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水工大體積混凝土冬季施工中溫度及裂縫控制

所屬欄目:建筑設計論文 發布日期:2012-12-25 09:11 熱度:

  摘要:水利工程大體積混凝土冬季施工除防止早期混凝土被凍外,還存在著控制溫差、防止裂縫的問題,在設計和施工中,必須妥善解決這個矛盾,兼顧防凍與防裂兩方面的要求。

  關鍵詞:水利工程大體積混凝土,冬季施工,溫度,裂縫

  混凝土具有原料豐富,價格低廉,抗壓強度高,耐久性好,強度等級范圍寬,生產工藝簡單等特點,因而使用范圍也十分廣泛,用量越來越大。隨著水利工程建設的發展,水利工程的構筑物及大型設備基礎等都采用體積龐大的混凝土結構。大體積混凝土已大量用于水利工程建設中。

  我國北方地區冬季寒冷,受工期制約,許多工程的混凝土冬季施工是不可避免的。只要采用適當的施工方法,避免新澆混凝土早期受凍,使外露混凝土與冬季氣溫保持較小溫差,也會取得像在天暖施工時的效果;與之相比,水利工程大體積混凝土冬季施工除防止早期混凝土被凍外,還存在著控制溫差、防止裂縫的問題,在設計和施工中,必須妥善解決這個矛盾,兼顧防凍與防裂兩方面的要求。

  混凝土冬期施工,尤其是在嚴寒地區,無論采用何種施工方法,為了防止早期混凝土被凍,一般都會采用較高的澆筑溫度。但另一方面,正是由于氣候寒冷,基礎溫差和內外溫差必然加大,往往超過允許溫差,不能滿足防止混凝土裂縫的要求。因此,大體積混凝土冬期施工中防凍與防裂的矛盾,集中在混凝土澆筑溫度的選擇上。實踐經驗表明,如果單純從防止混凝土早期被凍出發,選擇過高的澆筑溫度,往往會導致混凝土開裂,造成混凝土施工出現質量問題,所以要選擇合理的澆筑溫度。

  1、 大體積混凝土冬季施工的原則

  連續5天日平均氣溫在5℃以下,即進入混凝土的冬期施工階段。大體積混凝土冬期施工應兼顧防凍與防裂兩方面的要求,因此應遵循以三條基本原則:

  ⑴砂、石等原材料中不能含有凍土塊,混凝土拌和物也應該具有一定的溫度,以保證在運輸和澆筑過程中不致凍結。

  ⑵混凝土在達到臨界強度之前不能受凍,以免混凝土內部結構受到破壞,最終強度受到損失。

  ⑶混凝土的內外溫差和最高溫度均不能超過規定數值,以免發生裂縫,破壞結構的整體。

  上述三條原則中,⑴,⑵是為了防凍,⑶是為防裂。

  2、大體積混凝土冬期施工的溫度控制

  2.1混凝土澆筑溫度的選擇

  為了防止早期混凝土受凍,澆筑溫度當然越高越好,規范規定入模溫度不低于5℃,沒有上限控制。但大體積混凝土,除了防凍外,還有防裂要求,由于體積大,澆筑以后,雖然表面溫度很低。內部溫度卻因水化熱而急劇上升。為了減小內外溫差和基礎溫差,澆筑溫度越低越有利,一般說最好不超過10℃。因此,大體積混凝土施工的澆筑溫度一般以5-10℃為宜。如果氣溫很低,在達到臨界強度以前,表面混凝土有遭受凍害的可能,應加強保溫措施,不可單純為了防凍而隨意提高澆筑溫度,以致引起裂縫。

  根據當地的氣候條件和保溫方法,由澆筑溫度,加上運輸及澆筑過程中的熱量損失,就可得到混凝土的出機溫度。規范規定不低于10℃,一般控制在5-10℃為宜。

  2.2基礎及冷壁的預熱

  在澆筑混凝土以前,對基礎、預埋鐵件及與新混凝土接觸的冷壁(老混凝土、預制混凝土模板等),應用蒸汽清除所有冰、雪、霜凍,并使其表面溫度上升。如果基巖及冷壁的內部溫度較低,還需要提前進行預熱。如果不進行預熱,澆筑混凝土以后,接觸面附近的新混凝土溫度將很快降至零度以下。預熱所需要溫度、深度和持續時間,由溫度計算決定。計算原則應使接觸面附近的新混凝土在達到臨界強度之前不被凍結。一般來說,應使基巖嘗試10cm內溫度在5℃以上。

  2.3原材料加熱

  當氣溫不低于-1℃時,一般只須將拌和水加熱,以滿足溫度的要求。水溫不能超過60℃,以免水泥發生假凝。當氣溫低于-1℃時,須將水與細骨料加熱,同時加熱粗骨料使其中的冰雪化。加熱砂石料時應避免過熱和過分干燥,最高溫度不宜超過75℃。

  水的加熱可用鍋爐、電熱或蒸汽,砂料加熱可用封閉的蛇形管,石料加熱使用蒸汽最方便。

  2.4運輸中的保溫

  運輸中的熱量損失與運輸工具有關。如使用大型運輸罐,熱損失一般不大。如使用自卸卡車,可用廢氣加熱車底,車皮外面應加保溫層并在車身上面加以覆蓋,如使用皮帶輸送機,最好搭蓋帳篷,完全封閉,否則熱量損失很大。此外,運輸中應盡量減少倒轉次數。

  2.5澆筑過程中減少熱量損失

  混凝土是分層澆筑的,每層厚度20-50cm,由于厚度薄,散熱面積大,澆筑過程中的熱量損失是很大的。減少熱量損失的辦法:加快澆筑速度,縮短澆筑時間;用保溫被或聚乙烯泡沫塑料板覆蓋保溫。當氣溫低于-5℃時,即停止澆筑。在更低的氣溫下澆筑混凝土,一般以采用暖棚法為宜。

  3、大體積混凝土冬期施工的裂縫控制

  3.1選擇合理的結構形式和分縫分塊。結構形式對溫度應力和裂縫的出現具有重要影響。澆筑塊尺寸溫度應力影響也非常大,澆筑塊越大,溫度應力也越大,越容易產生裂縫,因此合理的分縫分塊防止裂縫有重要意義。實際經驗和理論分析都表明,當澆筑塊平面尺寸控制在15m×15m左右時,溫度應力比較小。

  3.2合理選擇混凝土原材料,優化混凝土配合比。

  ⑴選擇適當品種的水泥是提高混凝土抗凍的重要手段。試驗結果表明,應使用早強硅酸鹽水泥。該水泥水化熱較大,且在早期放出強度最高,一般3d抗壓強度大約相當于普通硅水泥7d的強度,效果較明顯。

  ⑵盡量降低水灰比,稍增水泥用量,從而增加水化熱量,縮短達到臨界強度的時間。

  ⑶摻用外加劑:外加劑有減水劑、引氣劑、緩凝劑、早強劑等多種類型。

  ①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,緩沖混凝土內水結冰所產生的水壓力,提高混凝土的抗凍性。②早強外加劑:縮短混凝土的凝結時間,提高早期強度。應用較普遍的有硫酸鈉(摻用水泥用量的2%)和MS-F復合早強試水劑(摻水泥用量的5%)。③摻抗凍外加劑:在-10~-15 ℃之間的氣溫中,對混凝土拌和物摻加一種能降低水的冰點的外加劑,使混凝土在負溫下仍處于液相狀態,水化作用能繼續進行,從而使混凝土強度繼續增長。目前常用的有氧化鈣、氯化鈉等單抗凍劑及亞硝酸鈉加氯化鈉復合抗凍劑

  ⑷選擇顆粒硬度高和縫隙少的集料,使其熱膨脹系數和周圍砂漿膨脹系數相近。

  ⑸嚴格控制混凝土溫度,減小基礎溫度,內外溫差及表面溫度驟降。嚴格控制混凝土溫度是防止裂縫的最重要措施:

  ①降低混凝土出機溫度,可采用預冷骨料,冷水拌和,加冰拌和等方法。

  ②加快澆筑速度,減少暴露時間。

  ③采用臺階式澆筑法,把混凝土澆筑方式從全平面澆筑改為臺階澆筑,這樣可縮短混凝土面層暴露時間。

  ④在混凝土表面覆蓋保溫材料,以減少內外溫差,降低混凝土表面溫度梯度。

  ⑤冬季盡量在暖棚內澆筑。重視施工前準備工作,將人員、設備、器材、制度等質量保證體系建全,準備充分,加強施工管理。

  3.2保溫養護

  ⑴表面保溫法。側面用保溫模板、保溫被、聚苯乙烯泡沫塑料板等,頂面用聚乙烯泡沫塑料板、保溫被、砂、鋸末等保溫,將混凝土澆筑時所包含的熱量(決定于澆筑溫度)及水化熱保存起來,維持所需溫度。保溫層厚度應通過計算確定。

  ⑵主動加熱法。在模板內側以蒸汽或電熱線加熱.

  電加熱。將鋼筋作為電極,或將電熱器貼在混凝土表面,使電能變為熱能,以提高混凝土的溫度。此法簡單方便,熱損失較少,易控制,不足之處是電能消耗量大。或在表層混凝土內插入電極,利用混凝土的電阻,以低壓(50-100V)加熱。

  ⑶暖棚法。在混凝土塊外面搭蓋暖棚,在棚內利用電熱風機、蒸汽熱風機或火爐加熱,制造更有利地提高混凝土強度的“人工氣候”。

  ①火爐加熱。一般在較小的工地使用,方法簡單,但室內溫度不高,比較干燥,且放出的二氧化碳會使新澆混凝土表面碳化,影響質量。②蒸氣加熱。用蒸氣使混凝土在濕熱條件下硬化。此法較易控制,加熱溫度均勻。但因其需專門的鍋爐設備,費用較高。且熱損失較大,勞動條件亦不理想。③紅外線加熱。以高溫電加熱器或氣體紅外線發生器,對混凝土進行密封幅射加熱。

  4、結語

  大體積混凝土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。根據工地現有條件,一般會采用幾種措施綜合使用。

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