冬季混凝土生产施工及养护


发布时间:

2024-01-17

如东交通工程

1 冬季混凝土施工研究意义
混凝土的定义是:由胶凝材料(水泥、矿粉、粉煤灰)、水、粗骨料(大石子、小石子)、细骨料(砂子)、外加剂(减水剂、早强剂、防冻剂等)以及其他掺和物(纤维、硅粉等)所构成的具有一定强度、刚度和耐久性等性能的复合材料。
混凝土在建筑工程占据着非常重要的地位,是建筑工程主体的重要组成部分。由于混凝土的自身特点,生产施工时的环境温度对混凝土的质量有极大的影响,因此了解混凝土的这些特性对保证建筑结构的质量十分重要。
混凝土要想达到建筑工程需要的强度性能,就必须保证水与水泥正常的进行水化反应。当其他条件相同时,温度越高,水与水泥的水化反应越快,混凝土强度增长的也越快;而温度越低,水化反应越慢,当温度过低时,水化反应甚至停止。
当外界温度达到零度以下,混凝土中的自由水会结成冰,而水结成冰后体积会变大,使混凝土产生裂纹,另外冰块会在混凝土内形成孔洞。裂纹和空洞的出现使混凝土强度降低,与钢筋胶结能力减弱,最终使钢筋混凝土结构产生质量问题。
将刚浇筑就受到零下低温伤害过的混凝土进行常温养护,由于混凝土内的裂纹和空洞的存在是无法得到修复的,因此虽然混凝土强度在养护条件下能够有所增长,但其强度无法达到设计混凝土时的强度。冻害对混凝土来说是不可逆的,冻害越早,水化反应越短,凝结成冰的水越多,对混凝土结构造成的问题就越严重。    
为了保证冬季施工混凝土结构的质量,建筑工程冬期施工规程(JGJ/T104-2011)中有规定:在混凝土强度没有达到或高于受冻临界强度时,混凝土结构是不能够处于负条件下的。
由于不同水泥品种中不同化合物含量不同,因此不同水泥生产的混凝土抗冻能力也是不同的,而且不同水泥生产的混凝土受冻临界要求也不同。
由于硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥生产的混凝土时,其水化反应较快,强度增长快,抗冻能力较好其受冻临界强度应为设计强度标准值的30%;而矿渣硅酸盐水泥生产的混凝土,由于水泥中掺和物的影响,其抗冻能力较弱,因此受冻临界强度应为设计强度标准值的40%。
在负温条件下进行施工,如果不能处理好混凝土防冻养护问题,就极易使混凝土产生冻伤问题,这将对整个建设工程的工程的质量、进度与成本控制产生严重影响,因此要从混凝土的生产,浇筑,养护等方面进行研究,保证混凝土结构质量,使工程建设顺利进行。
2 冬季混凝土生产
2.1 冬季混凝土施工的水泥选择
冬季施工混凝土,首先要了解施工期间的周围环境、建筑结构的特点以及采用的施工方法。只有了解了这些,才能对施工水泥做出选择。    
(1)由于硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥具有较强的抗冻能力,因此在冬季施工时优先选用这两种。
(2)由于矿渣硅酸盐水泥中的活性混合材料,能在蒸汽条件下使水泥发生二次水化反应,因此施工后采用蒸汽养护可以选用矿渣硅酸盐水泥。
(3)为保证混凝土质量,水泥强度要选用42.5、52.5水泥,不能选用32.5水泥。
(4)当水泥用量必须超过300kg/m3的大体积混凝土,要按实际情况选择水泥的种类和用量,不必拘泥于上面三个条件。
混凝土生产中,骨料对混凝土的强度具有很大的影响,因此在冬季混凝土生产前必须对骨料提前进行筛选和储备。冬季施工混凝土所用的骨料除了满足建筑工程规范的相关规定要求之外,还要具有良好的抗冻性,以确保混凝土质量。
2.2 冬季混凝土生产注意事项
冬季混凝土生产为了使各种物料性能得以充分发挥,物料拌合更加均匀,其搅拌时间一般延长至常温条件下的1.5倍。在拌和的同时对拌和机械进行提前预热,搅拌机械的进水管道和外加剂管道、搅拌设备在配料、卸料转运及皮带机廊道各处都应增加保温措施,以防止低温对混凝土生产造成影响。另外,冬季混凝土生产在出厂时除了满足正常的生产施工需要的和易性,尤其要注意冬季混凝土坍落度的变化,冬季预拌混凝土生产特别要小心混凝土坍落度返大现象的发生。    
2.2.1 冬季混凝土坍落度返大其所产生的影响
(1)混凝土坍落度返大会导致混凝土到达施工现场后
出现泌水离析现象发生,引发严重后果:离析混凝土会导致混凝土泵发生堵管、爆管等事故,使得混凝土浇筑不得不中断,从而影响混凝土施工进度。
(2)由于混凝土坍落度返大后使混凝土离析泌水,其骨料与浆体分离,骨料下沉浆体上浮,混凝土各部位强度差距较大,严重时会产生裂缝,导致混凝土结构整体性能下降。
2.2.2 造成混凝土坍落度返大的原因
(1)在混凝土生产时,没有控制好用水量使水胶比过大、外加剂性能没能掌握使其掺量过多。
(2)没有使混凝土充分搅拌,外加剂没能与胶凝材料充分接触发挥出应有效果,在后续运输过程中继续发挥作用,使得混凝土坍落度变大。
(3)在混凝土生产过程中,由于气温较低,导致水泥与外加剂活性降低,减水剂减水效果未能充分显现,为保证混凝土出厂时满足建筑施工生产需要,导致减水剂使用过量,从而出现混凝土坍落度返大现象。
(4)如果混凝土生产所用砂石集料含有冰块雪块,在搅拌过程中,冰雪未被全部融化,就导致混凝土实际用水量变大,水泥水化放热导致冰雪融化,从而混凝土坍落度变大。    
2.2.3 防止混凝土坍落度变大的方法
(1)对外加剂和水泥进行适应性试验,对外加剂性能有充分认识。
(2)对砂石等混凝土原材料抽样检查含水情况,避免含冰雪原材料的使用。
(3)延长搅拌时间,使外加剂和胶凝材料充分的接触,让外加剂性能充分体现。
(4)对混凝土取样观察,充分了解各时间段混凝土情况。
(5)及时了解混凝土出场后的情况,以便有问题及时解决。
3 负温混凝土生产要点
在负温条件下进行混凝土生产,为保证工程质量,需做好以下几个方面:
(1)当气温低于零下5℃时,对所用原材料进行加热。当然,不同温度条件,加热的方法也有所不同。当气温在零下5~10℃时,热水温度不高于65℃,可以直接将热水与胶凝材料混合进行混凝土搅拌;热水温度高于65℃,须将热水与骨料进行混合搅拌,等水温降低后,才能加入胶凝材料进行搅拌。当气温在零下10℃以下时,混凝土生产必须在保温暖棚中生产,在生产之前还需对生产机械进行预热。
(2)为保证混凝土质量,各种材料性能得以充分发挥,就必须增加混凝土搅拌时间,增加时间视生产情况而定。
(3)在混凝土中加入防冻剂。对防冻剂进行必要的试验,检测防冻剂的各项指标、性能、用量,必要时还要进行混凝土试配。    
4 冬季混凝土的运输
混凝土在冬季运输的过程中,会有大量的热量损失导致混凝土温度过低影响混凝土质量,为保证混凝土质量,必须做好混凝土运输中的保温措施。
在运输过程中具体的保温措施有:
(1)选用具有保温材料包裹住的混凝土搅拌车。
(2)规划好路线缩短运输时间。
(3)选用泵送施工,尽量缩短施工时间,避免混凝土暴漏在运输途中产生冻害。
(4)控制混凝土发料节奏,避免施工现场混凝土搅拌车堆积,以减少混凝土等待时间。
5 冬季混凝土浇筑施工注意事项
(1)在混凝土浇筑时,模板上不得有杂物、积水,钢筋上不得有铁锈。
(2)在混凝土开始浇筑时,确保混凝土最低温度不得低于5℃。当环境温度在10℃以下时,较薄、较小、不宜保温的部位不宜浇筑。
(3)为确保混凝土物料均匀,在浇筑时要注意分层连续浇筑,分层浇注的厚度一般要求小于30cm,浇筑施工要连续,并且要振捣均匀。
(4)在新旧混凝土接缝处施工,为确保混凝土整体强度,需要注意以下情况。    
①清理接缝处,确保接缝处整洁干净,没有松动石子等,并用热水润湿,使混凝土新旧结合不留裂缝。
②接缝处加热,保证新浇筑混凝土入模温度高于10℃,确保接缝处新浇筑混凝土强度。
③在浇筑过程中严禁随意加水,如果混凝土坍落度因为偏小导致施工不便,就需在技术人员指导下进行调整。
④在混凝土浇筑时,为防止料浆分离保证混凝土黏聚性,混凝土自由落体高度要求在2m以内。如果因施工条件所限混凝土自由落体高度一定要超过两米,就需要使用串筒、溜管、振动溜管等来降低混凝土落地速度,保证混凝土的黏聚性。
⑤浇筑后,裸露在外的混凝土表面要用薄膜覆盖,以防止杂物混入。
6 冬季混凝土养护
在冬季混凝土施工后,为保证混凝土质量,其后续的养护非常重要。一旦养护不到位混凝土内部水化反应慢,就会影响后续混凝土强度增长;如果在负温环境下,混凝土还会受到冻害,就影响混凝土最终强度,甚至产生裂纹。因此,在冬季施工,养护就成了混凝土浇筑后的重中之重。这里列举了以下几种方法。
(1)材料预热法。
材料预热法是在混凝土生产时就开始对混凝土养护的一种方法,这种方法可以防止混凝土中混入冰雪等影响混凝土质量,也可以通过使用外加剂来快速见效,避免混凝土坍落度反大等现象。    
具体使用方法是用热水再搅拌机中先与砂石骨料进行搅拌,使骨料进行充分预热,再加入凝胶材料进行搅拌。当环境温度过低时,也可以提前加热砂石骨料防止水温过低。
一般情况下,混凝土出仓温度在15~20℃即可,否则混凝土温度过高会产生假凝现象,影响施工。将材料预热法与后续养护方法结合使用,可以更好的保证混凝土结构的质量。
(2)蓄热保温法。
蓄热保温法是建设工程中最常用的养护方法,其特点是造价便宜、施工简单。主要保温方法是采用覆盖物来保留混凝土内胶凝材料进行水化反应产生的热量,从而保证混凝土强度增长所需的温度。其缺点是无法满足温度过低时养护要求,混凝土强度增长较慢。这种方法适用于冬季温度高于-10℃的较暖地区,及大厚体积混凝土工程。其具体使用方法有以下几种。
①标准蓄热法。为保证混凝土的入模温度,对混凝土拌合用水进行加热,混凝土浇筑后用保温材料覆盖的方法进行养护,在养护期间不再对其进行加热,利用水泥的水化热对混凝土进行养护。这种方法只适用的环境温度为0~5℃,且7天拆模时混凝土强度要达到混凝土拆模时的强度要求。
②第二类综合蓄热法。要求对混凝土中除胶凝材料外的其它物料都要进行加热,并且充分利用水泥的水化热,并对混凝土进行保温养护,使混凝土达到临界强度。但这种方法适用的环境温度较低的环境,施工成本较高。    
③第三类综合蓄热法。使用早强剂减水剂防冻剂等外加剂来缩短混凝土的养护时间,并且降低混凝土的临界强度,较短的时间内使混凝土强度达到临界强度。
④第四类综合蓄热法。在混凝土生产时加入抗冻剂及早强剂,并对混凝土所用物料进行集体加热。
(3)外部加热法外部加热法。
外部加热法适用于构件并不厚大的工程,环境温度要求不得低于-10℃。其作用原理是通过对混凝土构件周围环境进行烘烤加热,通过空气进行热传导把热量传递给混凝土,使混凝土获得养护所需温度;如果环境温度过低,就可以采用更直接的方法来对混凝土进行直接加热,当然,在这段过程中要确保混凝土周围环境的湿度,使混凝土处于正温条件,能够正常的进行水化反应,最终达到所需强度。
具体加热方法有蒸汽加热、暖棚法(空气加热法)、电热、红外加热等。暖棚法和蒸汽加热养护,这两种方法效益最好,应用范围也最广。
在混凝土施工时,一般是几种方法结合使用,以确保混凝土结构在低温条件下不出现质量问题。
7 结语
在建筑施工中,混凝土冬季施工受外界温度的影响很大,为确保混凝土结构在低温甚至负温条件下依然能够保证工程的进度与质量,需要从混凝土生产、运输、施工、养护等方面采用正确的生产施工方式,并对其进行全方位的质量监控,才能更好的保证施工进度,确保工程质量。