1、 砼冬期施工的一些問題砼冬期施工的一些問題一 砼冬施的關注點1. 低溫或負溫下,砼強度發展緩慢;2. 早期受凍,砼性能將嚴重受損;3. 要同時滿足施工性能,抗凍融、耐腐蝕等耐久性和經濟性的要求;4. 容易產生溫度裂縫; 5. 不同的冬施方法:適用性,優缺點. 6. 對原材料,配合比,溫控,保溫,養護和拆模的特殊要求.二 砼冬施基本原理1. 溫度下降,水泥的水化速度迅速減慢.硅酸鹽水泥在-10以下,基本停止水化; 2. 砼在臨界抗凍強度前受凍,將使砼的力學性能和耐久性嚴重受損. 3. 提高砼和環境溫度,降低水膠比,摻加外加劑減水劑,早強劑,引氣劑及合格的抗凍劑都可以提高砼早期強度和抗凍性.有利于

2、冬季施工.4. 不同水泥礦物,其水化速度和水化熱高低次序為硫鋁酸鈣鋁酸三鈣硅酸三鈣鈣鋁酸四鈣硅酸二鈣,礦物摻和料中:硅灰礦渣粉粉煤灰.提高水泥細度也有利早強.5. 砼硬化后的抗凍融性與砼水膠比,含氣量,砼飽水度及環境的凍融次數密切相關,與砼早期是否受凍也有很大關系.6. 砼內外溫差過大,環境急劇降溫和干燥收縮過大都可能造成砼的開裂.在冬施中要特別關注,必須采取措施預防.三 砼的早期受凍1. 冬期: 砼結構環境晝夜平均氣溫連續3d低于5或最低氣溫低于-3 .2. 砼成型后立即受凍,抗壓強度將損失25-50%;在受凍臨界強度前受凍,將損失10%以上;如經多次凍融,強度損失更大.砼早期受凍,對鋼筋粘

3、結強度,彎拉強度,抗凍性和抗滲性都有很大損失.3. 砼受凍臨界強度: 一般砼為設計強度的30%;4. 浸水凍融砼為設計強度的75%. 摻礦渣和粉煤灰的砼為設計強度的40%.四 滿足耐久性要求（1）碳化環境* T1 T2 T3（2）氯鹽環境 L1 L2 L3（3）化學侵蝕環境 H1 H2 H3 H4（4）凍融破壞環境 D1 D2 D3 D4 1. 砼抗凍性v 環境溫度正溫負溫交替頻繁,累進破壞;v 砼飽和含水率大于90%;v 華北地區屬寒冷地區,對于水位交界區的砼對抗凍要求很高,56d砼抗凍等級300.2. 提高抗凍性的措施 1. 降低水膠比可明顯提高抗凍性.在水膠比大于0.4時,礦物摻和料對抗

4、凍性有不利的影響,要控制摻量. 2. 摻加引氣減水劑或引氣劑. 砼拌和物的含氣量應根據抗凍等級的要求經試驗確定。抗凍等級F300以上, 砼含氣量一般要大于5%，氣泡間距系數宜250微米. 3. 選用抗凍性好的粗骨料.吸水嚴重的砂巖粗骨料在凍結過程中產生膨脹并破壞水泥石,不能采用.3. 冬施與耐久性v京滬高鐵北段部分區段的部分砼結構v凍融破壞:水位交界區.低水膠比;引氣v化學侵蝕:水位區以下.水泥,摻合料,低水膠比v鋼筋銹蝕氯鹽:低水膠比,保護層厚度v冬施措施與提高耐久性基本是一致的,如低水膠比,引氣.但也有矛盾的,如摻合料,影響早強,對耐蝕有利.可調正摻合料品種、摻量.五 砼冬施主要方法1.

5、蓄熱法和綜合蓄熱法v 利用加熱水、砂石的熱量和水泥的水化熱,采用適當的保溫措施使砼不受凍和緩慢降溫,在規定的正溫條件下,使砼達到預期強度.v 適用于環境最低溫度不低于-15,地面以下的工程,或表面系數M15m-1M=散熱表面/體積的結構.對易凍部位應加強保溫.1 蓄熱法和綜合蓄熱法蓄熱法主要措施1. 水加熱,宜80;砂石加熱應60 .砂石不加熱時,水溫可 80,但攪拌時先投砂石水,拌勻后投水泥.延長攪拌時問50%左右. 砼入模溫度不5 ,細薄結構不10 .2. 原材料宜在暖棚預熱,攪拌設備的環境溫度宜10 ,運輸設備應良好保溫.3. 砼配合比宜用較低水膠比和較小坍落度.水泥和礦物摻合料的種類和

6、摻量從冬施和耐久性綜合考慮.適量引氣對抗凍有利,早強劑應不降低耐久性.2 加熱法1. 暖棚法:棚底溫度不得5,砼表面要濕潤.2. 蒸汽加熱法:養護溫度不得603. 電熱法:遠紅外輻射,電熱毯,電極電熱,電磁感應等v 用加熱法或蓄熱加熱綜合法,對適用范圍結構表面系數,升溫速度,養護溫度及有關設備與人身安全都有規定,且要通過試驗.3 摻外加劑法1. 減水劑,包括早強減水劑,引氣減水劑,高效減水劑.-減少用水量,降低水膠比,早強,耐久.2. 早強劑主意負面作用,如氯鹽對銹蝕影響,硫酸鈉對堿-骨料反應影響.三乙醇胺的復合物.3. 防凍劑:降低液相冰點,摻量較大,對耐久性往往不利,限制使用.主要組分為氯

7、鹽,亞硝酸鹽等.4. 硫鋁酸鹽水泥+亞硝酸鹽:負溫早強,適用于負溫條件下接頭錨固等小體積砼或砂漿.六 避免砼開裂 砼開裂機理v 砼受到的拉應變拉應力超過其 極限拉伸率 抗拉強度, 砼就會開裂.v 砼抗拉強度約為1/101/12的抗壓強度,砼極限拉伸率為0.41.5/萬,即40150微應變,而砼的干縮率達300600微應變,溫度變化20產生200微應變,抗裂性很差,很易開裂.v 應變產生的主要原因有: 砼由于各種收縮和溫差引起的變形; 砼由于鋼筋銹蝕,硫酸鹽腐蝕,堿骨料反應引起的局部膨脹; 外部荷載或基礎不均勻沉降產生的變形.冬施主要關注溫差和干縮造成的開裂. 砼溫度控制v 混凝土入模溫度,冷天

8、不低于5度,熱天不高于30度v 新混凝土與巖土或舊混凝土間溫差不大于20度v 蒸養混凝土靜停溫度不低于5度,46h且終凝后升溫,升溫和降溫速度不宜大于10度/時,恒溫溫度不宜超過60度,最高為65度.v 養護水溫不得低于混凝土表面溫度15度.v 養護期間混凝土中心與表層,表層與環境間溫差不超過20度,橋粱不超過15度.例1 溫差變形引起開裂v 砼熱膨脹系數約為10微應變/,砼溫度變化20 ,就產生200微應變,如果砼的拉變形受到限制內外約束,砼內產生拉應力,拉應力大于砼抗拉強度時,砼就會開裂.但實際拉應變與約束度有關,與有效彈模與徐變有關,實際拉應力比計算拉應力少許多.v 實際拉應力 1 =

9、實際拉應變有效彈模 = 約束度自由約束應變彈性模量/1+徐變系數 1 = R E /1+ 約束度R=01,一般取0.5. 徐變系數=1左右. 橋墩砼的溫度和應力變化 砼溫升和應力曲線v 上部分是典型的橋墩砼的溫升曲線. 第1階段為升溫段, 根據現場測試, 約40h左右, 砼中心溫度達到最高溫48.8; 隨后降溫, 進入第2階段; 當砼溫度降至環境平均氣溫時砼內外溫度接近,約10d左右, 進入降溫的后期, 即第3階段.v 下部分是與溫升曲線對應的應力曲線, 在砼升溫時, 砼內部的膨脹潛應變受到周邊砼的約束, 產生壓應力并逐漸增加, 這是第1階段1;第2階段 2是降溫的前期, 壓應力逐漸減少; 第

10、3階段 3進入降溫后期, 砼內產生拉應力并且逐漸增加. 橋墩砼的溫度和應力分布日本某橋墩溫度應力測試 溫度曲線和應力曲線 墩臺砼溫度和應力測試日本v 砼澆筑后約40h, 中心溫度達到55, 表層溫度約為32 . 以后, 砼內部溫度和表層溫度都逐漸下降, 10多天后與環境平均溫度30 接近. 養護約2個月后拆模.v 橋墩砼的應力曲線也是現場實測的, 與溫度曲線對應.v 第1階段為升溫段, 內部溫度升高, 砼壓應力增加,最大壓應力為2MPa, 同時, 周邊砼產生拉應力, 最大拉應力1.5MPa. 2周后,砼溫度降到30 以下, 進入第3階段,即降溫的后期, 內部砼產生拉應力, 最大可達2.5MPa

11、, 而周邊砼產生較小的壓應力.例2 表面干縮引起開裂溫差和干縮引起的表面裂縫1. 砼表層砼干縮比內層嚴重, 砼自由干縮率達300-600微應變. 由于層間約束, 表層砼收縮拉應力大于砼抗拉強度時,砼就會開裂.2. 砼在收縮同時又迂降溫,收縮應變和降溫應變將疊加.收縮應變量可換算為當量溫度,如干縮率250微應變當量溫度為25.若同時遭受20 降溫,將有25+20=55 當量溫度,產生5510=550微應變.3. 砼的降溫速度和干燥速度直接影響開裂,一般砼的向陽面和迎風面開裂嚴重,而濕養保溫保濕良好的砼可有效減少裂縫.因為砼在快速受拉應力時,承受能力差.減少砼的溫差和干縮裂縫1. 水泥細度不宜過細

12、,C3A含量少,不宜用早強水泥;必要時可采取補償收縮減少自收縮;骨料含泥料少,減少粗骨料粒徑;選用干縮率較少的減水劑,如聚羧酸鹽類.硅灰增加自縮,而粉煤灰自縮少,又降低水化熱,可多摻.2. 降低水膠比,減少單方用水量,減少水泥和膠材用量,降低干縮率.但水膠比過低,自縮大,早期彈模高,徐變少,抗裂性變差.要綜合考慮.3. 加強砼濕養護,及時保溫,復蓋防風,減少干縮率和砼溫差.采取措施,熱天降低砼入模溫度,控制砼最高溫升和降溫速度.以后還要避免降溫和干縮的影響 .減少砼內外、上下、日夜的溫差.七 其它注意事項1. 要編制冬施方案,迂情況變化,要有應變措施.2. 技術方案要經熱工計算及經濟分析.3. 圍護保溫的材料和厚度,邊角的防風保溫,砼的養護方法和時間,拆模的時間及拆模后的復蓋保溫方法和時間都應有具體方案.4. 加強施工質量檢驗:包括原材料、環境溫度和砼溫度的檢測,砼標準試件和同條件養護試件的制作和試驗,砼工作性和耐久性的規定檢驗.八 砼冬期施工有關規范規程v 鐵路砼工程施工技術指南TZ210