水運工程混凝土冬期施工的技術措施

范志濤

摘要:水運工程鋼筋混凝土結構的冬期施工相比,除防止早期混凝土被凍外,大體積混凝土的冬期施工還存在著控制溫差、防止裂縫的問題,在設計和施工中,必須善解決這個矛盾,兼顧防凍與防裂兩方面的要求。提出了大體積混凝土的冬期施工的原則和技術措施。

關鍵詞:大體積混凝土;冬期施工;措施

隨著水運交通建設的發展,水運工程的構筑物及大型設備基礎等都采用體積龐大的混凝土結構。大體積混凝土已大量用于水運工程建設中。

水運工程建設中,混凝土、鋼筋混凝土是建筑結構中的主要組成材料,混凝土、鋼筋混凝土結構的冬期施工,除防止早期混凝土被凍外,大體積混凝土的冬期施工還存在著控制溫差、防止裂縫的問題,在設計和施工中,必須善解決這個矛盾,兼顧防凍與防裂兩方面的要求。混凝土冬期施工,尤其是在嚴寒地區,無論采用何種施工方法,為了防止早期混凝土被凍,一般都要求混凝土具有較高的澆筑溫度。但另一方面,正是由于氣候寒冷,基礎溫差和內外溫差必然加大,往往超過允許溫差,不能滿足防止混凝土裂縫的要求。因此,大體積混凝土冬期施工中防凍與防裂的矛盾,集中在混凝土澆筑溫度的選擇上。實踐經驗表明,如果單純從防止混凝土早期被凍出發,選擇過高的澆筑溫度,往往會導致混凝土開裂,造成混凝土施工出現質量問題,所以要選擇合理的澆筑溫度。

1 大體積混凝土冬季施工的原則

連續5天日平均氣溫在5℃以下,即進入混凝土的冬期施工階段。大體積混凝土冬期施工應兼顧防凍與防裂兩方面的要求,因此應遵循以下三條基本原則:

砂、石等原材料中不能含有凍塊,混凝土拌和物也應該具有一定的溫度,以保證在運輸和澆筑過程中不致凍結。

混凝土在達到臨界強度之前不能受凍,以免混凝土內部結構受到破壞,最終強度受到損失。

混凝土的內外溫差和最高溫度均不能超過規定數值,以免發生裂縫,破壞結構的整體。

上述三條原則中,第1, 2條是為了防凍,第3條是為了防裂。

2 大體積混凝土冬期施工的技術措施

2.1 混凝土出罐溫度與澆筑溫度的選擇

混凝土的澆筑溫度系指經過平倉震搗,將要蓋上第二層混凝土拌和物之前的溫度。為了防止早期混凝土受凍,澆筑溫度當然越高越好,規范規定入模溫度不低于5℃,沒有上限控制。但大體積混凝土,除了防凍外,還有防裂要求,由于體積大,澆筑以后,雖然表面溫度很低。內部溫度卻因水化熱而急劇上升。為了減小內外溫差和基礎溫差,澆筑溫度越低越有利,一般說最好不超過10℃。因此,大體積混凝土施工的澆筑溫度一般以5-10℃為宜。如果氣溫很低,在達到臨界強度以前,表面混凝土有遭受凍害的可能,應加強保溫措施,不可單純為了防凍而隨意提高澆筑溫度,以致引起裂縫。

根據當地的氣候條件和保溫方法,由澆筑溫度,加上運輸及澆筑過程中的熱量損失,就可得到混凝土的出機溫度。規范規定不低于10℃,一般控制在10-15℃為宜。

2.2 基礎及冷壁的預熱

在澆筑混凝土以前,對基礎、預埋鐵件及與新混凝土接觸的冷壁(老混凝土、預制混凝土模板等),應用蒸汽清除所有的冰、雪、霜凍,并使其表面溫度上升。如果基巖及冷壁的內部溫度較低,還需要提前進行預熱。如果不進行預熱,澆筑混凝土以后,接觸面附近的新混凝土溫度將很快降至零度以下。預熱所需溫度、深度和持續時間,由溫度計算決定。計算原則應使接觸面附近的新混凝土在達到臨界強度之前不被凍結。一般來說,應使基巖深度10cm內溫度在5℃以上。

2.3 原材料加熱

當氣溫不低于-1℃時,一般只須將拌和水加熱,以滿足出機溫度的要求。水溫不能超過60℃,以免水泥發生假凝。當氣溫低于-1℃時,須將水與細骨料加熱,同時加熱粗骨料使其中的冰雪融化。加熱砂石料時應避免過熱和過分干燥,最高溫度不宜超過75℃。

水的加熱可用鍋爐、電熱或蒸汽,砂料加熱可用封閉的蛇形管,石料加熱使用蒸汽最方便。

2.4 運輸中的保溫

運輸中的熱量損失與運輸工具有關。如使用大型運輸罐,熱損失一般不大。如使用自卸卡車,可用廢氣加熱車底,車皮外面應加保溫層并在車身上面加以覆蓋,如使用皮帶輸送機,最好搭蓋帳篷,完全封閉,否則熱量損失很大。此外,運輸中應盡量減少倒轉次數。

2.5 澆筑過程中減少熱量損失

混凝土是分層澆筑的,每層厚度20-50cm,由于厚度薄,散熱面積大,澆筑過程中的熱量損失是很大的。減少熱量損失的辦法:加快澆筑速度,縮短澆筑時間;用保溫被或聚乙烯泡沫塑料板覆蓋保溫。當氣溫低于-5℃時,即停止澆筑。在更低的氣溫下澆筑混凝土,一般以采用暖棚法為宜。

2.6 控制裂縫的措施

選擇合理的結構形式和分縫分塊。結構形式對溫度應力和裂縫的出現具有重要影響。澆筑塊尺寸對溫度應力影響也非常大,澆筑塊越大,溫度應力也越大,越容易產生裂縫,因此合理的分縫分塊防止裂縫有重要意義。實際經驗和理論分析都表明,當澆筑塊平面尺寸控制在15mX 15m左右時,溫度應力比較小。

合理選擇混凝土原材料,優化混凝土配合比。合理選擇混凝土原材料,優化混凝土配合比的目的是使混凝土具有較大的抗裂能力,具體說就是要求混凝土的絕熱溫升較小,抗拉強度較大,極限拉伸變形能力較大,熱強比較小,線膨脹系數較小,自生體積微膨脹。

選擇水泥:混凝土主要考慮低熱和高強,一般采用礦渣水泥。

摻用混合材料:摻用混合材的目的是降低混凝土的絕熱溫升,提高混凝土抗裂能力。混合材包括礦渣、粉煤灰等,目前粉煤灰采用較多。

摻用外加劑:外加劑有減水劑、引氣劑、緩凝劑,早強劑等多種類型。

優化混凝土配合比:在保證混凝土強度及流動度條件下,盡量節省水泥,降低混凝土絕熱溫升。

嚴格控制混凝土溫度,減小基礎溫差,內外溫差及表面溫度驟降。

嚴格控制混凝土溫度是防止裂縫的最重要措施:

①降低混凝土出機溫度,可采用預冷骨料,冷水拌和,加冰拌和等方法。

②加快澆筑速度,減少暴露時間。

③采用臺階式澆筑法,把混凝土澆筑方式從全平面澆筑改為臺階澆筑,這樣可縮短混凝土面層暴露時間。

④在混凝土表面覆蓋保溫材料,以減少內外溫差,降低混凝土表面溫度梯度。

⑤冬季盡量在暖棚內澆筑。

重視施工前準備工作,將人員、設備、器材、制度等質量保證體系建全,準備充分。

加強施工管理。

2.7 保溫養護

保溫方法大致有以下三類:

表面保溫法。側面用保溫模板、保溫被、聚苯乙烯泡沫塑料板等,頂面用聚乙烯泡沫塑料板、保溫被、砂、鋸末等保溫,將混凝土澆筑時所包含的熱量(決定于澆筑溫度)及水化熱保存起來,維持所需溫度。保溫層厚度應通過計算確定。

主動加熱法。在模板內側以蒸汽或電熱線加熱,或在表層混凝土內插入電極,利用混凝土的電阻,以低壓(50-100V)加熱。

暖棚法。在混凝土塊外面搭蓋暖棚,在棚內利用電熱風機、蒸汽熱風機或火爐加熱,創造人工氣候。