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曲阜市圣水苑小区冬季混凝土施工质量控制

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青岛理工大学
毕 业 论 文

题目: 曲阜市圣水苑小区冬季混凝土施工质量控制
学生姓名: 范海东
学生学号: 73094
院系名称: 土建工程系
专业班级: 监理124
指导教师: 安庆锋
6 月 12 日

摘 要

近年来,中国的经济一直都处在高速发展阶段,在这个时期,中国的城市化进程也非常明显,在全国范围内基础设施建设项目数量在不断增多,在中国的北方地区,冬季的时间相对比较长,在建筑施工方面要面临的问题非常多,其中对建筑工程质量影响最重要的是混凝土的施工质量问题。冬季混凝土浇筑面临的问题非常多,一直也是北方地区建筑施工发展要解决的重要问题。在寒冷的季节,对混凝土施工质量进行控制一定要提出新的思路和指导措施,在施工质量方面进行提高,促进建筑行业更好的发展。 
为了保证混凝土冬季施工质量, 探讨了混凝土冬季施工的基本原理, 从原材料选择与配比、 混凝土拌和、 运输、 浇 筑、 养护和测温等方面分析了混凝土在冬季施工中质量控制的预防措施。
本课题的研究将为寒冷地区冬季混凝土施工质量的保证, 提供新的思路和工程应用指导意义。
最后, 本文结合豪成绿苑工程实例, 提出了从施工流程角度出发, 包括严格的原材料选择、 合理的配合比设计、 适宜的养护方法、 必要的温度控制, 以及严密的现场管理等方面一套相应的混凝土冬季施工方案。
综上所述, 寒冷地区冬季混凝土施工质量控制, 对缩短冬季施工工期, 加快工程建设进程, 尽早发挥工程投资效益能够起到积极的促进作用, 也将对冬季混凝土施工的改进方法起到一定的参考作用和现实指导意。

关键字: 冬季施工; 工艺方法; 混凝土养护

Abstract
In recent years, our country's economy has been in a high-speed development stage, during this period, China's urbanization process is also very obvious, infrastructure construction projects across the country in a growing number of north in China, the winter time is relatively long, in the aspect of construction faces the question very much, affect construction quality the most important of which is the construction quality of concrete problems.Winter concrete pouring are faced with the problem very much, has been developing and northern region construction to solve an important problem.In the cold season, to control concrete construction quality must be put forward new ideas and measures to guide, on how to increase the construction quality, promote the development of construction industry better.  
This topic research will provide the cold region in winter concrete construction quality assurance, provides new train of thought and the engineering application.
Finally, this paper combined with xian xue family village village resettlement project engineering example, put forward from the Angle of the construction process, including strict raw material selection, rational mixture ratio design, suitable maintenance method, the necessary temperature control, and rigorous on-site management and so on a set of corresponding concrete winter construction plan.
To sum up, cold area in winter concrete construction quality control, to shorten the winter construction time limit for a project, to speed up the process of engineering construction, the engineering investment benefits as early as possible can play a positive role in promoting, will also be on the winter concrete construction improvement methods play a role of reference and practical guidance meaning .

Key words: winter construction;Process method;Concrete curing

目 录
摘要 I
Abstract II

第1章 绪论 1
1.1 选题背景及研究意义 1
1.1.1 选题背景 1
1.1.2 研究意义 1
1.2 研究目的及内容 2
1.2.1 研究目的 2
1.2.2 研究内容 2
第2章 冬季混凝土施工分析 3
2.1 混凝土概述 3
2.1.1 定义及分类 3
2.1.2 混凝土的发展方向 3
2.1.3混凝土外加剂 5
2.2冬季混凝土工程施工的一般原理 6
2.3冬季混凝土工程施工的要求及需解决的问题 7
2.4冬季混凝土施工的具体工艺方法 8
2.4.1调整配合比喻法 8
2.4.2蓄热法 9
2.4.3外部加热法 9
2.4.4抗冻外加剂法 10
2.5本章小结 13
第3章 冬季施工质量控制措施分析 15
3.1 抗冻混凝土的配合比设计 15
3.2 冬季施工措施 15
3.3 冬季施工养护措施 16
3.3.1 综合养护 16
3.4冬期混凝土施工管理要点 17
3.4.1材料要求 17
3.4.2 混凝土受冻临界强度规定 17
3.4.3 混凝土原材料的加热 18
3.4.4 混凝土的搅拌、 运输、 浇筑 18
3.4.5冬期施工防冻剂的掺量及控制 18
3.4.6 混凝土试块留置 19
3.4.7 拆除保温材料时间 19
3.4.8 混凝土质量检查 19
3.4.9 温度检测 19
3.5 本章小结 20
第4章 曲阜市圣水苑小区A3#楼工程冬季施工方案 21
4.1 工程概况和方案编制依据 21
4.1.1 工程概况 21
4.1.2编制依据 21
4.2冬季施工准备工作 22
4.2.1 组织准备 22
4.2.2 施工准备 23
4.3 冬期施工技术措施 24
4.3.1 钢筋工程 24
4.3.2 模板工程 25
4.3.3 混凝土工程 26
4.3.4地面工程 28
4.3.5 屋面工程 29
4.4 混凝土防冻养护措施 29
4.4.1 混凝土试块留置 29
4.4.2 混凝土的养护 29
4.4.3 混凝土的测温 31
4.4.4 混凝土的质量检查 32
4.5 消防安全措施 34
4.6 本章小结 35
第5章 结论与展望 36
5.1 结论 36
5.2 展望 36
致谢 38
参 考 文 献 39

第1章 绪论
1.1 选题背景及研究意义
1.1.1 选题背景
随着中国经济的发展, 城市的变化是日益可见, 建筑业成为城市发展的重要行业之一。在全国建设规模持续增长的大环境下, 特别在中国冬季气温异常寒冷的北部地区, 为满足工程进度的需要, 必须在冬季进行混凝土工程的施工。其中特别是因为过低的温度造成混凝土现浇构件的早期冻害, 极大的降低了工程的安全性和耐久性, 一些地区的城市建设也因为寒冷的冬季而不得进行施工, 严重的阻碍了建设步伐, 加长了工期, 增加了资金和管理成本, 延长了投资回收期和降低了规避宏观风险的能力, 造成了资金周转率的降低和施工费用的大幅增加。除此之外, 长时间的持续负低温、 大温差、 降雪以及重复的冰冻, 亦经常造成建筑施工的质量事故。据资料分析, 混凝土工程有大部分的工程质量事故都发生在冬季。
混凝土在饱水状态下因冻融循环产生的破坏作用称为混凝土冻融破坏, 混凝土的抗冻耐久性(简称抗冻性)是指饱水混凝土抵抗冻融循环作用的性能。混凝土处于饱水状态和冻融循环交替作用是发生混凝土冻融破坏的必要条件。在中国的东北、 华北西北地区的水工大坝, 特别是东北严寒地区的混凝土结构物, 几乎100%的工程局部或大面积地遭受不同程度冻融破坏, 如丰满坝、 云峰坝、 参窝坝等, 有的工程在施工过程中或竣工后不久即发现严重的冻害。经过调查发现, 混凝土冻融破坏不但在”三北”地区存在, 而且在长江以北黄河以南的中部地区即在中国热工分区中所属的寒冷地区, 混凝土结构物的冻融破坏现象也存在广泛。由此可见, 混凝土耐久性中最重要的问题之一就是混凝土的抗冻性, 这也是维持冬季混凝土高强度和高性能的关键所在。
1.1.2 研究意义
在常规施工中, 当气温降至0℃以下时, 如果混凝土自身还未达到临界抗冻强度, 则混凝土发生冻伤, 对混凝土的内在质量造成严重影响。因此, 在掌握了水泥混凝土冬季低温下施工特点与规律的基础上研究其施工控制方法具有重要意义。
依照中国相关规范规定, 在室外日平均气温连续5 天低于5℃时, 混凝土结构工程应采取冬季施工措施, 而且应及时采取气温突然下降的防冻措施。冬季施工中由于气温低, 且经常处于负温, 常温施工的一套标准程序和要求就不再适应, 因此无论在施工方案选择, 原材料制备以及养护方法等, 都需要有别于常温施工的一些特殊措施, 如不能采取合理的冬季施工措施, 将会致使冻融现象的发生, 从而导致明显降低混凝土的强度增长幅度, 并对混凝土后期的安全性和耐久性造成巨大的损害。另外, 在寒冷地区进行混凝土施工, 要想保证混凝土完全不受冻, 必须增加大量的保温材料, 同时必须采取各种防护措施, 而且施工工期被迫延长, 从经济角度考虑, 这些措施无疑将导致工程费用相应增大。
因此, 研究混凝土冬季施工技术, 防止冬期混凝土遭受冻融循环的破坏并提出行之有效的解决方法具有重要的学术意义和工程应用价值。
1.2 研究目的及内容
1.2.1 研究目的
本课题主要经过对冬季混凝土施工理论的研究并结合”曲阜市圣水苑小区”的实践, 并找出影响冬季混凝土施工的主要因素, 对冬季混凝土施工的质量控制措施提供可参考的优化措施。
1.2.2 研究内容
当前, 冬季混凝土施工基本上采用4 种方法分别为: 调整配合比喻法、 蓄热发、 外部加热法以及抗冻外加剂法。基于如此情况, 在施工过程中, 要根据施工工地的周围环境和具备的条件, 采用适合本工地的施工方法, 使冬季混凝土施工达到最佳效果。

第2章 冬季混凝土施工分析
2.1 混凝土概述
2.1.1 定义及分类
混凝土是由胶结材料(有机的、 无机的、 或有机与无机复合的)、 水、 粒状骨料及其它外掺剂组成的具有一定强度、 刚度和耐久性等性能的复合材料。按胶凝材料不同, 分水泥混凝土、 沥青混凝土、 石膏混凝土及聚合物混凝土等; 按表观密度不同, 分重混凝土、 普通混凝土、 轻混凝土; 按使用功能不同, 分结构用混凝土、 道路混凝土、 水工混凝土、 耐热混凝土、 耐酸混凝土及防辐射混凝土等; 按施工工艺不同, 又分喷射混凝土、 泵送混凝土、 振动灌浆混凝土等。
在混凝土中, 砂、 石起骨架作用, 称为骨料。水泥与水形成水泥浆, 水泥浆包裹在骨料表面并填充其空隙。在硬化前, 水泥浆起润滑作用, 赋予拌合物一定的和易性, 便于施工。水泥浆硬化后, 则将骨料胶结为一个坚实的整体。钢筋混凝土(简称RC), 是经由水泥、 骨料、 加水拌和而成混凝土, 在其中加入一些抗拉钢筋, 在经过一段时间的养护, 达到建筑设计所需的强度。它应该是人类最早开发使用的复合型材料之一。钢筋和混凝土是两种全然不同的建筑材料, 钢筋的比重大, 不但能够承受压力, 也能够承受拉力;然而, 它 的造价高, 保温性能很差。而混凝土的比重比较小, 它能承受压力, 但不能承受拉力, 它的价格比较便宜, 可是却不坚固。而钢筋混凝土的诞生, 解决了这两者的缺陷问题, 而且保留了它们原来的优点, 使得钢筋混凝土成为现代建筑物建造的首选材料。
2.1.2 混凝土的发展方向
1)高性能混凝土
复合化是各种材料发展的主要途径, 混凝土也不例外。近代的各种增强混凝土, 掺加混合材与各种外加剂, 都是用多种材料复合来改进性能, 以达到增强耐久、 经济等目的。因此80年代开始用”水泥基复合材料"名词来概括各种混凝土, 是科学合理的。
复合化带来的超叠加效应, 更是高性能混凝土获得高性能的主因。高强化是百余年来的努力方向。自从1824年波特兰水泥问世, 1850年出现钢筋混凝土以来, 作为重要的结构材料, 强度一直是混凝土的主要性能指标; 加之混凝土强度决定于密实性, 后者与耐久性密切相关, 因此高强度一直认为是优质混凝土的特征。随着强度与孔隙率关系和水灰比定则等的建立, 长期以来, 强度成为配合比设计以及生产和应用的首要性能指标, 甚至唯一指标。现在100MPa以上的超高强混凝土将大量用于结构工程, 可见高强趋势是很明显的嘲。
作为主要的结构材料, 混凝土耐久性的重要本不亚于强度和其它性能, 不少混凝土建筑因材质劣化引起开裂破坏甚至崩塌, 水工、 海工建筑与桥梁尤为多见, 因此早在30年代水工混凝土就要求同时按强度与耐久性来设计配合比, 有些重要建筑物, 如高层建筑、 大跨桥梁、 采油平台、 压力容器等对耐久性有更高的要求, 以保证安全。随着施工技术的进步和结构中混凝土均匀性要求的提高, 工作性成为另一重要性能指标。另外, 体积稳定性、 变形、 抗冲耐磨、 疲劳、 耐化学侵蚀等性能也受到重视。
1990年5月美国国家标准与技术研究院(NSD与美国混凝土协会(ACI)召开会议, 首次提出高性能混凝土(HPC)这个名词。认为HPC是同时具有某些性能的均质混凝土, 必须采用严格的施工工艺与优质原材料, 配制成便于浇筑、 不离析、 力学性能稳定、 早期强度高、 并具有韧性和体积稳定性的混凝土; 特别适于高层建筑、 桥梁以及暴露在严酷环境中的建筑物。此后不少学者根据不同工程要求, 提出不尽相同的HPC涵义。大多数认为HPC的强度指标应不低于5度60MPa; 日本学者则更重视工作性和耐久性。例如新建的明石海峡大桥, 其缆索锚基混凝土52万立方米, 要求高耐久性、 高流动性、 高体积稳定性与低水化热温升, 强度指标则为91d圆柱体50MPa(28d约为42MPa): 其桥墩混凝土约为50万立方米, 要求高耐久性、 高流动性、 高强抗冲刷, 强度要求20MPa。两者都是掺加复合细掺料, 复合外加剂的HPC, 细掺料量多于水泥。
高性能混凝土应根据用途与经济合理等条件对性能有所侧重, 现阶段高性能混凝土强度低限可向中等强度等级(30MPa)适当延伸, 但以不损及混凝土内部结构(如孔结构、 界面结构、 水化物结构等)的发展与耐久性为度, 例如水胶比不应低于0.4～0.42, 胶结材不应少于300kg／m³, 一般不应低于C25---C30; 当抗冻融要求很高的含气量时还能够适当降低。随着材性、 工艺、 结构设计的进步, HPC的强度低限自然会提高。如果现在将HPC强度规定在50-60MPa以上, 则用途很受限制, 大大妨碍了HPC的推广应用。
HPC是一种新型高技术混凝土, 是在大幅度提高普通混凝土性能的基础上, 采用现代混凝土技术, 选用优质原材料, 在严格的质量管理条件下制成的; 除了水泥、 水、 骨料以外, 必须掺加足够数量的细掺料与外加剂; HPC重点保证下列诸性能: 耐久性、 工作性、 各种力学性能、 适用性、 体积稳定性。HPC不但在性能上对传统混凝土有很大突破, 在节约资源、 能源、 改进劳动条件、 经济合理等方面, 特别保护环境方面, 有着十分重大的意义, 因此是一种可持续发展的绿色建筑材料。
2)绿色高性能混凝土
绿色的涵义随着人类对建筑材料认识的提高不断扩大。主要概括为:
(1)节约资源。据分析统计, 现有能源, 有的只能维持几十年, 如石油; 有的只能维持二、 三百年, 如煤炭。其它人类所必须的资源, 由于20世纪的大量开采, 也均面临着枯竭的危险。
(2)保护环境。混凝土应该说是～种与环境友好的材料。这主要指在混凝土生产使用过程。大量的建筑垃圾是存在的, 其中破损混凝土就占有较大的比重。因此, 与环境协调问题必须重视。经过认真研究和设计, 混凝土也确实能具备这种作用。
a、 再生混凝土: 即把废旧混凝土粉碎作为骨料、 细粉粒再加入混凝土中使用。当前国内外均有研究和应用, 但其远度和深度还远没有达到, 仍有大量废旧混凝土在污染环境, 在不断占有现在已不充分的陆地, 因此, 应加强这方面的研究, 以期达到完全利用废旧混凝土的程度。
b、 消化其它建筑垃圾和其它工业产生的废料: 用其做建筑材料, 如砖、 瓦, 甚至包括无法收集的碎玻璃。当然这里要注意活性骨料问题。这有可能降低混凝土的强度, 这种材料能够作为垫层、 隔离及路基及路基之用。
2.1.3混凝土外加剂
外加剂对于配制高性能混凝土已经是必不可少的组成成分, 混凝土外加剂是在拌制混凝土过程中加入, 一般有液相和固相之分, 是用以改进混凝土性能的物质, 掺量不大于水泥质量的5%(特殊情况除外)。
(1)按照外加剂在混凝土施工和养护中的功能能够分为:
①改进混凝土拌合物流变性能的外加剂。包括减水剂、 引气剂和泵送剂。
②调节混凝土凝结时间、 硬化性能的外加剂。包括缓凝剂、 早强剂和速凝剂。
③改进混凝土耐久性的外加剂。包括引气剂、 防水剂和阻锈剂等。
④改进混凝土其它性能的外加剂。包括加气剂、 膨胀剂、 防冻剂、 着色剂、 防水剂和泵送剂。
(2)按照混凝土外加剂品种主要分为以下几种:
①早强剂:a.可溶性无机盐:氯化物、 碳酸盐、 硝酸盐、 硫代硫酸盐、 硅酸盐、 铝酸盐、 碱性氢氧化物等。 b.可溶性有机物:三乙醇胺、 甲酸钙、 乙酸钙、 丙酸钙和丁酸钙、 尿素、 草酸、 胺与甲醛缩合物。
②速凝剂:铁盐、 氟化物、 氯化铝、 铝酸钠、 碳酸钾。
③引气剂:木材树脂盐、 合成洗涤剂、 木质素磺酸盐、 蛋白质的盐、 脂肪酸和树脂酸及其盐。
④减水剂和调凝剂:木质素磺酸盐及其改性或衍生物、 经基梭酸及其盐或其改性和衍生物、 无机盐(锌盐、 硼酸盐、 磷酸盐、 氯化物)、 馁盐及其衍生物、 碳水化合物及多聚糖酸或糖酸、 水溶性聚合物(纤维素醚、 密胺衍生物、 蔡衍生物、 聚硅氧烷和磺化碳氢化合物。
⑤高效减水剂:蔡磺酸盐甲醛缩合物、 多环芳烃磺酸盐甲醛缩合物、 三聚氰胺磺酸盐甲醛缩聚物、 对胺基苯磺酸甲醛缩聚物、 磺化酮醛缩聚物、 聚丙烯酸盐及其接枝共聚物等。
⑥加气剂:过氧化氢、 金属铝粉、 吸附空气的某些活性碳。
2.2冬季混凝土工程施工的一般原理
新浇混凝土在冻结前有一段预养期, 能够增加其内部液相, 减少固相, 加速水泥的水化作用。试验研究表明, 混凝土受冻前预养期愈长, 强度损失愈小。
混凝土化冻后(即处在正常温度条件下)继续养护, 其强度还会增长, 不过增长的幅度大小不一。对于预养期长, 获得初期强度较高(如达到28d强度的35%)的混凝土受冻后, 后期强度几乎没有损失。而对于安全预养期短, 获得初期强度比较低的混凝土受冻后, 后期强度都有不同程度的损失。
因此, 混凝土冻结前, 要使其在正常温度下有一段预养期, 以加速水泥的水化作用, 致使混凝土获得不遭受冻害的最低强度, 一般称临界强度, 即可达到预期效果。对于临界强度, 中国规定为不低于立方体抗压强度标准值的30%。
2.3冬季混凝土工程施工的要求及需解决的问题
本工程必须按照 JGJ104- 《建筑工程冬季施工规程》等国家和行业标准的要求进确定冬季混凝土工程的要求。
1)保温。混凝土冬期施工时, 混凝土采用蓄热并掺外加剂、 上部覆盖的方法养护, 同时搭设挡风墙围护, 覆盖采用铺一层聚氯乙烯薄膜保湿, 然后覆盖棉毡和草袋。在冬期施工开始之前, 应在基坑或基槽主风向采用搭设挡风墙, 可采用钢管脚手架和篷布搭设, 搭设挡风墙时要注意基坑、 基槽与挡风墙之间要留有足够的空间, 同时要注意围护严密、 不透风, 并绑扎牢固。
2)对材料的要求。
(1)水泥使用前要运入暖棚内存放。
(2)混凝土组成材料加热温度要根据需要混凝土拌合物的最终温度按计算定, 混凝土的温度要控制在35℃以内, 冬季施工期间用砂中不得含有直径大于l cm的冻块, 不得使用冻灰膏、 冻灰浆。
(3)组成材料要优先考虑加热水, (加热方法由商品混凝土站统一考虑)当水加热达不到要求温度时, 考虑对砂石加热, 当石子干燥无冻块时, 可只加热砂子。拌合水加热茎80℃, 骨料加热0℃。冬施期间对原材料加热温度应予以控制, 见表2-1。
表2-1原材料温度控制表
水泥品种
水温控制
砂石温控制
325普硅水泥
小于70℃
小于50℃
425普惠水泥
小于60℃
小于40℃
325普硅水泥
小于80℃
小于60℃
其它高标号水泥
小于60℃
小于40℃
(4)采用蓄热法和综合蓄热法施工的混凝土, 优先选用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥拌制混凝土, 水灰比应控制在0.6以下。混凝土浇筑时间应尽量选在上午9:00以后, 下午16:00以前气温较高的时间, 浇筑完毕要及时覆盖保温。
(5)在混凝土冬季施工中, 应在混凝土拌制过程中, 掺入一定量的化学外加剂, 如调节混凝土凝结、 硬化性能的早强剂; 改进混凝土抗冻的防冻剂等。
3)混凝土搅拌、 运输、 浇筑、 养护
(1)搅拌时要先投入砂石和水拌合, 然后再投入水泥拌合, 不得将水泥与热水直接搅拌, 以免产生假凝。搅拌时间比常温季节延长50%, 严禁将带有冻团和冰雪的石装入搅拌机内。商品混凝土搅拌站对混凝土搅拌运输冬施要求按照规范规定来控制。
(2)严寒季节浇筑混凝土要对运输机具进行适当的护盖保温, 尽量缩短运输距离和装卸次数, 浇筑时要快浇快盖, 工作面尽量缩小, 以减少热损失。随时对混凝土入模温度采用温度计测温。
(3)混凝土浇筑后要随时测量入模温度, 并及时做好保湿保温覆盖, 先覆盖一层塑料布来保湿, 然后再覆盖一层棉毡或草袋来保温, 各层要相互搭盖严密, 敷设后要注意防潮和防止透风。
(4)混凝土受冻临界强度, 采用硅酸盐或普通硅酸盐水泥配制的混凝土为设计强度的30%, 采用矿渣水泥配制的混凝土为设计强度的40%, 而且不得低于5MPa, 为此混凝土在受冻前至少要在正温下养护5昼夜以上。
2.4冬季混凝土施工的具体工艺方法
一般来说, 对于同一个工程, 能够有若干个不同的冬季施工方案。一个理想的方案, 应当用最短的工期、 最低的施工费用, 来获得最优良的工程质量, 也就是工期、 费用、 质量最佳化。当前, 基本上采用以下几种方法:
2.4.1调整配合比喻法
冬季混凝土施工的调整配合比喻法, 主要是针对在0℃左右温度下混凝土施工的。在施工过程中, 主要要做到以下几点:
1)要选择适当品种的水泥。 选择适当的水泥品种是提高混凝土抗冻的重要手段, 根据施工经验, 应使用早强硅酸盐水泥。因此, 该水泥水化热较大。且在早期放出强度最高, 一般3天抗压强度大约相当于普通硅水泥7天的强度, 效果比较明显。
(1) 合理降低水灰比。 要根据施工工程的实际情况, 合理降低水灰比, 合理增加水泥用量, 从而增加水化热量, 从而缩短达到龄期强度的时间。
(2) 掺用引气剂。 在保持混凝土配合比不变的情况下, 为了提高拌合物的流动性, 改进其粘聚性及保水性, 缓冲混凝土内水结冰所产生的水压力。提高混凝土的抗冻性, 我们能够加入引气剂后生成的气泡, 相应地增加水泥浆的体积。
2.4.2蓄热法
1)工艺特点
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, 使水泥水化放热较快, 且加强对混凝土的保温, 来保证温度降到0℃以前能使新浇混凝土有足够的抗冻能力。此法工艺简单, 施工费用不多, 但要注意内部保温, 避免角部与外露表面受冻, 且要延长养护龄期。
2)适用范围
主要用于气温-10℃左右、 结构比较厚大的工程。当大气温度不太低或者结构表面系数较小时, 应该优先选用蓄热法施工。蓄热法施工的适用范围见表2-2蓄热法的适用范围。
表2-2蓄热法的适用范围
室外平均气温
( ℃)
结构标系数
5～7.5
7.5～10
10～12.5
12.5～15
0
蓄热法
蓄热法
蓄热法
蓄热法
-2
蓄热法
蓄热法
蓄热法
综合蓄热法
-5
蓄热法
蓄热法
综合蓄热法
综合蓄热法
-8
蓄热法
综合蓄热法
综合蓄热法
综合蓄热法
-10
综合蓄热法
综合蓄热法
综合蓄热法
综合蓄热法
注: 综合蓄热法是在蓄热法工艺的基础上, 在混凝土中掺入防冻剂, 以延长硬化时间和提高抗冻能力刚。
2.4.3外部加热法
1)工艺特点
经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。
(1)火炉加热。一般在较小的工地使用, 方法简单, 但室内温度不高, 比较干燥, 且放出的二氧化碳会使新浇混凝土表面碳化, 影响质量。应注意排烟系统的畅通, 以免造成一氧碳致使施工人员中毒事故的发生。
(2)蒸汽加热。混凝土的蒸汽加热分为两种情况, 一是让蒸汽与混凝土直接接触, 利用蒸汽的湿热作用来养护混凝土, 二是将蒸汽作为热载体, 经过某种形式的散热器使热量传导给混凝土, 使混凝土升温。前者有蒸汽室和蒸汽套法以及内部通气法, 而毛管法和热模则属于后者。
蒸汽养护法的优点是: 蒸汽含热量高, 湿度大, 成本较低。缺点是: 温度湿度难以保持均匀稳定, 热能利用率较低, 现场管道较多, 容易发生冷凝现象和冰冻灾害。
3)电加热。分为电热毯加热法、 工频涡流加热法和线圈感应加热法三类。
2)适用范围
主要用于气温-10℃以上, 而构件并不厚大的工程。混凝土温度观察和升温幅度容易控制。
2.4.4抗冻外加剂法
1)外加剂在冬季施工混凝土中的作用
外加剂在冬季施工混凝土中的作用分为两个方面:
(1)提高早期强度。利用防冻剂中的早强和减水成分使混凝土早期强度尽快提高, 当混凝土的强度达到或者超过了临界强度之后, 就不会发生冻害了。
(2)防治混凝土受冻破坏。防冻剂中的有效组分之一是降低冰点的物质。它的主要作用是使混凝土中的水分尽可能低的温度下结冰, 防止水分冻结而产生的冻涨力破坏混凝土结构。它的另外一个作用是干扰冰晶的生长发生变异, 从而减少了冻涨力。同时保证了一部分不结冰的水分, 以维持水化反映的进行, 保证了负温下混凝土强度的增长。
2)适用冬季施工外加剂种类
根据外加剂在冬季施工中的作用多样化能够加入: 引气剂、 引气减水剂、 高性能AE减水剂、 防冻剂或者早强防冻剂、 微细矿物外加剂。
(1)根据日平均气温的不同能够加入的抗冻剂分为: 早强型和防冻型两大类。
a、 早强型防冻剂主要原理是短时间之内提高混凝土的强度以避免冻害而实际施工中如果按照日最低气温来配制负温防冻剂是偏于安全的。混凝土在浇筑后如无遮挡或者覆盖很快自身温度将和气温取得一致。而一般混凝土在浇注以后会使用塑料或者草袋等覆盖, 此时混凝土内部温度高于气温。如果在气温最高的白天浇注, 则混凝土内部温度就可能保持在0℃以上。在这种情况下混凝土会很快达到临界强度而不至于发生冻害。因此在最低气温不低于-10℃时只需添加早强型防冻剂。
早强剂只需考虑提高早期强度, 早强型防冻剂而需要综合考虑提高早期强度和降低灾害的发生的可能性。除了提高早期强度外还要减水来降低水灰比、 及时的引气, 来减小冻涨破坏的内因。早强型防冻剂能够考虑不必加入太多的防冻组分, 尽量使防冻剂的成分低些, 不但经济合算, 对与混凝土的耐久性也有好处。过去一些看法认为防冻剂本身使用温度越低越好, 不同的负温下使用, 只要调整掺量不必改变剂型。这种看法看似简单, 但在技术上不够合理。因为在防冻剂中有些组分不随温度而改变, 如减水、 早强、 引气等组分, 有些是随着温度而变的, 如防冻组分等, 一剂多用会不经济也不合理。国内研究资料显示, 在华北地区以及气温类似的地区使用早强型防冻剂能够满足冬季施工对临界强度的要求。
(2)根据防冻剂组分的不同分为单一型防冻剂和复合型防冻剂。
单一型防冻剂只是以早强或者防冻为单一目的的防冻剂, 组成成分可能是一种, 也可能是功能类似的几种。而复合型防冻剂的作用是体现在多方面的, 组成成分比较复杂, 各个常见的组分及其作用如下:
a、 早强: 尽快提高早期强度。在防冻剂中一般都要加入早强成分, 这些早强物质往往或多或少的有些降低冰点的作用。
常见的早强剂有硫酸钠、 氯化钙、 硝酸钙、 亚硝酸钙、 三乙醇胺等, 其早强作用的机理是促进混凝土的早期水化与硬化。防冻剂中的早强成分主要是使混凝土尽快达到或者超过混凝土的临界强度。
b、 减水: 减水作用包括两个部分: 减水和增强。减水作用使混凝土拌合水用水量降低, 即水灰比小了, 从混凝土的内部结构来看, 由于水灰比小, 使得混凝土游离水减少, 而冻涨的破坏作用正是这些水分的结冰产生的冻涨力而引起的, 减少用水量也就减少了产生冻害的内因。水灰比的降低又可使混凝土的强度提高, 从而能够提高混凝土的耐冻能力。
常见的减水剂有木钙、 木钠、 萘系高效减水剂、 三聚氰胺氨基磺酸盐等。根据混凝土的标号及气温情况来选择适当减水剂或者符合复合抗冻剂的要求的减水剂成分。
c、 引气: 为了增强混凝土的耐久性和抗冻融循环能力, 在防冻剂中还需要引入微量的气体。少量气泡的引入, 能在混凝土内部形成一定量均匀分布的密闭而独立的空气泡。这种气泡的存在等于为冻涨水分事先准备好了膨胀的空间, 这些细小而均匀的气泡在混凝土内部形成了一个个小的空腔, 能够调节由于温度变化而出现的体积变化, 给结晶的冰晶提供一定的膨胀空间, 能够有效的吸收掉混凝土内部产生的冻涨力而不产生破坏。这些气泡的存在还能阻断混凝土内部的毛细孔通道, 不利于水分的渗透, 提高了混凝土的抗渗能力。总之这些独立的细小气泡的存在能有效的调节混凝土对外界冷、 热、 干燥、 冻融交替作用下体积变化及内部应力变化的适应能力。引气的组分能够使用引气型减水剂如木钙、 木钠、 蒽系减水剂等。也能够使用引气剂, 如松香热聚物、 皂荚素类减水剂等。
d、 防冻组分: 防冻组分的主要作用主要是负温施工的混凝土中保持一定量的过冷液体, 以保证水化反应的继续进行, 使混凝土负温下强度依然继续增长, 防止冻害的发生。一般一些能够降低冰点的无机盐类被首先考虑用于防冻组分, 见表2-3。
表2-3常见防冻剂盐类的物理性能
名称
最低共熔点℃
浓度( g/100g 水)
氯化钠
-21.1
30.1
氯化钙
-28
78.6
亚硝酸钠
-19.6
61.3
硝酸钙
-28
78.6
碳酸钙
-36.5
56.5
尿素
-17.6
78
醋酸钠
-17.5

氨水
-84
161
从表2-3看出, 这些盐类, 随有较低的冰点下降值, 但却必须保持足够的浓度。根据溶液理论, 由于溶液的蒸汽压比普通的蒸汽低, 因此它的沸点比纯溶剂高, 而冰点则比纯溶剂低。冰点降低多少与溶液温度的多少成正比, 溶液越浓则其凝固点也越低。在使用单一的防冻组分来降低冰点防冻时往往需要较大的掺量, 而采取了复合防冻剂之后, 溶液浓度提高, 就有可能减少防冻剂的掺量。
e、 干扰冰晶生长, 降低临界温度: 拌合水在负温结冰过程中, 由于某些有机质作用使冰的形态发生变异。使生成的冰晶细小分散不完整, 呈现多孔疏松的海绵状晶体, 其中包裹着一些过冷液体。而且随温度变化而增减, 减小了冻涨应力形成的破坏 。
以上组分组成的防冻剂远比单一组分的作用的防冻剂具有更大的优势。使防冻剂具有更大的效果, 同时也改进了混凝土的其它力学性能, 掺量也可大幅度降低, 使得掺量合理而效果显著。
3)抗冻外加剂的应用
冬期施工的混凝土结构工程, 应根据混凝土防冻剂的品种, 选择防冻剂的用量:
(1)当采用单体防冻组份时, 防冻剂的最大掺量不得大于一下规定: 氯盐类掺量不得大于拌合水用量的7%; 亚硝酸钠、 亚硝酸钙、 硝酸钠、 硝酸钙掺量均不得大于水泥重量5%; 尿素的掺量不得大于水泥重量的4%; 碳酸钾产量不得大于水泥重量10%。
(2)当使用复合组份的混凝土防冻剂时, 应根据产品说明书上规定的温度、 产量及工艺要求进行选择, 严禁随意调整掺量。近年来, 俄罗斯在防冻剂的研制方面取得了新的进展。主要有以下几个方面:
a、 防冻剂在自应力混凝土中的应用。经过研究掺NaN0₂的自应力水泥混凝土和强度发展状况, 认为该种混凝土在25℃条件下养护28d, 也不会减弱自应力性能。
b、 相继提出不含氯盐、 不含碱金属盐类的多种型号防冻剂。
2.5本章小结
本章经过讨论混凝土冬季施工工艺的一般原理, 了解了混凝土施工温度水化反应速度和临界强度是影响混凝土冬季施工质量的主要因素。研究了在冬季施工过程中的所采用的主要的工艺方法, 而且总结它们的一般应用条件, 为各种冬季施工工艺方法在具体工程中的应用打下了基础。

第3章 冬季施工质量控制措施分析
3.1 抗冻混凝土的配合比设计
在冬季施工中, 混凝土配合比设计是保证质量的重要一环, 配合比的设计须要根据混凝土施工工艺、 养护