冬施混凝土施工的质量控制及强度增长的研究

冬施混凝土施工的质量控制及强度增长的研究罗志佳(中建交通建设集团有限公司，山东省青岛市，邮编：266101)摘要：当室外日平均气温连续5天稳定低于5即进入冬期施工，在工程建设施工过程当中受自然天气及施工进度的影响，不可避免的要进行冬期施工，本文结合本项目部冬施施工的具体情况浅谈冬施混凝土的质量控制，及对混凝土早期强度增长的研究。关键词：道路工程，冬季施工，质量控制，早期强度，成熟度1 混凝土冬施的一般原理工程建设施工，因为自然条件的影响，许多工程的混凝土冬季施工就不可避免了，当室外日平均气温连续5天稳定低于5即进入冬期施工，只要采取适当的施工方法，避免新浇混凝土早期浸冻，是外露混凝土与冬季气温保持较小温差，也会取得和天暖施工时的效果。冬季混凝土施工的原理为混凝土拌和物浇筑后之所以能逐渐凝结和硬化，直接获得最终强度，是由于水泥的水化作用，而水泥的水化作用的速度主要随着温度的高低而变化。因此，当温度升高时，水化作用加快，强度增长也较快；而当温度降低到0时，存在于混凝土中的水有一部分开始结冰，逐渐由液态变为固态，这时参与水化作用的水减少了，因此，水化作用减慢，强度增长相应较慢。温度继续下降，当存在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。同时，水变成冰后，体积约增大9%，同时产生约2500Kg/m3的冰胀应力，这个应力值常常大于水泥石内部形成的初期强度值，使混凝土受到不同程度的破坏（即早期受冻破坏）而降低强度。此外，当水变成冰后，还会在骨料和钢筋表面上产生颗粒较大的冰凌，减弱水泥浆与骨料和钢筋的粘结力，从而影响混凝土的抗压强度。当冰凌融化后，又会在混凝土结构内部形成各种各样的空隙，而降低了混凝土的密实性和耐久性。由此可见，在冬施混凝土施工中，水的形态变化是影响混凝土强度增长的关键。2 混凝土冬施过程中的质量控制2.1 冬施混凝土配合比设计为有效控制和预防冬施混凝土裂缝的发生，应根据工程所处条件，对砂率、水灰比、水泥用量及掺合料用量等进行优化设计，选择最优方案。规范要求，混凝土冬期施工应优先选用硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥，水泥标号不应低于42.5号，最小水泥用量不应少于300Kg/m3，水灰比不应大于0.6。必要时，可加入防冻剂。本工程所采用的混凝土配合比用水泥为P.O 42.5水泥，水灰比为0.37，抗冻等级为F150。因此，本配合比符合混凝土的冬期施工，同时混凝土中加入有高性能减水剂，使得混凝土用水量进一步减小，混凝土的早期强度增长更快，能更早的达到混凝土的受冻临界强度。2.2 冬施混凝土生产过程控制为确保冬期施工混凝土的质量，拌制混凝土所采用的骨料应清洁，不得含有冰、雪、冻块及其他易冻裂物质。在掺含有钾、钠离子的防冻剂混凝土中，不得采用活性骨料，或在骨料中混有这类物质的骨料。混凝土拌和站原材料车间需搭设棚架，囤积的骨料应一次堆放，使其含水率降低并保持一致。砂石料存放车间内封闭保温，避免雨雪浸淋。拌合水加热，使水温保证混凝土出机温度达到15为标准。混凝土拌站应选择尽量靠近施工地点，以减少混凝土运输过程中的热量损失，混凝土运输车罐体加盖保温棉被，保证生产、运输的保温。同时，应适当延长混凝土拌和物的搅拌时间，保证混凝土的均匀性。混凝土拌和和现场施工时，要严格控制混凝土拌和用水量和外加剂的掺量，禁止拌和和施工人员私自加水。2.3冬施混凝土浇筑施工时的质量控制混凝土在浇筑前，应清除模版上的冰雪和污垢。在施工时，应加强对混凝土振捣的控制。适当的振捣对密实混凝土，使混凝土形成紧密堆积有积极作用，但如果对混凝土过振会导致混凝土的离析，使其表面形成较厚的浮浆层，导致塑性收缩裂缝，所以对新浇筑混凝土要振捣均匀，不能漏振也不能过振。浇筑时要严禁施工人员往混凝土中任意加水，这样不仅会使混凝土的性能劣化，水分增多，更易受冻，还会使混凝土的塑性收缩率增大，在捣棒的作用下，空气和水滞留在钢筋和粗骨料下方，使得混凝土内部疏松，并可能引起钢筋上部混凝土开裂。混凝土浇筑完毕以后，应对混凝土进行二次压光。二次压光的时间应控制在沁水充分发挥之后才开始进行，不宜过早开始二次压光，混凝土表面有沁水的时候，绝对不能进行终饰抹面工序，这是一条基本定律，聒噪的抹面会在沁水停止前封闭表面及薄层表面下积蓄的沁水和空气，会引起混凝土脱皮和薄层脱落。2.4 冬施混凝土浇筑部位的养护及试块留置规范规定，冬期浇筑的混凝土其受冻临界强度应符合下列规定：普通混凝土采用硅酸盐水泥或者普通硅酸盐水泥配置时，应为设计的混凝土强度标准值的30%，采用矿渣硅酸盐水泥配置的混凝土，应为设计的混凝土强度标准值的40%，但混凝土强度等级为C10及以下时，不得小于5N/mm2。掺用防冻剂的混凝土，当室外最低气温不低于-15时，不得小于4.0MPa，当室外最低气温不低于-30时，不得小于5MPa。1因此，冬施时混凝土达到临界强度前需进行保温养护，不同饿养护可使结构的抗裂能力和早期强度大幅提高，不当的养护会造成强度损失，充分的养护是保证混凝土早期强度快速增长和保证混凝土不致裂缝的必要条件。本工程采用的是暖棚法，对浇筑完成的混凝土部位留置测温孔，进行温度测试。当采用暖棚法时，棚内各测点温度不得低于5，并设专人检测棚内及混凝土温度，每昼夜不得少于四次，形成混凝土养护测温记录。养护期间应测量棚内湿度，混凝土不得有失水现象。当有失水现象时，应及时采取增湿措施或在混凝土表面洒水养护。相对与天暖时混凝土浇筑试块留置相比，除了留置足够的标准养护试块，冬施混凝土浇筑需留置充足的同条件试块，以用来检验混凝土实体的早期强度，及时掌握混凝土强度增长情况，同条件养护试块的养护条件必须和施工现场结构养护条件相一致。3 冬施混凝土的早期强度研究冬季施工时，施工人员需要及时了解混凝土强度的发展情况，及时进入下步工序。如本工程采用暖棚法养护混凝土实体，在停止人工加热养护前，混凝土强度是否已达到稳定的强度。施工现场留置的同条件试件固然可以解决一部分问题，但由于施工条件的影响留置的同条件试件的强度很难和实体结构的混凝土强度保持一致。如果制件取样不当时，其代表性就较差，又由于模板未拆，不能采用其他非破损的方法进行测试，因此采用成熟度规则来估算强度是一种方便有效的方法。混凝土成熟度规则为，当混凝土的养护温度为一变量时，混凝土的强度可用成熟度的方法来估算。其原理是相同配合比的混凝土，在不同的温度、时间下养护，只在成熟度相等，其强度大致相同。本法适用于不掺外加剂在50以下正温养护和掺外加剂在30以下正温养护的混凝土，亦可用于掺防冻剂的负温混凝土。本法适用于估算混凝土强度标准值60以内的强度值。2使用本法估算混凝土强度，需要用实际工程使用的混凝土原材料和配合比，制作不少于5组混凝土立方体标准试件，在标准条件下养护，得出1、2、3、7、28d的强度值。同时需取得现场养护混凝土的温度实测资料（温度、时间）。本实验数据采用的是海湾大桥青岛端接线工程墩柱用C30高性能混凝土，其标准养护试件17d龄期强度如下表，表1 混凝土标准养护强度龄期（d）1237强度（N/mm2）3.0910.114.0918.53成熟度（h）840168025205880将混凝土标准养护早期试块强度代入成熟度-强度回归曲线方程：3（22-14） （式3.1）式中 f混凝土立方体抗压强度（N/mm2）；M混凝土的成熟度（h）；按下式计算：M ； （式3.2） t两次测温间隔时间（h）；a、 b参数。计算得a=42.5843,b=-1795.0178。绘制成熟度强度曲线，如下图：图1 成熟度强度曲线通过实测混凝土成熟度，通过对照上曲线图，可以查的相对应混凝土强度，或将混凝土受冻临界强度代入式3.1，计算出达到混凝土受冻临界强度时混凝土的成熟度，进而得到混凝土达到受冻临界强度所需时间。下表为本工程冬施测得的混凝土浇筑后养护测温记录及成熟度计算表：表2 混凝土养护测温记录及成熟度计算表12345从浇筑起算养护时间/(h)实测养护温度/()间隔时间t/（h）平均温度T/（）（T+15)t066867132121069144181261115624126121623013612.516536136131684214613.51714814614174合计：（T+15)t1272查表2得混凝土养护2830h时，暖棚法养护的混凝土结构强度已满足抗冻临界强度要求。通过以上计算可以得知，采用成熟度法则计算冬施时早期混凝土强度，避免了因同条件试件的取样及养护导致的离散性大不准确，并且成熟度法则计算混凝土早期强度较准确稳定，使得施工人员及时掌握了解混凝土强度增长情况，对保证混凝土施工质量、加快工程进度、缩短工期、提高设备周转率、提高经济效益，具有很大现实意义。4 结论工程建设中，因工期及自然条件影响，不可避免的要进行冬季混凝土施工。在冬季混凝土施工中加强混凝土质量控制是保证工程施工质量的唯一途径。同时在冬季施工时选择合理有效的冬施混凝土施工措施不仅能更好的保证工程施工质量，还能节约成本、加快工程进度、缩短工期、提高经济效益。参考文献1.建筑工程冬期施工规程JGJ 104-97，黑龙江省寒地建筑科学研究院，中国建筑工业出版社，1998年6月，232.李恩阳，混凝土成熟度在施工中的应用，西北水资源与水工程，1996年，第七卷，第四期3.建筑工程冬期施工规程JGJ 104-97，黑龙江省寒地建筑科学研究院，中国建筑工业出版社，1998年6月，68作者简介 罗志佳，中建交通建设集团有限公司，现在青岛海湾大桥（北桥位）青岛端接线工程第十二合同项目经理部，从事试验工作。电话18632086630，邮箱461124344。注：本文已发表，发表时间2012.02.20，山西建筑，第38卷，第6期，罗志佳、赵冬。5