混凝土防冻措施及施工控制.doc

混凝土防冻措施及施工控制摘要：为保证工程工期，北方寒冷地区许多混凝土工程必须在冬季继续施工，为保证工程质量，尽量降低因采取防冻措施而增加的施工成本，如何科学的采取措施及优化施工工艺，值得工程技术人员研究。本文对济莱高速公路第六合同段冬季混凝土施工进行了较为详细的说明，已期为类似工程施工提供一点参考，起到抛砖引玉的作用。关键词：混凝土 冬季 温度 防冻 措施1 前言济莱高速公路第六合同段起于长城岭隧道入口，穿长城岭隧道，经娘娘庙西，穿上游隧道，止于上游隧道出口，起迄桩号为LK40+250（RK40+250.456）LK45+050（RK45+068.205），长城岭以北位于章丘市境内，长城岭以南位于莱芜市境内，路线长4.8公里。工程所在地历年平均气温13.7，无霜期年平均为205天,最冷月份为1月，平均气温-1.9,极端最低气温-18.3。主要工程项目包括4座三线大跨隧道（折合单洞6680米），2座25米跨径先简支后连续箱梁桥（总长475米），工期23个月，施工工期紧，必须在冬季进行混凝土施工。2 混凝土受冻的原因及危害混凝土受冻的原因是混凝土内水分在低温下形成冰晶膨胀，进而破坏混凝土内部结构。混凝土在浇筑过程中受冻，会导致混凝土硬化时间延长，同时强度降低。受冻时间越长，温度越低，强度损失越大；混凝土在硬化过程中受冻，会导致混凝土更严重破坏，因为此时混凝土中的未水化水分多，受冻时结成冰晶体积膨胀大。另一方面，此时混凝土强度低，其中水分结冰后体积膨胀会很轻易的造成混凝土内部结构的破坏；混凝土达到设计强度后，如果经历反复冻融也会造成混凝土的破坏。因此，根据混凝土的抗冻理论，受冻前混凝土临界强度的概念是：当混凝土的早期强度达到临界强度时，可抵抗冰冻引起的破坏。大量试验和实践表明，混凝土抗冻临界强度与水泥品种、水灰比、降温速率等多种因素有关，且素混凝土和掺防冻剂混凝土的抗冻临界强度亦不相同，其值可按规范确定。一般说来，掺防冻剂后混凝土的抗冻临界强度略低一些(相对空白混凝土)，根据公路桥涵施工技术规范JTJ041-2000规定，用硅酸盐或普通硅酸盐水泥配制的混凝土，在抗压强度达到设计强度40及5Mpa前不得受冻，即规范规定混凝土最低临界强度为5Mpa,故在冬季施工条件下，必须采取措施防止混凝土受冻；而且要防止混凝土渗水、漏水，不得在负温时向混凝土洒水，避免混凝土的反复冻融。3 混凝土的防冻措施混凝土防冻措施主要从两个方面考虑：一是提高温度，二是提高混凝土的抗冻性（即降低混凝土冰点）3.1 提高温度包括：混凝土拌和物本身温度的提高和施工及养护温度的提高。3.1.1混凝土拌和物主要是砂、碎石、水泥、水等的混合物，按规范规定水泥不能加热，因此提高拌和物的温度主要考虑砂石料和水的加热。 济莱高速第六合同段混凝土施工砂石料加温采用加热管预热，每个搅拌站安装一台无压锅炉，从锅炉接出的热水管接入混凝土集料仓，并在料仓底部呈螺旋状环绕两周再接入另一集料仓，最后放接入热水箱，箱内热水用水泵送到搅拌机中。此种装置充分利用了该锅炉的热能，但热利用率仍较低，如果改用蒸气锅炉，且在集料仓内的管路下钻一排孔，利用蒸气直接预热集料，效果将更好，但对集料的含水率有影响。水可加热到100，但水泥不得与80以上的水直接接触。搅拌时投料顺序为：预热的集料热水拌和90秒水泥及外加剂拌和90秒出料。用此种方法可保证混凝土出料温度在10 以上。通往下一料仓接锅炉热水管料仓加热示意图 3.1.2 提高施工及养护环境温度 3.1.2.1 提高隧道混凝土施工及养护温度的措施隧道洞口设保温帘,只在中部设车辆进出口，尽量减少隧道内外空气直接对流，阻挡冷空气长驱直入深入隧道内部，在洞口及混凝土台车旁各设两个火炉，使进入隧道内的冷空气预热，保证衬砌混凝土的施工及养护温度。另外在衬砌模板台车内侧点数盏电钨灯照射钢模板，提高模板台车周围的温度。3.1.2.2 提高桥梁混凝土施工及养护温度的措施 桥梁墩柱及盖、系梁施工后采用覆盖棉被保温，脱模后混凝土表面包裹电热毯加热，并在电热毯外侧覆盖棉被，保证养护温度，以尽快提高强度到临界强度。预制箱梁则采用暖棚法加热养护混凝土，在暖棚内设12个火炉，其中6个火炉上放置盛水容器。以产生水蒸气来保证棚内湿度。项目部除配备常规温度计外，还专门配备了一把红外线测温枪（规格型号VC305），以检测混凝土脱模后表面温度与环境温度之差，以便及时采取措施以保证混凝土表面温度与环境温度之差小于15。3.1.2.3 提高混凝土温度的其它措施1)对混凝土运输罐车覆盖一层保温层，尽量减少混凝土在运输过程中的热量损失。2)对储备砂石料采取覆盖措施，以防雨雪，防止砂石料冷冻结块及混入雪块、冰块。3)混凝土模板有蓄热作用，适当延长脱模时间有利于混凝土尽快达到临界强度。4)搅拌混凝土前，先用热水冲洗搅拌机，以增加搅拌机仓体温度，减少混凝土热量散失。3.2提高混凝土的抗冻性（降低混凝土冰点） 为提高混凝土抗冻性，一般采用掺加防冻剂的方法，增强混凝土自身的防冻能力。3.2.1防冻混凝土防冻机理防冻剂是根据混凝土冻害机理，结合抗冻临界强度、最优成冰率、冰晶形态转化等理论，并总结长期冬季施工实践总结的，一般由四种成分（机理）组成，其作用分述如下：3.2.1.1早强成分主要作用是加速混凝土的凝结硬化，使之尽快达到抗冻临界强度；在达到临界强度以后，能加快混凝土硬化速度，克服负温、低温造成的强度增长缓慢现象。3.2.1.2引气成分在混凝土体内引入微米级的细小气泡(有益气泡) ，其作用：1) 切割、封闭混凝土内的连通孔道(有害孔道) ，减轻冻胀时的裂纹扩展； 2) 引入的大量气泡起到膨胀“缓冲器”的作用，吸收冰晶膨胀应力，减轻冻害。在混凝土内引入气体3. 5 % ，可消化6. 6 %的体积膨胀，在成龄阶段，可起到提高抗冻融能力、改善耐久性的作用。3.2.1.3减水成分 其作用有：1) 减少拌合水，从而减少游离水总量，从根本上减少可冻冰的含量，消除冻胀内因；2) 通过减水成分的分散作用，释放包裹水，消除劣质水泡，使粗大冰晶转化为细小冰晶，优化水泥水化环境，减轻胀冻压力。3.2.1.4防冻成分 目前在混凝土工程中使用使用的防冻剂主要成份多为一些有降低冰点作用的无机盐，作用可概括如下:掺防冻组份(以NaNO2 ，掺2 %为例) 的水溶液冰点约为- 1. 5 ，当温度降到- 1. 5 时，孔隙内临近受冻侧的游离水开始结冰，冰体内无机盐部分析出，剩余游离水中盐的浓度变大(冰点进一步降低) ；当温度继续下降(如降到- 5 ) ，又有临近受冻侧游离水部分结冰，剩余游离水浓度继续增大.，持续这一过程，直到亚硝酸钠最低共溶点出现，孔内全部游离水结成冰。由此可见，防冻成分的作用是在连续降温过程中保持混凝土体内始终有一定的液相水存在(过冷水) ，使水泥水化能持续进行(尽管此时水化速度已较常温时极其缓慢)。但随着工程技术和材料科学的发展，也有其它新型防冻剂的成功研制并投入使用，其中有一种在工程中已使用并且效果明显的防冻剂其防冻机理可以阐述为防冻剂掺入后，降低混凝土内水分的表面张力进而降低混凝土中毛细孔内的饱和蒸气压。使其中的水分在低温下不凝结，而降低水的凝结温度（冰点）。在一定温度下不会破坏混凝土内部结构剂凝结环境。使混凝土强度在温度上升后得到恢复，深圳路路通建材有限公司生产的SPP-FD防冻剂便是基于其原理研制的，其使用温度可达- 30 。由此可见：防冻剂的防冻机理是综合性的，是多种效果的综合体现。“防冻”只是最终的效果，它是通过早强、引气、减水、防冻及改变混凝土用水性能等因素共同作用而实现的。而且防冻剂的使用效果与工程的施工情况也有关系，所以说混凝土的冬季施工是一个典型的系统工程，必须通盘考虑。3.2.1.5防冻剂的“使用温度” 任何一种符合标准的防冻剂产品，都有一个明确的“使用温度”(如- 15 、- 20 ) ，说使用温度就是“允许混凝土施工的温度”并不错误，但应着重与混凝土抗冻临界强度联系起来理解，即在环境温度降到防冻剂“使用温度”前，混凝土必须达到抗冻临界强度，这样混凝土才是安全的，否则混凝土有可能被冻坏。混凝土的使用温度越低，说明该防冻剂的防冻效果越好，混凝土越有更多的时间(含负温区) 来增长强度，从而达到抗冻临界强度的可能性大大增加。目前国内生产的混凝土防冻剂的使用温度多在- 10 - 15 之间(可适用于日最低- 15 - 20 的情况) ，温度再低，防冻剂配方设计难度越大，不确定因素也增加，从这个角度讲，多数情况下没有必要非得要求防冻剂的使用温度一定低于施工时的最低环境温度，关键是必须在温度降到防冻剂使用温度前就使混凝土达到抗冻临界强度。3.2.2防冻混凝土试验数据3.2.2.1试验依据1）混凝土外加剂应用技术规范GB50119-20032）混凝土外加剂JC475-20043.2.2.2掺加防冻剂种类 分别对深圳路路通建材有限公司生产的SPP-FD防冻剂及河南巩义宏超建材有限公司生产的跨越2000HC防冻剂进行了检验，掺加量占水泥用量的2.5-3.5。3.2.2.3试验数据（以C50防冻混凝土为例，水泥为山铝P.O42.5R水泥） 水泥P.O42.5R砂碎石（5-20mm）水SPP-FD防冻剂494644114416814.283.2.2.4抗压强度在不同条件（温度）下发展情况 成型后在-102温度下养护7天而做抗压，其强度为5.2Mpa, 在-102温度养护7天再标养（解冻）12小时其强度为11.4Mpa，在-102温度下养护7天后再标养7天其强度为29.7Mpa, 在-102温度下养护7天后再标养28天其强度为57.9Mpa。成型后标养7天其强度为59.1Mpa,标养养护28天其强度为62.8Mpa.3.2.2.5数据分析 从以上数据可以总结出以下结论：1）混凝土虽然掺加了防冻剂，但在低温下其强度不会提升（强度发展极其缓慢）。2）掺加防冻剂混凝土，在低温条件下保持极缓慢水化状态，一旦环境温度提高，其强度会随着温度的发展很快。3）掺加防冻剂的混凝土在经历过低温条件后，虽然强度会随温度上升而提高，但总有一些损失。3.2.2.6启示 从以上数据可以得出以下启示：冬季施工混凝土掺加防冻剂仅仅可以避免因低温对混凝土造成的冻害，而不能使混凝土在低温条件下正常水化，而且经历低温条件后其强度会有损失。所以冬季施工关键在于保证混凝土的施工及养护温度。4 混凝土冬季施工质量控制要点 一、对混凝土作业点的环境温度进行监控； 二、对混凝土拌和站温度进行监控； 三、对水温进行监控； 四、采取措施，确保混凝土温度达到施工要求； 五、对混凝土强度进行检查；A、试件检查为：为获得较为准确的数据应现场制取试件、现场养护、为拆模及施工提供依据）。B、回弹仪检测：为不破坏混凝土结构，可以利用回弹仪快速对混凝土进行检测，以便及时掌握混凝土强度采取相应措施。5 混凝土冬季温度控制标准一、混凝土出机温度不得低于10二、混凝土入模温度不得低于5三、混凝土脱模后其表面温度与环境温度差不得大于15四、混凝土养护温度不得低于防冻剂的使用温度，其中洒水养护混凝土养护温度不得低于0。6 仍需改进的地方一、虽然水泥不能加热，但仍可以在散装水泥罐外用隔热层包裹，以减少水泥热量散失。二、尽可能减少混凝土用水量，降低水灰比。尽可能使用水化热高的水泥及掺加早强剂来提高混凝土的早期强度。三、搅拌站集料采用蒸气加热，增加热利用率。四、隧道内生火炉会增大隧道内烟尘浓度，如能把火炉产生的烟尘排出隧道则效果更好。五、隧道洞口和洞内10米或20米位置各挂一保温帘设置成双层保温帘，以更有效地阻挡隧道内外空气的热交换。7 结束语 从2005年12月到2006年2月整个冬季期间济莱高速第六合同段共生产混凝土56000m3,隧道衬砌成洞2250m,箱梁预制29片，墩柱施工12根，有效的保证了施工工期，取得了阶段性成果。但混凝土施工措施还需进一步完善，特别是如何提高所采取措施的可行性及效率，降低冬季施工增加的成本，仍需进一步研究。 参考文献1、公路桥涵施工技术规范JTJ041-20002、混凝土外加剂应用技术规范GB50119-20033、混凝土防冻剂JC475-2004早强防冻剂，外观灰褐色粉状物，是一种以防冻、早强、引气、减水等组份经科学优化而复合成的外加剂。特点是在一定负温范围内，能显著降低冰点，使混凝土液相不冻结或仅有部分冻结，但保证混凝土不遭受冻害，同时能保证水与水泥进行水化反映，并保证改善混凝土多种性能在一定时间内获得预期强度效果。本品各项指标，均达到JC4752004、GBl85882001国家标准要求，实为冬季施工的理想产品。 一、主要特点 1、泌水率比：100 2、含气量：20 3、氨释放量：01 4、凝结时间差：初凝为一150+150 min 终凝一150+150 0min 5、抗压强度比：R2890 R一720 R一7+2890% 6、对钢筋无锈蚀作用 二、使用方法 负温度条件下掺量，根据未来最低气温参照下表确定： 7A防冻剂：日最低气温 -5 -10 掺量 35% 7B防冻剂：日最低气温 -5 -10 掺量 24% 7C防冻剂：日最低气温 -5 -10 掺量 12% 三、操作要求 l、本粉剂干掺，可与集料共同投入搅拌时间均需延长12分钟，本剂有减水、塑化作用，在满足施工塌落度的条件下，应严格控制用水量。 2、必须遵守混凝土冬期施工有关规定，请按国标GBJll988混凝土外加剂应用技术规范进行施工。新浇砼需在正温浇筑，必要时可用热水拌合，确保砼出机温度不低于5，对新浇混凝土采取蓄热保温措施，以保证混凝土尽快达到受冻临界强度。 建筑与结构原材料、试件试验陕ZSJ-1001 钢材出厂合格证、进场抽样复试报告汇总表C1401陕ZSJ-1002 钢材物理性能试验报告C1402陕ZSJ-1003 钢筋焊接性能检验报告C1403陕ZSJ-1004 钢材机构连接性能检验报告C1404陕ZSJ-1005 水泥、外加剂、掺合料出厂合格证进厂试验报告汇总表C1405陕ZSJ-1006 水泥复检报告C1406陕ZSJ-1007 水泥安定性试验报告C1407陕ZSJ-1008 烧结砖、多孔砖、砌块出厂合格证复试报告汇总表C1408陕ZSJ-1009 烧结多孔砖试验报告C1409陕ZSJ-1010 烧结普通砖检验报告C1410陕ZSJ-1011 普通混凝土砌块检验报告C1411陕ZSJ-1012 砂检验报告C1412陕ZSJ-1013 石子检验报告C1413陕ZSJ-1014 预拌混凝土，现场拌制混凝土配合比报告C1414陕ZSJ-1015 混凝土抗压强度检验报告C1415陕ZSJ-1016 防水混凝土抗渗试验报告C1416陕ZSJ-1017 砂浆配合比试验报告C1417陕ZSJ-1018 砂浆抗压强度检验报告C1418陕ZSJ-1019 防水材料出厂合格证、进场复试报告汇总表C1419陕ZSJ-1020 防水卷材料试验报告C1420陕ZSJ-1021 防水涂料检验报告C1421陕ZSJ-1022 _击实试验报告C1422陕ZKZ-010602 混凝土配合比用水量调整及开盘鉴定记录C1211