水工大体积混凝土冬季施工中温度及裂缝控制

所属栏目:建筑设计论文 发布日期:2012-12-25 09:11 热度:

  摘要:水利工程大体积混凝土冬季施工除防止早期混凝土被冻外,还存在着控制温差、防止裂缝的问题,在设计和施工中,必须妥善解决这个矛盾,兼顾防冻与防裂两方面的要求。

  关键词:水利工程大体积混凝土,冬季施工,温度,裂缝

  混凝土具有原料丰富,价格低廉,抗压强度高,耐久性好,强度等级范围宽,生产工艺简单等特点,因而使用范围也十分广泛,用量越来越大。随着水利工程建设的发展,水利工程的构筑物及大型设备基础等都采用体积庞大的混凝土结构。大体积混凝土已大量用于水利工程建设中。

  我国北方地区冬季寒冷,受工期制约,许多工程的混凝土冬季施工是不可避免的。只要采用适当的施工方法,避免新浇混凝土早期受冻,使外露混凝土与冬季气温保持较小温差,也会取得像在天暖施工时的效果;与之相比,水利工程大体积混凝土冬季施工除防止早期混凝土被冻外,还存在着控制温差、防止裂缝的问题,在设计和施工中,必须妥善解决这个矛盾,兼顾防冻与防裂两方面的要求。

  混凝土冬期施工,尤其是在严寒地区,无论采用何种施工方法,为了防止早期混凝土被冻,一般都会采用较高的浇筑温度。但另一方面,正是由于气候寒冷,基础温差和内外温差必然加大,往往超过允许温差,不能满足防止混凝土裂缝的要求。因此,大体积混凝土冬期施工中防冻与防裂的矛盾,集中在混凝土浇筑温度的选择上。实践经验表明,如果单纯从防止混凝土早期被冻出发,选择过高的浇筑温度,往往会导致混凝土开裂,造成混凝土施工出现质量问题,所以要选择合理的浇筑温度。

  1、 大体积混凝土冬季施工的原则

  连续5天日平均气温在5℃以下,即进入混凝土的冬期施工阶段。大体积混凝土冬期施工应兼顾防冻与防裂两方面的要求,因此应遵循以三条基本原则:

  ⑴砂、石等原材料中不能含有冻土块,混凝土拌和物也应该具有一定的温度,以保证在运输和浇筑过程中不致冻结。

  ⑵混凝土在达到临界强度之前不能受冻,以免混凝土内部结构受到破坏,最终强度受到损失。

  ⑶混凝土的内外温差和最高温度均不能超过规定数值,以免发生裂缝,破坏结构的整体。

  上述三条原则中,⑴,⑵是为了防冻,⑶是为防裂。

  2、大体积混凝土冬期施工的温度控制

  2.1混凝土浇筑温度的选择

  为了防止早期混凝土受冻,浇筑温度当然越高越好,规范规定入模温度不低于5℃,没有上限控制。但大体积混凝土,除了防冻外,还有防裂要求,由于体积大,浇筑以后,虽然表面温度很低。内部温度却因水化热而急剧上升。为了减小内外温差和基础温差,浇筑温度越低越有利,一般说最好不超过10℃。因此,大体积混凝土施工的浇筑温度一般以5-10℃为宜。如果气温很低,在达到临界强度以前,表面混凝土有遭受冻害的可能,应加强保温措施,不可单纯为了防冻而随意提高浇筑温度,以致引起裂缝。

  根据当地的气候条件和保温方法,由浇筑温度,加上运输及浇筑过程中的热量损失,就可得到混凝土的出机温度。规范规定不低于10℃,一般控制在5-10℃为宜。

  2.2基础及冷壁的预热

  在浇筑混凝土以前,对基础、预埋铁件及与新混凝土接触的冷壁(老混凝土、预制混凝土模板等),应用蒸汽清除所有冰、雪、霜冻,并使其表面温度上升。如果基岩及冷壁的内部温度较低,还需要提前进行预热。如果不进行预热,浇筑混凝土以后,接触面附近的新混凝土温度将很快降至零度以下。预热所需要温度、深度和持续时间,由温度计算决定。计算原则应使接触面附近的新混凝土在达到临界强度之前不被冻结。一般来说,应使基岩尝试10cm内温度在5℃以上。

  2.3原材料加热

  当气温不低于-1℃时,一般只须将拌和水加热,以满足温度的要求。水温不能超过60℃,以免水泥发生假凝。当气温低于-1℃时,须将水与细骨料加热,同时加热粗骨料使其中的冰雪化。加热砂石料时应避免过热和过分干燥,最高温度不宜超过75℃。

  水的加热可用锅炉、电热或蒸汽,砂料加热可用封闭的蛇形管,石料加热使用蒸汽最方便。

  2.4运输中的保温

  运输中的热量损失与运输工具有关。如使用大型运输罐,热损失一般不大。如使用自卸卡车,可用废气加热车底,车皮外面应加保温层并在车身上面加以覆盖,如使用皮带输送机,最好搭盖帐篷,完全封闭,否则热量损失很大。此外,运输中应尽量减少倒转次数。

  2.5浇筑过程中减少热量损失

  混凝土是分层浇筑的,每层厚度20-50cm,由于厚度薄,散热面积大,浇筑过程中的热量损失是很大的。减少热量损失的办法:加快浇筑速度,缩短浇筑时间;用保温被或聚乙烯泡沫塑料板覆盖保温。当气温低于-5℃时,即停止浇筑。在更低的气温下浇筑混凝土,一般以采用暖棚法为宜。

  3、大体积混凝土冬期施工的裂缝控制

  3.1选择合理的结构形式和分缝分块。结构形式对温度应力和裂缝的出现具有重要影响。浇筑块尺寸温度应力影响也非常大,浇筑块越大,温度应力也越大,越容易产生裂缝,因此合理的分缝分块防止裂缝有重要意义。实际经验和理论分析都表明,当浇筑块平面尺寸控制在15m×15m左右时,温度应力比较小。

  3.2合理选择混凝土原材料,优化混凝土配合比。

  ⑴选择适当品种的水泥是提高混凝土抗冻的重要手段。试验结果表明,应使用早强硅酸盐水泥。该水泥水化热较大,且在早期放出强度最高,一般3d抗压强度大约相当于普通硅水泥7d的强度,效果较明显。

  ⑵尽量降低水灰比,稍增水泥用量,从而增加水化热量,缩短达到临界强度的时间。

  ⑶掺用外加剂:外加剂有减水剂、引气剂、缓凝剂、早强剂等多种类型。

  ①引气剂:在保持混凝土配合比不变的情况下,加入引气剂后生成的气泡,相应增加了水泥浆的体积,提高拌和物的流动性,改善其粘聚性及保水性,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。②早强外加剂:缩短混凝土的凝结时间,提高早期强度。应用较普遍的有硫酸钠(掺用水泥用量的2%)和MS-F复合早强试水剂(掺水泥用量的5%)。③掺抗冻外加剂:在-10~-15 ℃之间的气温中,对混凝土拌和物掺加一种能降低水的冰点的外加剂,使混凝土在负温下仍处于液相状态,水化作用能继续进行,从而使混凝土强度继续增长。目前常用的有氧化钙、氯化钠等单抗冻剂及亚硝酸钠加氯化钠复合抗冻剂

  ⑷选择颗粒硬度高和缝隙少的集料,使其热膨胀系数和周围砂浆膨胀系数相近。

  ⑸严格控制混凝土温度,减小基础温度,内外温差及表面温度骤降。严格控制混凝土温度是防止裂缝的最重要措施:

  ①降低混凝土出机温度,可采用预冷骨料,冷水拌和,加冰拌和等方法。

  ②加快浇筑速度,减少暴露时间。

  ③采用台阶式浇筑法,把混凝土浇筑方式从全平面浇筑改为台阶浇筑,这样可缩短混凝土面层暴露时间。

  ④在混凝土表面覆盖保温材料,以减少内外温差,降低混凝土表面温度梯度。

  ⑤冬季尽量在暖棚内浇筑。重视施工前准备工作,将人员、设备、器材、制度等质量保证体系建全,准备充分,加强施工管理。

  3.2保温养护

  ⑴表面保温法。侧面用保温模板、保温被、聚苯乙烯泡沫塑料板等,顶面用聚乙烯泡沫塑料板、保温被、砂、锯末等保温,将混凝土浇筑时所包含的热量(决定于浇筑温度)及水化热保存起来,维持所需温度。保温层厚度应通过计算确定。

  ⑵主动加热法。在模板内侧以蒸汽或电热线加热.

  电加热。将钢筋作为电极,或将电热器贴在混凝土表面,使电能变为热能,以提高混凝土的温度。此法简单方便,热损失较少,易控制,不足之处是电能消耗量大。或在表层混凝土内插入电极,利用混凝土的电阻,以低压(50-100V)加热。

  ⑶暖棚法。在混凝土块外面搭盖暖棚,在棚内利用电热风机、蒸汽热风机或火炉加热,制造更有利地提高混凝土强度的“人工气候”。

  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。②蒸气加热。用蒸气使混凝土在湿热条件下硬化。此法较易控制,加热温度均匀。但因其需专门的锅炉设备,费用较高。且热损失较大,劳动条件亦不理想。③红外线加热。以高温电加热器或气体红外线发生器,对混凝土进行密封幅射加热。

  4、结语

  大体积混凝土冬季施工方法都有利有弊,其适用范围都受一定条件的制约。根据工地现有条件,一般会采用几种措施综合使用。

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