泥，同時選用導(dǎo)熱系數(shù)小廉價耐用的保溫材料。保溫層敷設(shè)后要特別注意防潮和防止透風(fēng)，對于構(gòu)件的邊棱段部和凸角要特別加強保溫，新澆筑混凝土和已經(jīng)硬化的混凝土連接處為了避免熱傳導(dǎo)損失，必要時應(yīng)采取局部加熱措施。2、適用范圍主

14、要用于氣溫-10-6左右、結(jié)構(gòu)比較厚大的工程。當(dāng)大氣溫度不太低或者結(jié)構(gòu)表面系數(shù)較小時，應(yīng)該優(yōu)先選用蓄熱法施工。蓄熱法施工的適用范圍見表2。表2-蓄熱法的適用范圍室外平均氣溫結(jié)構(gòu)表面系數(shù)57.57.5101012.512.5150蓄熱法蓄熱法蓄熱法蓄熱法-2蓄熱法蓄熱法蓄熱法綜合蓄熱法-5蓄熱法蓄熱法綜合蓄熱法綜合蓄熱法-8蓄熱法綜合蓄熱法綜合蓄熱法綜合蓄熱法-10綜合蓄熱法綜合蓄熱法綜合蓄熱法綜合蓄熱法3.3外部加熱法1、工藝特點通過加熱混凝土構(gòu)件周圍的空氣，將熱量傳給混凝土，或直接對混凝土加熱，使混凝土處于正溫條件下能正常硬化。1)火爐加熱。一般在較小的工地使用，方法簡單，但室內(nèi)溫度不高，比

15、較干燥，且放出的二氧化碳會使新澆混凝土表面碳化，影響質(zhì)量。應(yīng)注意排煙系統(tǒng)的暢通，以免造成一氧化碳致使施工人員中毒事故的發(fā)生。2)蒸汽加熱?；炷恋恼羝訜岱譃閮煞N情況，一是讓蒸汽與混凝土直接接觸，利用蒸汽的濕熱作用來養(yǎng)護混凝土，二是將蒸汽作為熱載體，通過某種形式的散熱器使熱量傳導(dǎo)給混凝土，使混凝土升溫。前者有蒸汽室和蒸汽套法以及內(nèi)部通氣法，而毛管法和熱模則屬于后者。蒸汽養(yǎng)護法的優(yōu)點是：蒸汽含熱量高，濕度大，成本較低。缺點是：溫度濕度難以保持均勻穩(wěn)定，熱能利用率較低，現(xiàn)場管道較多，容易發(fā)生冷凝現(xiàn)象和冰凍災(zāi)害。3)電加熱。一般可以分為電熱毯加熱法、工頻渦流加熱法和線圈感應(yīng)加熱法三類。電熱毯加熱法是

16、以電熱毯作為加熱元件，使用于以鋼模板澆注的構(gòu)件。電熱毯由四層玻璃纖維布中間夾以電阻絲制成。對于大模板建筑墻體加熱，由于墻體的底部頂部和外墻連接處散熱較多，這些部位的電熱毯雙向密布，中間部位可以較疏或者兩面交錯布置。在混凝土澆注之前先通電將模板預(yù)熱，澆注過程預(yù)留測溫孔，澆注后定期測溫并做記錄，養(yǎng)護過程中根據(jù)混凝土溫度變化確定是否繼續(xù)供電。工頻渦流加熱法在鋼模板的外側(cè)鋪設(shè)鋼管，鋼管與頂面緊貼并且焊牢，管內(nèi)穿以導(dǎo)線，當(dāng)導(dǎo)線中有電流通過時，在管壁上產(chǎn)生熱效應(yīng)，通過鋼模板將熱量傳給混凝土，使混凝土升溫。為了減少熱損失，降低能耗，在模板面應(yīng)使用毛氈、礦棉板或聚氨酯泡沫塑料等材料保溫。線圈感應(yīng)加熱法是用絕緣

17、電纜纏繞在梁、柱構(gòu)件的表面以形成線圈，通電后使鋼模板、鋼筋或者構(gòu)件內(nèi)所含的型鋼發(fā)熱升溫并加熱混凝土。優(yōu)點是易于控制，加熱均勻。只要線圈設(shè)置得當(dāng)，可使混凝土內(nèi)部溫差控制在5以內(nèi)，澆注前還可以對模板和鋼筋進行預(yù)熱。適用于以鋼模板澆注的或含有勁性骨架的梁、柱構(gòu)件的加熱養(yǎng)護，也可作為措施不當(dāng)造成構(gòu)件臨受凍危險的梁、柱構(gòu)件的補救措施，但不適用于墻、板構(gòu)件的加熱養(yǎng)護。4)紅外線加熱。以高溫電加熱器或氣體紅外線發(fā)生器，對混凝土進行密封輻射加熱。這種工藝具有施工簡便、降低能耗等優(yōu)點。遠紅外輻射器根據(jù)所采用的能源可以分為：電熱遠紅外輻射器、蒸汽遠紅外輻射器和煤氣遠紅外輻射器，前兩者通常在發(fā)熱元件上涂以遠紅外涂料

18、而成，煤氣遠紅外輻射器則有金屬網(wǎng)式和陶瓷板式兩大類。氧化鐵紅由于價廉易得，是工地常用的遠紅外涂料。紅外線加熱適用于工地梁、柱的內(nèi)部加熱，也可以用于以鋼模板澆注的剪力墻、大板建筑豎向接縫和現(xiàn)場預(yù)制構(gòu)建的外部加熱。2、適用范圍主要用于氣溫-10以上，而構(gòu)件并不厚大的工程。混凝土溫度觀察和升溫幅度容易控制。3.4抗凍外加劑法1、外加劑在冬季施工混凝土中的作用外加劑在冬季施工混凝土中的作用可以分為兩個方面：1)提高早期強度。摻入防凍劑后可在規(guī)定的施工環(huán)境溫度下最大限度的提高早期強度。利用防凍劑中的早強和減水成分使混凝土早期強度盡快提高，當(dāng)混凝土的強度達到或者超過了臨界強度之后，就不會發(fā)生凍害了。2)防

19、治混凝土受凍破壞。防凍劑中的有效組分之一是降低冰點的物質(zhì)。它的主要作用是使混凝土中的水分盡可能低的溫度下結(jié)冰，防止水分凍結(jié)而產(chǎn)生的凍漲力破壞混凝土結(jié)構(gòu)。它的另外一個作用是干擾冰晶的生長發(fā)生變異，從而減少了凍漲力。同時保證了一部分不結(jié)冰的水分，以維持水化反映的進行，保證了負溫下混凝土強度的增長。2、適用冬季施工外加劑種類根據(jù)外加劑在冬季施工中的作用不同可以加入：引氣劑、引氣減水劑、高性能AE減水劑、防凍劑或者早強防凍劑、微細礦物外加劑。3.5暖棚法l、工藝特點暖棚法就是在混凝土澆筑倉位上搭設(shè)暖棚，棚內(nèi)通常用蒸汽排管或暖風(fēng)機供熱，使棚內(nèi)溫度保持在05左右，混凝土的澆注和養(yǎng)護均在棚內(nèi)進行。本法的優(yōu)點

20、是：操作和施工與常溫?zé)o異，勞動條件好，勞動效率較高?；炷临|(zhì)量有可靠保證，不易發(fā)生凍害。缺點是：暖棚搭設(shè)需要大量材料和人工，供熱需要大量能源，費用較高。2、適用范圍暖棚法適用于混凝土工程較為集中的區(qū)域，尤其適用于混凝土工程較多的地下工程。當(dāng)日平均氣溫低于-10時，暖棚法不易奏效。3、暖棚構(gòu)造暖棚主要由棚蓋、支承結(jié)構(gòu)和保溫層的圍護結(jié)構(gòu)等組成，加熱用的能源一般為煤或者焦炭，也可以使用以電、煤氣、燃油為能源的電熱風(fēng)或者散熱器。對于暖棚的結(jié)構(gòu)通常采用的型式有三種：1)綁扎式暖棚是一種簡易暖棚。用lOlOcm的預(yù)制混凝土柱作支承，高3.54.0m。棚蓋采用圓木現(xiàn)場綁扎。保溫層采用草簾、草墊及帆布等。棚頂

21、的混凝土下料口設(shè)活動料口蓋，并用麻袋片包草墊保溫。2)組裝式暖棚，其棚蓋采用單片鋼桁架組裝而成。因其跨度較大，支承結(jié)構(gòu)可以設(shè)置在模板以外。棚頂同樣須設(shè)混凝土下料口及活動料口蓋。3)組裝式暖棚，主要包括鋼桁架組合梁、定型保溫支承結(jié)構(gòu)、吊裝結(jié)構(gòu)及圍護結(jié)構(gòu)等部分。整個棚蓋為一整體吊裝單元。其主要優(yōu)點是安裝拆除方便。在三種結(jié)構(gòu)中可以采用塑料薄膜或者是帆布作為圍護，塑料薄膜輕質(zhì)透光，吸收陽光后可以提高棚內(nèi)的溫度，可以節(jié)約能源。提倡使用塑料薄膜作為圍護結(jié)構(gòu)。3.6綜合蓄熱法熱法綜合蓄熱法是對混凝土原材料進行加熱，以提高混凝土的入模溫度，成型后對其表面進行覆蓋保溫。同時，利用水泥的水化熱和摻外加劑的方法使混

22、凝土在受凍前達到抗凍臨界強度，轉(zhuǎn)入負溫后強度繼續(xù)增長。綜合蓄熱法可以看作是一種復(fù)合了幾種常見冬季施工工藝的養(yǎng)護方法。綜合蓄熱法養(yǎng)護工藝簡單，費用低。技術(shù)上可行優(yōu)先采用。1、模板的保溫可采用模板外掛一層石棉被，外腳手架沿四周掛上一層擋風(fēng)的編織布，施工的最后一層樓板覆蓋石棉被，樓層洞口封閉起來。在樓層中采取措施提高養(yǎng)護溫度。2、混凝土標(biāo)號提高一級，水泥宜優(yōu)先選用硅酸鹽水泥或普通水泥，混凝土中可添加減水劑早強劑泵送防凍劑等。3、采用蓄熱法施工均需在混凝土的外露面進行覆蓋保溫并要在墻體上設(shè)測溫孔定時進行測溫以觀察混凝土的溫度變化。4、采用蓄熱法的混凝土的拆模強度般控制在4MPa，當(dāng)氣溫在-58時約48

23、h，在-812約72h，拆模后應(yīng)噴刷一層M9養(yǎng)護劑后繼續(xù)掛石棉被養(yǎng)護墻體混凝土保溫用石棉被應(yīng)配備34層。5、混凝土采用蓄熱法養(yǎng)護，在混凝土達到抗凍臨界強度之前混凝土表面應(yīng)覆蓋具體措施：柱子可用一層塑料布二層草墊包裹，樓板可用一層塑料布、二層草墊覆蓋等。上述幾種冬季施工方法都有利有弊，其適用范圍都受一定條件的制約。4.中鋁寧夏銀星電廠冬期施工技術(shù)總結(jié)4.1概述第八分公司擔(dān)任承建中鋁寧夏銀星電廠2660MW工程廠前區(qū)1、2標(biāo)段工程。包括廠區(qū)道路、廠區(qū)圍墻、啟動鍋爐房、設(shè)備檢修間、材料庫及辦公樓、消防車庫、輔機冷卻水泵房、機力通風(fēng)冷卻塔、鍋爐補給水處理室、化驗樓、酸堿儲存間、工業(yè)廢水處理間等二十幾個單體工程。寧夏地區(qū)冬季氣溫低，晝夜溫差大，冬期時間長，自10月份后室外日平均氣溫基本處于5，11月中旬出現(xiàn)最低氣溫-22。廠前區(qū)標(biāo)段進入冬期施工以來，主要進行施工的有設(shè)備檢修間混凝土結(jié)構(gòu)施工，化驗樓及鍋爐補給水處理室墻體砌筑及室內(nèi)外設(shè)備基礎(chǔ)及溝道施工，酸堿儲存間及工業(yè)廢水處理間混凝土結(jié)構(gòu)施工。施工主要任務(wù)主要任務(wù)集中在化