铜川市水厂工程冬季混凝土施工措施研究

韩改进

(长庆油田矿区事业部 西仪综合服务处,陕西 西安 710061)

我国北部地区,由于冬季较长,为建筑施工增加了难度。由于受工期制约,为延长施工时间,使在建工程尽早投入使用,冬季施工不可避免。其中在冬季混凝土施工方面,环境温度降到0℃以下时,只要在冬季施工时采取切实可行的保温措施[1],使新浇混凝土早期避免受冻,也会取得像在天暖施工时的效果。

1 冬季混凝土施工裂缝产生机理

混凝土拌和物浇注后能逐渐凝结和硬化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,逐渐由液相(水)变为固相(水)。水变成冰后,体积约增大9%,同时产生约250MPa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,又会在混凝土内部形成各种各样的空隙,而降低混凝土的密实性及耐久性。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[2]。国内外许多学者对水在混凝土中的形态进行大量的试验研究结果表明,新浇混凝土在冻结前有一段预养期,可以增加其内部液相,减少固相,加速水泥的水化作用。试验研究还表明[3],混凝土受冻前预养期愈长,强度损失愈小。混凝土冻结前,要使其在正常温度下有一段预养期,以加速水泥的水化作用,使混凝土获得不遭受冻害的最低强度,一般称临界强度,即可达到预期效果。

2 铜川市水厂工程混凝土施工

2.1 工程概况

本工程为铜川市水厂净水工艺工程项目,该工程所在区域为中部温和地区,历年绝对最低温度发生在1月份,最低温度-17.9℃,平均温度-2℃。混凝土主体施工主要在12月～2月期间,属低温施工。

2.2 混凝土拌和物的最终温度

混凝土拌和物的最终温度,根据组成材料的温度进行计算,当砂石已经冻结(但无冰雪和冰块),仅加热水。

拌和物的最终温度可按下式计算:

式中:C、S、G、W分别为按设计配比每立方米混凝土的水泥、砂、石、水的重量;Tc、Ts、Tg、Tw分别为水泥、砂、石、水的温度;Ps、Pg分别为砂、石的含水率,Ps取3%,Pg取0.92。

2.3 混凝土搅拌机倾出时温度

混凝土出机口的温度按下式计算:

式中:T0为混凝土出机口温度(℃);Tc为搅拌棚内温度(℃)。

经过计算,Th为11.2℃,T0为9.4℃,均满足《建筑工程冬期施工规程》(JGJ104-97)规定的要求。

3 混凝土保暖与养护

在实际工程中,要根据施工时的气温情况,工程结构状况(工程量、结构厚大程度与外露情况),工期紧迫程度,水泥的品种及价格,早强剂、减水剂、抗冻剂的性能及价格,保温材料的性能及价格,热源的条件等来选择合理的施工方法。混凝土冬季保温方法较多,一般有暖棚法、蓄热法、蒸气加热法、电极加热法、电热模法、远红外线加热法等[4]。本工程施工中,结合工程特点、现有的设备及材料,综合考虑热效和经济效益等各项因素,采用暖棚法。暖棚法[5]是在建筑物或构件周围搭起暖棚,当浇筑和养护混凝土时,棚内设置热源,以维持棚内的正温环境,使混凝土在正温下硬化。

在本工程中,暖棚法施工确定合理的养护时间是关键问题。但养护时间与冬季混凝土受冻临界强度密切相关,因此必须首先确定混凝土受冻临界强度。《建筑工程冬期施工规程》(JGJ104-97)规定,混凝土允许受冻临界强度为: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,即混凝土达到该受冻临界强度值时,具有抗冻性,物理力学指标和钢筋的握裹力都可达到设计要求。根据规定可得本工程在冬季暖棚内养护8 d即可。

4 工程施工中的措施

(1)组织专门的保温管理机构。专人按规范要求观测和记录各工作点的温度,及时反馈信息,确保保温措施按要求实施。

(2)混凝土原材料:骨料堆覆盖保温材料,使其温度保持在-5℃以上;采用加热水拌和,热水控制在80℃左右,防止水泥产生假凝现象。

(3)拌和混凝土前,用热水冲洗拌和设备;在工作停顿或结束时,立即用热水将拌和机及运输设备洗净,当恢复生产时先给运输设备及拌和机加热。混凝土拌和时间比常温季节延长25%,规范要求拌和时间控制在90 s左右,添加防冻剂后,拌和时间延长60 s,所以拌和时间控制在3 min以内。

(4)拌和站搭设保温棚,内生火炉,提高拌和机棚内温度,减少不必要的热量损失,确保拌和棚内温度为0℃。另外,由于暖棚内生火炉,空气较干燥,应进行水蒸气保湿。

(5)混凝土浇筑仓面搭设暖棚,内生火炉,保证仓面温度控制在5℃以上。

(6)拆模后混凝土表面覆盖一层塑料薄膜,竖立面外包裹塑料薄膜,外层覆盖聚乙烯塑料泡沫板保温层,保温保湿。

(7)缩短混凝土运输时间,减少运转次数,降低运输、运转、浇筑过程中的温度损失。

5 结 语

该工程混凝土结构属于薄壁混凝土,必须严格执行冬季施工方案。按照上述方法在冬季施工,混凝土抗压、抗冻、抗渗等力学指标均满足设计要求,未出现裂缝等缺陷,取得了良好效果。

在较冷地区冬季施工,会造成工程投资的加大,成本增加。一般来说,如果控制较好,混凝土冬季施工增加的费用占单项工程正常季节施工成本的15%～20%,占总投资的5%～8%,如果采用暖棚法施工,仅就暖棚施工费用占总投资的3%,占冷天施工费用的20%～30%。因此,在寒冷地区冬季混凝土施工如何平衡施工质量与施工成本是关键问题。所以无论采用何种施工方案,均应加快施工进度,在不影响施工质量的前提下速战速决,降低工程费用。

[1]张 涛,董少波.浅析混凝土冬季施工措施[J].山西建筑,2009,35(25):173-174.

[2]王会范.浅谈建筑工程冬季混凝土施工方法[J].黑龙江科技信息,2007,(6):221.

[3]李文标.冬季混凝土施工质量控制措施[J].西部探矿工程,2006,(3):246-247.

[4]邢 伟.冬季施工混凝土的综合蓄热法[J].哈尔滨职业技术学院学报,2007,(4):117.

[5]朱淑坤,郭爱兵.暖棚法在混凝土冬季施工保温中的应用[J].河北水利水电技术,2004,(2):39-40.