浅谈冬季混凝土施工方案及裂缝的控制

喻文迪

摘要:文章阐述了混凝土冬季施工受冻情况，介绍了混凝土冬季施工的几种方法并对施工中防止产生裂纹的技术措施进行了探讨。为确保由于工期限制，必须冬季施工工程的质量提供参考。

关键词:混凝土,桥梁,冬季,施工

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一、混凝土冬季施工受冻情况分析

1.原因分析

混凝土强度增长的速度和其最终强度取决于很多因素，其中硬化时的“温度”是诸多因素中主要因素之一，在一定范围内温度越高，其硬化的速度越快，温度低则硬化慢，当温度降低到0℃以下时，混凝土中的水即结成冰，水泥的水化作用也停止了，混凝土的强度不会再增长了。也就是说混凝土的强度来源于其本身的水化作用。而水的形态变化是影响混凝土强度增长的关键因素。

新浇混凝土中的水，存在形式有三种，一部分是游离水(也称自由水)，它充满在混凝土各种材料的颗粒孔隙之间；第二部分是物理结合水，这部分水是吸附在各种颗粒的表面和毛细管中的薄膜水；第三部分是与水泥颗粒起水化作用的水化水。而在负温下混凝土中能结冰的水，主要是游离水和物理结合水。

当温度接近0℃时， 混凝土硬化的很慢，当温度达到0℃时，由于水泥在水化时，产生了一定的水化热，混凝土中的水还不会立即结冰，当温度降低至-1至-1.5℃时，游离水开始结冰了，当温度接近-4℃时，混凝土中的物理结合水，也开始结冰了，当温度低于-4℃时，大量的水结成冰，使混凝土严重“脱水”，混凝土中水泥的水化作用完全停止，混凝土的强度停止增长。

混凝土在初凝和硬化初期遭受冰冻，不仅是水化作用停止，同时水变成冰时，其体积增大约9%，使混凝土内部产生了冻胀应力，破坏了尚未充分凝结好的水泥絮状结构。混凝土一经受冻，则不论其受冻时间的长短，它的损害程度都几乎是相同的。

2.混凝土受冻可能的三种情况：

①混凝土在初凝前后即遭受冻结。在这种情况下，混凝土本身尚无强度，水泥水化作用刚刚开始不久，混凝土中的水份大部分处于游离水状态，如此时混凝土遭受冻结，大量的游离水因结冰而体积膨胀较大，混凝土会变得很松散。这种受冻的混凝土虽再经正温下养护28天，其最终强度会降低50%以上，其抗冻性、不透水性及耐久性也会大大的降低，降低的程度主要取决于混凝土内部组织的破坏程度。

②混凝土在终凝后即遭受冻结，此时混凝土本身强度还很小，小于水结冰体积膨胀的松散应力，此种受冻结的混凝土解冻后，虽经正温浇水养护，但仍要部分损失其最终强度。由于此时混凝土中的水化水多了，游离水少了，所以其冻胀力也相应减小了。

③混凝土经过一定时间的养护，并已具有“一定的强度”以后再遭受冻结。此时，混凝土内部强度已足以抵抗由于混凝土内部剩余的水结冰而产生的松散力。因此，此种受冻的混凝土经正温浇水养护后，其最终强度并无损失。这“一定强度”即为混凝土可以受冻的“临界强度”。

二、混凝土冬季施工方法

混凝土冬季施工方法包括蓄热法、暖棚法、低温早强混凝土法、冷混凝土法、蒸汽加热法和电热法等,应根据实际情况合理选用。

1.蓄热法

蓄热法是将具有一定温度的混凝土在浇筑成型之后,立即用保温材料加以覆盖保温,以延缓混凝土冷却速度,使保温混凝土在正常温度下凝结硬化,达到预定的强度,混凝土的热量来源于原材料的热量及水泥水化作用的热量。原材料的加热温度需用热工方法来计算,同时要限制加热温度。原材料的加热,以水的加热最为简单,也最容易控制。在水加热到规定温度,还不能使拌和的混凝土达到所需温度时,则应考虑砂的加热,而水泥是不能加热的。拌和时要先将加热的水与骨料搅拌,然后加入水泥,以避免水泥产生“假凝”现象。砂与石子的加热,可直接将蒸汽通到砂石中即可。此法加热快,但会增加砂石的含水量,而且含水量不均匀,不易控制拌和时的加水量。另一种方法是间接加热,即在砂石中设置蒸汽盘管来加热,此法加热慢,但含水量比较稳定。此外还可用火直接烘热,这种方法的设备比较简单,但是热量损失大,加热不均匀,使部分砂石温度过高。覆盖混凝土的保温材料一般多用草袋、锯末、炉渣等。蓄热法施工比较简单,费用较低。在冬季施工时应优先考虑以保温覆盖为主的蓄热法进行养护,只有在蓄热法不能满足要求时才选用其他方法,或与其他方法配合使用。

2.暖棚法

暖棚法是用保温材料搭盖成暖棚,把整个结构物围在暖棚内加热。保温棚内具有一定温度,其操作、养护温度与正常温度一样。此法适用于天气较寒冷、结构物不大的情况。暖棚内的热源可采用蒸汽、管道或直接用火炉等。

3.低温早强混凝土法

低温早强混凝土法是按蓄热法对砂石等原材料进行加热,同时掺入少量氯化钙与氯化钠,使新浇筑的混凝土保持短时的正温,然后允许在一定的负温条件下继续硬化,获得早期抗冻强度。这一施工方法是蓄热法和冷混凝土法的综合措施。由于混凝土中掺有少量氯化钙,在初期短时的正温条件下,氯化钙加速了水泥的水化作用,使混凝土早期强度发展较慢。

4.冷混凝土法

冷混凝土法是在混凝土中掺入氯盐———氯化钙、氯化钠或两者混合物来加速混凝土的凝结硬化速度。该法能降低混凝土中水的冰点,起到防冻作用,并提高其早期强度。冷混凝土浇筑时,气温不得低于-15℃。由于氯化钙对钢筋有腐蚀作用,因此目前常利用三乙醇铵与亚硫酸钠的复合早强剂等。

5.蒸汽加热法

蒸汽加热法不仅能使混凝土得到加热,而且还可得到适当的湿度,促进其水化作用,使混凝土凝结硬化更快,这种方法应用比较广泛。蒸汽加热法除了采用专门的蒸汽养护室外,也可在结构内部通气,经预留孔道内通蒸汽来加热混凝土,当混凝土达到预定强度后再将孔道以灰浆填实。此外还有蒸汽毛管法与蒸汽外套法,均根据结构物形状与实际情况而定。蒸汽加热法施工时温度不应超过80℃,对混凝土要均匀加热并要设有排除冷水的设备。

6.电热法

电热法是在混凝土结构物内预埋电极,用低压电流使混凝土得到热量,此法对安全措施要求较严,耗电量大,常用于小型构件的热养护。

三、冬季施工混凝土裂纹防范措施

1.钢筋加工

过低的负温对钢筋骨架的焊接质量会产生一定影响,因此钢筋骨架的成型焊接均在暖棚中进行,胎具固定在暖棚内,棚内设火炉4个,保证施工焊接温度在-18℃以上,主筋采用闪光对焊。在钢筋骨架入孔就位时,孔内泥浆温度控制在10℃以上,采用蒸汽针循环加热泥浆,骨架连接采用挤压头连接,以缩短钢筋骨架外置时间。钢筋焊接在室外进行时,最低温度不宜低于-20℃,并采取防雪挡风措施,减小焊件温度差,焊接后的接头严禁立即接触冰雪。张拉预应力钢筋时的温度不宜低于-15℃。

2.混凝土搅拌

搅拌混凝土各项材料的温度,应满足混凝土拌合物搅拌合成后所需要的温度,当材料原有温度不能满足需要时,应首先考虑对拌合用水加热(温度不得高于80℃),仍不能满足需要时,再考虑对集料加热(温度不得高于60℃)。混凝土出机温度不宜低于10℃,入模温度不宜低于5℃。水泥只能保温,不得加热。骨料不得带有冰雪和冻结团块。严格控制混凝土的配合比和坍落度;投料前,应先用热水或蒸汽冲洗搅拌机,投料顺序为骨料、水搅拌,再加水泥搅拌,时间应较常温时延长50%。

3.混凝土的运输

混凝土的运输时间应尽可能缩短,运输混凝土的设备应有保温措施。混凝土可采用罐车运输、泵车泵送,罐车外裹可设帆布罩,可以抵御寒流,并确保在1 km的运距内,混凝土的入模温度在5℃以上。

4.混凝土的浇筑

混凝土在浇筑前应清除模板、钢筋上的冰雪和污垢,成型后开始控制养护时的温度,用蒸汽法养护时不得低于5℃,细薄结构不得低于8℃。尽量将混凝土浇筑时间安排在一天当中温度相对较高时施工,浇筑完毕后进行覆盖并通入蒸汽进行养生。

5.混凝土的养护

在梁体混凝土温度冷却至与外界温度相近时,方可拆除加热养护结构的模板和覆盖物;当混凝土与外界气温相差大于20℃而要拆除模板时,混凝土表面应加以覆盖,并使其缓慢冷却,严禁提前掀开覆盖物。严格按规范规定,控制升降温梯度。当表面系数大于6时,升温速度不超过10℃/h;恒温温度不超过60℃/h;降温速度不超过5℃/h,从而避免升温过程中的膨胀裂缝和降温过程中的收缩裂缝。用蒸汽法养护时,升温速度为10℃/h,降温速度为5℃/h。养护温度不宜超过80℃。加热养护结构的模板和保温层,在混凝土冷却至5℃以后方可拆除,当混凝土与外界气温相差大于20℃时,拆除模板后的混凝土表面应加以覆盖,使其缓慢冷却。

参考文献:

[1] 李永生.混凝土裂缝控制[J].山西建筑,2008,34(7):168-169.

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