混凝土施工早期受冻防治技术.pdf

第 3 2卷第 2期 2 0 1 1年 4月 华北水利水电学院学报 J o ur na l o f No Ah Ch i n a I n s t i t u t e o f W a t e r Co ns e r v a nc y a nd Hy d r o e l e c t r i c Po we r V0 I 3 2 No 2 Ap r 2 01 1 文章 编 号 ： 1 0 0 25 6 3 4( 2 0 1 1 ) 0 20 0 6 40 3 混凝土施工早期受冻防治技术 费成效 ， 毕守一 ， 黄百顺 ( 1 河 海 大 学 ， 江 苏 南 京 2 1 0 0 9 8 ；2 合肥 工 业 大 学 ， 安 徽 合 肥 2 3 1 6 0 3 ) 摘 要： 低温早期 受冻 引起 的混凝土结构破坏严重 ， 混凝土强度无法 达到设计 的强度要求 对低温季节里混凝 土受 冻破坏机理进行 了分析 ， 强调了混凝 土早期防冻 的必要性 ， 并提出了有效 的防冻措施 关键 词： 低温季节 ； 混凝 土 ； 受冻模式 ； 防冻措施 ； 治淮工程 低 温一般 出现 在冬 春 两 季 ， 我 国大 部分 地 区正 值枯水季节 ， 是水利工程冬修以及度汛工程施工 的 黄金季节 但对于低温环境下混凝土施工技术 ， 很多 施工 管理人 员对 其 了解 和 掌握 不 够 ， 有 的还存 在 误 区， 采取一些不当措施 ， 造成混凝土强度损失很大， 导致 质量事故 1 低温季节混凝土施工原理 1 1 低 温季 节施工气 温标 准 日平均气温连续 5 d稳定在 5 0 C以下或最低气温 连续 5 d稳定在 一 3 c I = 以下时， 应按低温季节施工 值 得 注 意 的是 ， 料堆 内部温 度 比外 界气 温 变化 滞后 入冬 时 ， 外 界 温度 虽 降 至结 冰 温度 ， 但 料堆 内 部仍 比外界 气温 高 ； 入 春转暖后 ， 料堆 温度变化滞 后 处在负 温 因此 ， 在入 冬 和冬末 2个 时期 的同一气 温 下 ， 需 采取不 同的应 对措 施 1 2混凝土 早期受 冻损 害的机理 混凝 土受 冻破坏 主要是 因水分 冻结后体 积增大 产 生压力 引起 的 ， 混 凝 土 硬化 期 间水 分 在混 凝 土 内 部重新分布， 凝结成冰聚体 ， 造成极为严重的物理损 害 冷却从混凝土表面逐渐扩展至混凝土的芯部 气 温达 到负 温时 ， 水凝 结成 冰 ， 部分冰 晶从 水泥颗粒 中 脱离 ， 破坏 水泥水 化 所 形 成 的结 晶骨 架 ； 此外 ， 水 分 移动 并 以冰 膜 的形式 包 裹 在粗 骨 料及 钢 筋 的表 面 ， 并 在 毛细作 用下逐 渐 加 厚 会 逐 步 减弱 内部各 组分 问 的粘 结力 ， 降低混凝 土粘聚力 ， 当混凝 土为密实级 配时 ， 冰膜 的形 成更快 ， 最终完全破 坏 了水 泥砂 浆与 粗 骨料 、 钢 筋间粘 结力 当混 凝土 融化时 ， 冰膜 、 冰聚 体亦随之 消失 ， 混 凝土 内部会 形成 空隙 ， 混凝 土的密 实性 及耐久 性降低 这种 受冻 破 坏主要 是 由水 分转 移 引起 的 ， 而缓 慢受 冻又 为水分转 移提供便 利条 件 ， 因此 ， 在 一 5 下冻结 的强 度损失 比在 一2 0下冻 结 的还要 大 2防冻措施 的选择 混凝土防冻措施分为 3类： 混凝土养护期间 不加热的方法， 即蓄热法 、 掺化学外加剂法； 养护 期 间加热 的方法 ， 即电极 加 热法 、 电器 加热 法 、 感应 加热法 、 蒸 汽加热 法 和 暖棚法 ； 综 合方 法 ， 即综 合 上述 2类方 法 ， 如 在蓄 热 法 基 础 上掺 加 外 加剂 ( 早 强剂或防冻剂 ) 或进行短时加热等综 合措施 从低 碳节 能和 降低 成本 的角度 考 虑 ， 应 优 先选 用不 加 热 的施 工方法或 综合方 法 因此 ， 蓄热法 因经济适用 而 得到广 泛应用 下面 以治 淮 重点 工 程荆 山湖退 洪 闸工程为例 介绍蓄 热法原理及 其应用 3 荆 山湖退洪 闸工程冬季混凝土施工 3 1工 程概况 荆 山湖退洪 闸工程位 于淮河 中游 荆 山湖行洪 区 内 ， 当地 1 月 份平 均气 温为 1 1 o C， 为年 内最 低 ， 历 收 稿 日期 ： 2 0 1 1010 3 基 金项 目： 安徽省高等学校省级质量工程重点项 目( 2 0 0 8 j y x m1 7 1 ) 作者简 介： 费成效 ( 1 9 7 8 一 ) ， 男， 安徽当涂人 ， 讲师 ， 工程师 ， 硕 士研究生 ， 主要从 事水利工程施 工组织与管理方面的研究 第 3 2卷第 2期 费成效 ， 等 ： 混凝 土施工早期受冻 防治 技术 6 5 史 极低 气温 曾达 到 一2 1 施 工 期 间 ， 2 0 0 4年 1月 1 3日， 实 测最 低气 温达 到 一1 1 ， 并 伴 随有 7级 以 上大 风 冬 季混 凝土施 工 主要包 括 ： 闸 门槽二 期混 凝 土 、 排 架柱 混凝 土 、 交 通 桥 大 面积 薄 层 混 凝 土铺 装 、 混凝 土护 坡预 制块 制作 3 2混凝 土 冬季施 工 防冻措施 当气 温达 到低 温季 节施工 期气 温标 准 有关 规定 时 ， 需对 正在 施工 和未 达 到 抗 冻 龄 期 的 混凝 土采 取 相应 保 温防 冻措施 a 混凝土冬季施工的基本措施 优先选用普 通硅 酸 盐水 泥 ， 严 禁混 用不 同品 种 的水 泥 不 使用 洒水 养 护方 法 ， 改用 表 面覆 盖 塑 料 薄 膜 和 泡 沫板 等 不 易 吸水 的材料 进行保 湿 ， 防止 水分 蒸发 避 免混凝 土 表 面 出现薄 冰 掺 加早 强 防冻剂 ， 使混 凝 土提 前 达到防冻强度 ， 避免混凝土早期受冻 在浇筑仓面 外 围搭建 防风 暖棚 ， 根 据 气 温 高低 采 用 柴 火 或 蒸 汽 加热等防冻措施 适 当推迟模板拆除时间， 严禁在 温度 骤 降的 当天进 行 模 板拆 除作 业 非 承重 模 板 拆 除时 ， 混凝 土强 度 必须 大 于 允 许 受 冻 的 临 界强 度 或 成熟度值 ； 承重模板的拆除应经过计算确定 b 砂 、 石骨 料 的预 加热 采用 蒸 汽针法 ， 在 砂 、 石 料堆 中插入 蒸汽 管直接 进行 加热 c 混 凝 土拌制 骨料 入机 温度 应高 于 5 ， 水 加 热 至 4 0 6 0 ， 水温不 宜超 过 6 0 c I = 搅拌 时 按照 砂 石 、 水 、 水 泥 的顺 序 依 次 进料 ， 防止 出现假 凝 另外 ， 搅 拌时 间延 长 3 0 s 以保证 和 易性及 流 动性 d 混凝 土输 送 及 管道 布 置 混 凝 土 搅 拌 车 输 送 熟料至 混凝 土输 送泵 ， 输 送泵应 在 暖棚 内 ， 保 证 出罐 温度 为 1 31 8 ， 入 仓温 度在 1 0 以上 ， 确 保泵 送 混凝土输送顺 畅 避免输送管道 ( 含 直、 弯接头 ) 与 冷空气 直 接 接 触 ， 须 用 保 温 泡 沫 包 裹 ， 以 减 少 热 量 损失 e 混凝 土养 护工 艺 混凝 土浇 筑完 毕后 ， 立 即在 新浇 混凝 土表 面覆 盖 塑 料 薄 膜 ， 加 盖 草 帘 和 防寒 泡 沫 ， 并停 止洒 水养 护作业 f 温 度测 量 温度 观测应 设 专 人负 责 ， 间隔 时 间 3 h 测温 时 ， 温 度计应 避 免与 冷空 气 接触 ， 并 在 混 凝 土 内部 停 留 5 mi n以上 若 发现 温 度变 化异 常 ， 应 立 即汇报 ， 及 时采取 措施 3 3混 凝土 蓄热 养护 冷却 至 0 o C的 时 间 混 凝土 蓄热 养护 开始 至任 一时 刻 f 的温 度为 T=叼e一 一 e一 + m 。， ( 1 ) 该 段时 间 的平均 温度 为 = ( e 号 e + 号 一 ) + T ，( 2 ) 式 中 ： t 为混 凝 土蓄 热 养护 开 始 至 任 一 时刻 的时 间 ， h； T 为 混 凝 土 蓄 热 养 护 至 任 一 时 刻 t 的 平 均 温 度 ， ， 可取 蓄热养 护 开始 至 t 时气 象 预报 的平 均 气 温 ， 若遇 大风 雪及 寒潮 降 临 ， 可按 每 时或每 日平 均气 温计 算 ； 为 水 泥水 化 速 度 系数 ， h ； e为 自然对 数 之底 ， 可 取 e= 2 7 2； 0 ， ， 田为综 合 参数 当需要计 算 混凝 土 蓄热养 护冷 却至 0 的时 间 时 ， 可 根据式 ( 1 ) 采用 逐 次逼 近 的方法 进 行计 算 ， 如 果 实 际采取 的 蓄热养 护 条件 满足 维护层 的 总传 热 系 数 ； K5 0 k J ( m h K) 时 ， 也 可 按 下 式 直 接 计 算 ： n 1 ， c e m。 式 中 t 。 为 混凝 土蓄 热养 护冷 却至0的时 间 ， h 混凝 土 蓄热 养 护 冷 却 至 0 o C的时 间 t 。内的 平 均温 度 ， 可根 据式 ( 2 ) 取 t =t 。 进行 计算 根据 式 ( 2 ) 算 出 的混 凝 土 蓄热 养 护 的平 均温 度 和混 凝 土冷却 至 0 的时 间 t 。 ， 即可 根据 混凝 土 强 度增 长 陆线求 出混 凝土 在此 养护 过程 中能达 到 的 强度 ， 并看其是否满足混凝土受冻临界强度的要求 如 满 足要求 则事 先 制 定 的施 工 方 案 ( 材 料 加热 温度 、 保 温 措 施 等 ) 是 可 行 的 ； 否则 ， 可 采 取下 列 措 施 ： 混凝 土 浇 筑 后 短 时 加 热 ， 延 长 混 凝 土 冷 却 至 0 c I = 的 时间 ； 提高 水及 骨料 的温度 ， 但不 能 超过规 范规定的上限值； 改善蓄热保温措施 ， 更换或加厚 保温 材料 ， 使混 凝 土散 热减 缓 ， 提 高混 凝土 的平均养 护温 度 ； 缩 短运 输 路 线 ， 减 少 倒 运 次数 ， 尽 可 能 减 少热 量散 失 4结语 低 温 季节 混 凝 土 施 工 ， 早 期 混 凝 土受 冻 预 防工 作 是非 常重 要 的 另外 ， 大 体积 混凝 土还要 防止 因温 差 过大 引起 温度 裂 缝 荆 山 湖 退洪 闸工 程 由于参 建 各方 重视 、 精 心 组织 施 工 ， 增 加 资 源 投入 ， 采取 保 温 措施 得 当 ， 混凝 土 工程 质量 均达 到设计 要求 ， 先后 浇筑 的 2 1 批 门槽 二期 混凝 土 均符合 质量 要求 ， 桥 面 铺 装层 和 预制 混凝 土 护坡 同条 件 下 养 护 试 件 ， 2 8 d 抗 压 强度 均达 到设 计 强 度 ， 浇 筑 后 混凝 土 均 未 出 现 受 冻破 坏 现 象 工 程 获 得 2 0 0 9年 水 利 行 业 最 高 奖 大 禹奖 参 考 文 献 1 陈福厚 ， 周厚 贵 ， 史 振寰 ， 等 D L T 5 1 4 4 2 0 O 1水工混 凝 土施工规 范 s 北京 ： 中国电力出版社 ， 2 0 0 2 2 李冬梅 冬 期施 工混凝 土受 冻模 式 和防冻 剂作 用机理 华北水利水电学院学报 2 0 1 1 年 4月 初探 J 吉林建筑工程学院学报 ， 2 0 0 6 ( 9 ) ： 7 5 7 8 3 唐 明， 苏金 海 ， 费成效 对 水利工 程冬 季混凝 土施工 的 探讨 J 治淮 ， 2 0 0 5 ( 1 1 ) ： 2 5 2 6 4 赵志缙 ， 应 惠 清 建筑 施 工 M 上 海 ： 同 济大 学 出版 社 2 0 0 4 5 李东升 ， 金 正浩 ， 苏加 林 ， 等 混凝 土冬 季施 工 M 北 京 ： 中 国水 利 水 电 出版 社 ， 2 0 01 Te c hno l og y o f Ea r l y - s t a g e Fr o s t Pr e v e n t i o n a n d Co n t r o l i n Co n c r e t e Co n s t r u c t i o n F EI Ch e n g x i a o ，BI S h o u y i ，HUANG Ba i s h u n 。 ( 1 H o h a i U n i v e r s i t y ， N a n j i n g 2 1 0 0 9 8 ， C h i n a ； 2 H e f e i U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ， H e f e i 2 3 0 0 0 9 ，C h i n a ) Ab s t r a c t ： Du e t o t he s t r u c t ur e o f c o n c r e t e e a r l y s t a g e f r o s t e d i n l o w t e mpe r a t u r e wa s de s t r o y e d s t r o n g l y，t h e c o n c r e t e s tre n g t h e o u l d n t r e a c h t h e d e s i g n s t r e ng t h r e q u i r e me nt s F r o s t f a i l u r e me c h a n i s ms o f c o n c r e t e s i n t h e l o w t e mp e r a t u r e s e a s o n we r e a n a l y z e d a nd e a r l y a n t i f r e e z e ne c e s s i t y o f c o n c r e t e s wa s e mp ha s i z ed Th e n e ff e c t i v e a nt i一e e z e me a s u r e s we r e p ut f o r wa r d K e y wor d s：l o w t e mpe r a t u r e s e a s o n；c o n c r e t e；f r o s t e d mo d e；a nt if r e e z e me a s u r e s ； Hu a i he Ri v e r r e g u l a t i o n e n g i n e e rin g 0 ooooo o o 0o 0 C (0o00o0 o 0 oo 。 o ( 上接 第 4 9页) 四川建筑科学研究 ， 2 0 0 8 ( 2 ) ： 4 0 4 1 2 王新 敏 A N S Y S工程 结构数值 分析 M 北 京 ： 人 民交 通 出版 社 ， 2 0 0 7 3 郑州粮油食品工程建筑设计院 G B 5 o 3 2 2 2 O 0 1 粮食钢 板简仓设计规范 s 北京 ： 中国计划 出版社 ， 2 0 0 1 4 袁海龙 粮食 钢板筒仓 整体稳 定设计综 述 J 特种结 5 6 f 责任编辑 ： 阵海涛 ) 构 ， 2 0 0 8 ( 8 )： 2 12 4 赵霖 ， 苏乐逍 大直径利浦钢板仓稳定性分 析 J 粮食 与饲料工业 ， 1 9 9 7 ( 9 ) ： 4 1 4 2 敖晓钦 ， 陈 向荣 考虑几何初始缺 陷的大型钢板筒仓构 造措施的研究 J 水利 与建筑工程学报 ， 2 0 1 0 ( 2 ) ： 儿2 1 】 5 St a b l e Bu c kl i n g Ana l y s i s o f St e e l Si l o s LI ANG Xi n g p e i ，LI He n g，FU Mi n g t a n g ( He n a n Un i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y，Z h e n g z h o u 4 5 0 0 5 2，C h i n a ) Abs t r a c t ：Th e fin i t e e l e me n t bu c k l i n g a n a l y s i s o f s t e el s i l o wi t h di f f e r e nt t hi c k n e s s a n d t wo c o nd i t i o n s o f l o a d i n g a n d un l o a d i n g a r e c o mp l e t e dTh e r e s u l t s i n di c a t e t ha t c r i t i c a l b uc k l i n g s t r e s s e s c a l c ul a t e d b y fin i t e e l e me nt me t h o d a r e a c c o r d wi th t h e o r e t i c a l v a l ue whe n t h e s t e e l s i l o i s e mp t y I f the c rit i c a l b u c k l i n g s t r e s s e s a r e mu l t i p l i e d b y s t a b i l i t y f a c t o r a n d t h e f a c t o r(=0 5)o f i n i t i a l d e f e c t s i n t h e c rit e r i o n，t h e c alc u l a t i ng v a l u e i s a c c or d wi t h t h e c rit e r i o nSo all o we d c r i t i c a l bu c k l i n g s t r e s s e s c a n b e g o t t e n b y fini t e e l e me n t c ale ala - t l o n Key wor ds：s t e e l s i l o s；fin i t e c l e me nt ；c r i t i c a l b u c k l i n g s t r e s s e s ( 责任编辑： 陈海涛)