混凝土冬季施工技术探讨_土木工程毕业论文.doc

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1、混凝土冬季施工技术探讨摘要 从多年的混凝土施工实践及研究结果认识到，当环境温度降至5再不回升连续5天以上时，只要采取适当的施工方法，选择好原材料和合理设计配合比，避免新施工的混凝土不要早期受冻。使施工后的外露混凝土降至0以下，就会使工程有其它季节一样好的效果。本文就混凝土冬季施工的特点、混凝土冬季施工原理及理论、混凝土材料要求和配合比要求、混凝土冬季施工措施、混凝土冬季养护措施等方面进行探讨。关键词：混凝土材料 冬季施工技术 混凝土运输 混凝土养护前言 混凝土是当代最主要的土木工程材料之一，在很多工程中应用非常广泛。它是由水泥做凝胶材料，砂、石作集料，与水（加或不加掺合料、外加剂等）按一定比例

2、配合，经搅拌、成型、养护而成。混凝土强度靠水泥与水进行水化作用后硬化时产生。混凝土的硬化在于水泥的水化速度：温度越高，水泥水化速度越快；反之，温度越低，水泥水化速度越低，混凝土强度增长缓慢。北方广大地区有较长的寒冷季节，这些地区混凝土的冬季施工是必不可少的。新浇筑的混凝土，如果遭受低温冰冻，由于混凝土中的水分大部分已经结冰，水泥颗粒不能与冰发生化学反应，混凝土的强度会停止发展，而且孔隙内水分结冰会引起膨胀（水结冰体积可膨胀约9%），作用在孔隙毛细管内壁，使混凝土内部结构遭到破坏，已经获得的强度受到损失，也让混凝土的各种物理力学性能全面下降。1.混凝冬季土施工特点 水和温度会影响水泥的水化作用，

3、而水化作用又会影响到混凝土强度的增长。当冬季温度降低时，水的活性减弱，水泥的水化速度降低。特别是当温度降至0以下时，混凝土中的水结成冰，水泥的水化作用停止，混凝土强度停止增长。因此，如何形成水泥水化作用的环境是混凝土冬季施工的关键环节。 混凝土在5左右的温度下养护28天，其强度增长仅能达到标准养护28天的60%左右。当温度下降到0以下时，混凝土中的水分开始结冰，其体积膨胀约为9%，同时还会在骨料和钢筋表面产生较大的冰凌，减弱水泥浆与骨料和钢筋的黏结力，从而降低了混凝土的强度。因此，在冬季的混凝土施工中，既要较快地增长混凝土强度，也要让混凝土在受冻前尽快达到其抗冻害的临界强度。 为了给冬季混凝土

4、施工创造一个正温养护环境，常常采用材料预热、保温、养护期间加热等措施，这些措施使得施工技术更加复杂，费用也更加高昂，而且对能源供给的要求也较高。冬季混凝土施工成本增加幅度为32%50%。 冬季是混凝土工程质量事故的多发季节，但冬季浇筑的混凝土一般在春融期或者后期才显现质量问题。由于事故多发生较晚，所以处理难度较大，因此必须要有提高冬季混凝土施工的可靠性。 我国气候属于大陆气候，冬季有寒流袭击，气温变化频繁，需要注意防护。另外，由于风速较大，还需要注意防风，避免混凝土养护期间失水。2.混凝土冬季施工原理21 混凝土冬季施工期的气温标准 我国对冬季施工期的气温标准有规定如下：寒冷地区的日平均气温稳

5、定在5以下或最低气温稳定在-3以下时：温和地区的日平均气温稳定在3以下时。稳定是指气温连续保持5天或5天以上。但在整个冬季施工期内不是在刚达到这一气温标准下就全面使用保温措施。而是有一定的滞后。入冬时气温虽降至冰结温度。料堆内部温度比气温高：而气温转暖后一定时期，骨料温度仍然处在负温。因此同一气温在入冬和冬季结束两个时间，需采取对应的措施。22 混凝土的凝结硬化和温度的关系混凝土拌和物浇灌后之所以能逐渐凝结和硬f-L直至获得最终强度，是由于水泥水化作用的结果。而水泥水化作用的速度除与混凝土本身组成材料和配合比有关外。主要是随着温度的高低而变化的。当温度升高时，水化作用加快，强度增长也较快：而当

6、温度降低到Occ时。存在于混凝土中的水有一部分开始结冰。逐渐由液相(水)变为固相(水)。这时参与水泥水化作用的水减少了，因此，水化作用减慢 虽度增长相应较慢。温度继续下降，当存在于混凝土中的水完全变成冰，也就是完全由液相变为固相时水泥水化作用基本停止，此时强度就不再增长。3.冬季混凝土施工受冻问题分析3.1 温度与砼强度的关系 混凝土捣拌浇灌后之所以能逐渐凝结和有高的温度，是由本身水化作用的结果。而水泥水化作用的速度除与混凝土组合材料和配合比有关外，主要是随着温度的高低而变化。当温度升高时，水化作用加快，强度增长也快；而当温度降至 0时，存在于混凝土中的游离水有一部分开始结冰，逐渐由液相变为固

7、相，这时水泥水化作用基本停止，强度也不再上升。温度继续下降，当混凝土中的水全部结成冰，由液相变为固相时，体积膨胀约9%，同时产生大约 20kN/m 的侧压力。这个应力值一般大于混凝土浇筑后内部形成的初期强度值，致使混凝土受到程度不同的早期破坏而降低强度。此外当水结成冰后会在骨料和钢筋表面产生颗粒较大的冰凌，这种冰凌会减弱水泥浆与骨料同钢筋的粘结力，也会影响混凝土的抗压强度。当气温回升冰融化后又会在混凝土内部留下众多的空隙和孔洞，降低混凝土的密实性和耐久性。 3.2 砼应预防早期冻害 由此可见在冬季混凝土施工中，水的形态变化是影响混凝土强度增长的关键因素。分析国内外关于水在混凝土中的形态的一些资

8、料可以看出，新浇灌的混凝土立刻冻结时，有80%以上的水变成冰，液相不足20%，水化反应极其微弱了；当混凝土经过 24h的标准养护后再冻结，只有 60% 的水变成冰；当混凝土强度达到设计标准的50% 以上时，即使温度降至-40以下，而含水量也维持在 60% 以下，还有 40% 的水未转变为固相，水化作用也能继续进行。可以得出这样一个结论：混凝土在浇灌后有一段养护期，对加速水化作用极为重要，因而应预防早期冻害。当混凝土在受冻前只有1h的养护期，强度损失会超过50%；在受冻前得到6h的养护期，强度损失不超过20。 混凝土在正温气候条件下继续养护，其强度增长幅度是不相同的。对于预养期长初期强度达到 R

9、28的 28% 35% 的混凝土受冻后，后期强度基本不受影响；而埘于预养期较短，强度达到R28的 15% 17% 时的混凝土受冻后，后期强度会受到一定影响，只能达到设计强度的 85% 90% 。 只要混凝土在正温下养护一定时间，使混凝土有一段水化时间，就不怕冻害的影响。混凝土不致受冻害的最低临界强度国内外有许多研究成果，我国的钢筋混凝土施工及验收规范(GB50204-92)第 7.1.2条明确规定：硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥的构件为设计的 30%，矿渣硅酸盐水泥为设计的 40%，但 C8 级及 C8 级以下的混凝土不得低于 50kgf/cm2。可见受冻临界强度与水泥品种和后期增长有一定关系。4

10、.混凝土冬季施工方法主要理论4.1负温混凝土(机理)方法 根据混凝土在负温下硬化的基本理论,要保证混凝土在负温下硬化并获得强度,首要条件就在于必须有液相存在。加入抗冻外加剂是使水的冰点下降,促使混凝土在负温下硬化。掺加抗冻外加剂时,其剂量应适宜,当气温降至设计温度以下,允许有30%50%的水变为冰。掺抗冻外加剂生成的冰,不对混凝土产生显著的损害。当水泥水化所需要的水随着水化进程增多时,可由融冰来补充,直到含冰量减少并逐渐消失。 尽管掺抗冻外加剂,仍需提防第二种受冻模式造成的损害发生。产生这种受冻现象的条件是正负温度反复交替出现,混凝土的冷却及受热的速率是15/h,一般是初春及初冬,以及冬季气候

11、转暖出现融冰时刻。当空气中相对湿度增加,混凝土中水泥及抗冻外加剂用量大时,受冻模式就会加速进行。这时外加剂溶液会在混凝土中发生迁移现象,并可能在构件中某些部位集中。这些部位多是表面、截面变动处,构件内有缺陷处,然后有结晶析出,并可能体积增大,在构件内造成局部损害。因此造成负温混凝土耐久性降低的原因,可能不只是遭受寒流的袭击,还要注意突然来临的暖流。 4.2临界强度(理论)方法 受冻临界强度是指混凝土抵抗负温冻害时的最小强度。对于不同负温下冻结或用不同品种水泥拌制的混凝土,或不同等级的混凝土,其受冻临界强度值不同,当采用不同防冻剂时其受冻临界强度值也不同。临界强度,即混凝土受冻模式所需的最低强度

12、,和最短养护龄期(即I临界龄期)。在这过程中必须根据水泥的水化程度、水化生成物的结晶度、孔结构特征等综合考虑,一般来说混凝土的强度是一个重要参数,是判断混凝土中结构形成与破坏过程的标准,所以选用临界强度作为允许受冻的指标。5.混凝土冬期施工的一般要求5.1混凝土一般要求 冬期拌制混凝土时应优先采用加热水的方法，当加热水仍不能满足要求时，再对骨料进行加热，水及骨料的加热温度应根据热功计算确定，但不得超过表中的规定。项目拌和水骨料低于52.5等级的水泥、矿渣硅酸盐水泥8060大于等于52.5等级的硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥6040拌和水及骨料最高温度 配制冬期施工的混凝土，应优先选择硅酸盐水泥或普

13、通硅酸盐水泥，其强度等级不得低于42.5Mpa，每立方米混凝土水泥用量不得少于300kg，水灰比不得大于0.6. 骨料必须清洁，不得含有冰、雪等冻结物。 搅拌前应用热水或蒸汽冲洗搅拌机，搅拌时间应较常温延长50%，其拌制投料顺序时骨料、热水，然后再投入水泥、外加剂。确保混凝土的出机温度不低于15，入模温度不低于5。 混凝土的运输应尽量缩短运距，运输及浇筑混凝土的容器应有保温措施。 混凝土在浇筑前，应清除模板和钢筋上的冰雪及污垢，运输和浇筑混凝土用的容器应具有保温措施。混凝土在运输、浇筑过程中的温度应与热工计算的要求相符合，若与要求不符合，则应采取措施进行调整。 严格控制商品混凝土的质量、外加剂

14、及混凝土的水灰比；缩短混凝土到施工现场等侯的时间，做到随到随浇筑。5.2混凝土的材料要求和配合比设计要求5.2.1 混凝土的材料要求 水泥：选用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。 骨料：要求没有冰块、雪团应清洁、级配良好、质地坚硬，不应含有易被冻坏的矿物。 拌合水：经化验合格的水。5.2.2 混凝土的配合比设计要求 混凝土配合比设计是冬季混凝土施工重要的影响因素之一。合理调整配合比，适当使用外加剂I既可以改善混凝土冬季施工的工作性能，也可以提高混凝土凝结硬化后抗冻性能。混凝土配合比的调整。可以从以下几方面着手：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

15、化热较大。且在早期放出强度最高，一般3天抗压强度大约相当于普通硅水泥7天的强度，效果较明显：尽量降低水灰比。稍增水泥用量从而增加水化热量，缩短达到龄期强度的时间：掺用引气剂。在保持混凝土配合比不变的情况下，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 改善其粘聚力及保水性，降低混凝土内水结冰所产生的水压力，提高混凝土的抗冻性：掺加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HsF复合早强试水剂(掺水泥用量的5)：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。 混凝土冬期施工中使用的外加剂有：早强剂、防冻剂、减水剂和

16、引气剂，可以起到早强、抗冻、促凝、减水和降低冰点的作用。这是混凝土冬期施工的一种有效方法。当掺加外加剂后仍需加热保温时，这种混凝土冬期施工方法称为正温养护工艺；当掺加外加剂后不需加热保温时，这种混凝土冬期施工方法称为负温养护工艺。 防冻剂的作用是降低混凝土液相的冰点，使混凝土早期不受冻，并使水泥的水化能继续进行；早强剂是指能提高混凝土早期强度，并对后期强度无显著影响的外加剂。 常用的防冻剂有氯化钠（NaCl）、亚硝酸钠(NaNO2)、乙酸钠(CH3COONa)等。 早强剂以无机盐类为主，如氯盐（CaCl2、NaCl）、硫酸盐(Na2SO4、Ca SO4、K2SO4)、硫酸盐(K2CO3)、硅酸

17、盐等。其中氯盐使用历史悠久：氯化钙早强作用较好，常作为早强剂使用；氯化钠降低冰点作用较好，故常作为防冻剂使用。有机类有三乙醇胺N(C2H4OH)3、甲醇(CH3OH)、乙醇(C2H5OH)、尿素CO(NH2)2、乙酸钠(CH3COONA)等。 氯盐的掺入效果随掺量而异，掺量过高，不但会降低混凝土的后期强度，而且将增大混凝土的收缩量。由于氯盐对钢筋有锈蚀作用，故规范对氯盐的使用及掺量有严格规定。 在钢筋混凝土结构中，氯盐掺量按无水状态计算不得超过水泥用量的1%。 减水剂是在不影响混凝土和易性的条件下，具有减水及提高强度作用的外加剂。常用的减水剂有木质素磺酸盐类、奈系减水剂、树脂系减水剂、糖蜜系减

18、水剂、腐殖酸减水剂、复合减水剂等。 引气剂是指在混凝土中，经搅拌能引入大量分布均匀的微小气泡的外加剂。当混凝土具有一定强度厚受冻时，空隙中部分水被冻胀压力压入气泡中，缓解了混凝土受冻时的体积膨胀，故可防止冻害。常用的引气剂有松香热聚物、松香皂、烷基苯磺酸盐等。第6章 混凝土冬季施工措施61 创造混凝土强度快速增长的条件 在冬季施工中。采用高热或快凝水泥，减小水灰比，掺入速凝剂和塑化剂，加速凝固。增加发热量，以提高混凝土的早期强度。当气温在55 之间时根据具体情况可采用活性高水化热大的水泥，或者调整配合比，加大水泥用量或掺加外加剂。特别是掺加外加剂法，不需要采取加热措施就能使混凝土在负温条件下产

19、生抗冻早强、催化、减水等效用，降低混凝土的冰点，使之在负温状况下加速硬化以达到要求的强度。62 增加混凝土的拌和时间 冬季施工混凝土的拌和时间一般为常温的15倍。在拌和时要求对拌和机械进行预热，且对拌和温度做出限制：对大体积混凝土一般不低于12。对薄壁结构不低于l 7一25，同时要求在各种情况下的拌和温度保证入仓浇筑温度不低于5。63 减少拌和、运输、浇筑中的热量损失 采取措施尽量缩短运输时间，减少转运次数。装料设备应加盖，侧壁应保温。配料、卸料、转运及皮带机廊道各处应增加保温措施。64 预热拌和材料 首先考虑加热水，水的加热极限温度视水泥等级和品种而定，如加热温度超过此值，则搅拌时应先与砂石

20、拌合，然后加入水泥以防止水泥假凝。如水加热至极限温度而热量尚嫌不足时，再考虑加热砂石骨料，砂石加热的极限温度亦与水泥的等级和品种有关。65 提高混凝土强度等级 提高混凝土强度等级有利于提高混凝土的抗冻性、抗渗，从而提高混凝土的耐久性。在气温 0左右时施工，应选用普通硅酸盐水泥，其硅酸三钙含量不低于 50%，细度达到4900/cm2细目筛余量 15% 的水泥。这种水泥水化热反应早，使早期强度提高快，一般三天的强度大约等于普通硅酸盐水泥 7天的强度，效果较明显；尽量降低水灰比，实际上是减少游离水，增加 水泥用量，增加幅度在50kgf/m3左右较合适，从而增加水化热量，减短龄期使强度增长快；掺入早强

21、剂和减水剂，提高早期强度，但掺量必须经过试验确定，计量以水泥重为依据，一般不超过水泥用量的 5%，少掺既无效果又浪费，多掺量反而会降低强度，另外增加含气量。混凝土中加入4% 6% 的含气含量，可以截断渗水通道，使孔隙互相封闭形成连贯毛细孔，从而提高混凝土内密实性和耐久性。 6.5.1 采用蓄热法 主要适用于气温-15且结构较厚大的现浇混凝土工程对原材料砂石和水进行加热，使混凝土在搅拌、运输和浇筑完成后还储备有相当的热量，以使水化放热加快，并加强对混凝土的保温，以保持在温度降至 0以前具有一定的抗冻能力。使用蓄热法应是结构体积厚大，外露面积越小，通过表面散热损失也会少，蓄有热量则较多。因此要注意

22、内部少量降温，且应注意保护外露及角边以防受冻。此法工艺简单，费用又少而可以有足够的养护期限。 6.5.2 外加热法 适用于气温在-15 以下环境施工，而构件并不厚大的工程。通过加热施工现场周围的空气，保持混凝土的环境温度，或者直接对构件加热，使混凝土处在正温下正常硬化。使用热源有火炉、蒸气、暖棚、电及红外线等工艺。 火炉加热在较小的工地上应用。方法简单但室温不会很高且较干燥，特别是炉子里明火和聚集烟放出的二氧化碳会使新浇混凝土表面易碳化，影响表面光洁，是一种较原始的方法。 蒸气加热是采用蒸气的温度和湿度养护混凝土。此法比较简单且易控制使得温度均匀，广泛应用在大型预制构件厂，一般小型工地施工不易

23、办到。但需要专门锅炉设备和场地。热损失大，费用高，工作环境也差。 暖棚法即在现场搭设工棚，使构件或基础在棚内正常温度下施工。费用较高，因需建棚和加温，常用于一些重点项目。 电加热法是将钢筋作为电极，戏将电热器贴在混凝上表面，使电能变为热能，以提高混凝土温度。这种方法简单方便，热损失较少也容易控制。当构件较远时电加热比蒸气加热要方便灵活，但耗电量大费用高。 6.5.3 防冻法 目前生产的防冻剂可应用在-10及其以下气温中施工。它是采用降低冰点，使混凝上中的水在负温下仍处于液相状态，使水化作用能继续进行，从而改善孔结构，达到强度增长不受影响的目的。防冻法分为早强、负温防冻和结构法等，常用防冻剂是亚

24、硝酸钠，它不但可以降低冰点，而且是极好的防锈剂，费用低，大小工地皆可使用。 6.5.4 综合法 是同时采用任意的两种以上保温及防冻措施进行施工。应根据结构类型等特点，施工队伍素哽和当地能源状况来确定方案，有以蓄热为主辅以早期防冻的蓄热综合法，有以加热为主辅以防冻，也有以防冻为主辅以蓄热等。第7章 混凝土冬季养护措施 混凝土冬季养护方法分为3类：混凝土养护期间不加热的方法、混凝土养护期间加热的方法和综合方法。不加热的方法包括蓄热法、掺化学外加剂法：加热方法包括电极加热法、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两类方法，如综合蓄热法，即在蓄热法基础上掺加外加剂(早强剂或防冻

25、剂)或进行短时加热等综合措施。从节约能源和降低冬期施工费用考虑，应优先选用不加热的施工方法或综合方法。71 蓄热法 主要用于气温一1O。C左右，结构比较厚大的工程。做法是：对原材料(水、砂、石)进行加热，使混凝土在搅拌、运输和浇灌以后，还储备有相当的热量，以使水泥水化放热较快，并加强对混凝土的保温，以保证在温度降到0cc以前使新浇混凝土具有足够的抗冻能力。此法工艺简单，施工费用不多，但要注意内部保温，避免角部与外露表面受冻，且要延长养护龄期。72 外部加热法 主要用于气温一10cc以上，而构件并不厚大的工程。通过加热混凝土构件周围的空气 辱热量传给混凝土，或直接对混凝土加热使混凝土处于正温条件

26、下能正常硬化。分为以下几种加热方法：7.2.1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。7.2.2蒸气加热。用蒸气使混凝士在湿热条件下硬化。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。7.2.3电加热。将钢筋作为电极，或将电热器贴在混凝土表面，便电能变为热能，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。7.2.4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。73 抗冻外加剂 在一10cC以上的气温中。对混凝土拌和物

27、掺加一种能降低水的冰点的化学剂，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。目前常用有氧化钙、氯化钠等抗冻剂及亚硝酸钠加氧化钠复合抗冻剂。 总 结 综上所述,冬季混凝土施工的质量控制是一个非常复杂的过程,施工中无论哪一个环节出现纰漏都会造成不可估量的损失,因此技术人员要掌握好冬季施工的方法原理及实践操作的技术要求,才能保证混凝土工程冬季施工的质量。 参考文献1.李巧玲.混凝土冬期施工要点J山西建筑，20102.韩改进.铜川市水厂工程冬季混凝土施工措施研究J水利与建筑工程学报，20103.甄靖宇.高耸构筑物冬季施工方法J内蒙古科技与经济，20104.白海贞.混凝土冬季施工措施研究科技创新导报，2009025.范玮.张磊.浅析混凝土工程冬季施工应注意的问题J,山西建筑,2005. 致 谢 在学习这段时间里，本人进一步加强了对知识的掌握，学到不少现场施工所必须的理论知识，理论结合实践，总结出不少切实可行且效果理想的施工方法，这都归功于这段时间的学习，感谢四川农业大学提供这样好的机会！ 感谢我的论文指导老师刘国军，以严谨的治学态度不厌其烦的对我的论文提出很多宝贵意见，并针对我论文中的不足之处逐条做出点评，使我能够顺利完成毕业论文。再次对老师和同学们表达我的感激之情！