陕北地区高层建筑冬季混凝土施工防冻技术研究

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  摘 要:随着中国工业化、城市化和现代化进程的不断加快,基础建设投资需求和规模逐年呈上升趋势,带到了经济的发展和百姓的就业。然而,由于我国黄河以北有漫長的冰冻期,这3-6个月的寒冷时期,如何控制混凝土的施工质量,已经成了建筑界的难题。本文从冬季混凝土发生冻害的原因出发,对陕北地区冬季混凝土施工防冻技术提出解决方法。
  关键词:冬季严寒条件;混凝土施工防冻
  中图分类号:TU742 文献标识码:A 文章编号:1671-3362(2013)03-0063-02
  混凝土的施工,对环境温度要求比较苛刻,尤其是0℃左右时,需要按照严格的工程要求和进度处理防冻事宜。环境的时间空间不同,发生的因素有区别,制定的预案也是不同的,需要有的放矢,因地制宜,既要汲取多年积累的经验,又要有科学的数据为指导,不能盲目决策,下面,就如何对陕北地区的高层建筑在冬季顺凝土施工中增加防冻技术措施,进行深度探讨。
  1 环境要求判断
  随之工业化革命的风起云涌,城市化的方兴未艾,现代化的突飞猛进,建筑市场和相关行业已经成为支撑经济发展的支柱产业。基本建设规模的不断膨胀,经济买方市场的不断推动,让季节性建筑工程成为了全天候、常态化开工业务。混凝土施工要在冬季正常进行,前提是要保证工程的耐久性和安全性,面对滴水成冰的陕北极寒地区,要确保混凝土浇筑构件在施工中不被早期冻害,不因为阶段性停工而拖延工程,影响企业信誉,增加企业的资金占用和营运成本,降低投资回收的时间,就要引进先进工艺设备,提出有针对性的施工方案。另一方面,在考虑施工中,要统筹兼顾,未雨绸缪。众所周知,我国冬季混凝土建筑工程的工程质量事故居高不下,概率很高,很重要是对低温雨雪冰冻气候,反应不果断,管理不科学,隐患排查不细致,施工器械落后,操作人员素质较差等因素叠加而成的。
  从混凝土的冻融内部机理上看,其在饱水状态下分子结构发生裂变,是其与冻融循环博弈中失败的结果,其冻融循环成了破坏的杀手。而混凝土抗冻耐久性(简称抗冻性),则是混凝土饱水状态与冻融循环博弈中胜利的结果,从根本上改变了冻融循环的惯性。混凝土建筑屡受破坏的案例在我国东北、华北、西北地区的水工大坝中枚不胜举。在东北部的极寒地理环境下,遭受着不同程度的大面积冻融的破坏工程概率基本是100%我国比较著名的丰满坝和云峰坝就是其中受害的代表。不仅仅是竣工的工程,正在在施工中的工程遭受严重冻融的现象也屡见不鲜。据权威部门抽查发现,这种现象在我国的长江以北黄河以南的中部地区,也是一个头疼的难题,广泛低侵害者许多国计民生的重大工程,这种问题的地域普遍性,时间的固定性,损失的严重性,都引起了专家学者的关注,以及施工企业的高度重视。因此,圆满解决混凝土抗冻的课题,是维持冬季混凝土高强度和高性能的关键所在。对混凝土工程采取什么样的防冻措施是其重中之重。
  2 研究意义
  混凝土是构成工程主体的重要组成部分,是一种应用及其广泛的建筑材料。
  由于其自身非常容易受温度的影响,而造成对工程质量的影响,所以在平时建设期间,当达到了建筑施工的温度临界点后,混凝土自身的抗冻强度就要面临考验,如果因为种种原因不达标,随时都有冻伤的可能性,对于百年大计的建筑工程来说,质量的先天不足往往是致命的,在违背混凝土冬季施工特点与规律的的任何工程,在当前环境下,对工程建设是个利空,对责任人来说,也可能要面临灭顶之灾,责任追究的利剑随时要落在他头上。
  我国有关文件规定,在野外施工中,连续5天都低于5℃气温的背景下,必须冬季施工流程当中,启动防冻预案推进混凝土的结构工程。无容置疑,冬季进行混凝土施工弊端太多,它本身就颠覆了混凝土常温施工的一系列标准和流程,在原材料搅拌或浇筑养护方面,都会有太大的影响。冬季对混凝土进行施工,会由于低气温甚至负气温的影响,使得平时施工的程序不能适应,冻融概率特高,混凝土的强度性能大打折扣,耐久性和安全性将不复存在。鉴如此,在冬季特殊环境下对混凝土进行施工,就必须增加大量的保温材料,才能保证混凝土完全不受冻。同时还要采取各种防护措施,那么施工工期就会被迫延长,这些都会导致经济出现超额预算,工程费用会增大。
  除此之外,大面积的混凝土浇筑的施工期就比较长,在混凝土冬季施工的需求没法规避的情况下,探索混凝土冬季施工防冻技术,并找到行之有效的解决方法就成了建筑界里及其重要的问题。
  3 对中外研究的基本判断
  3.1 对国外发展的透视
  混凝土的冻融破坏问题,在20世纪20、30年代就被世界所关注。1941年,Swayze首次提出了使用引气的方法提高其抗冻性。这随后也被证明是提高混凝土抗冻性的最有效的方法。
  1953年,Powers与Helmuth一起提出了渗透压假说,就对混凝土冻融成因做了最早到诠释,成为了混凝土抗冻性研究的开山鼻祖,成为了引气剂的大规模应用的引路者。Powers等的气泡间隔系数理论才有了根基。而国外对引气混凝土中气孔质量和分布的研究,在20世纪50、60年代,进一步理清了影响混凝土冻融内核气孔的分布特征。
  进入20世纪70、80年代,国外对混凝土冻融性的模拟实验风生水起。以Fagerlund为领军的团队,发明了静水压假说,提出了混凝土抗冻性主要参数空气泡间距的概念。到了20世纪90年代后,复合水泥混凝土抗冻性站到了理论和实践的最前沿,通过对矿物掺合料、水泥浆结构、化学组成的突变对比,从而归纳出了以实验室为主体的直接测试和以测定混凝土的气泡体系参数、水饱和度间接测试法。其中,气泡间隔系数法,具有低能耗、试验周期短的优点,因而被许多国家广泛使用。
  4 对国内研究进展的综述
  院士吴中伟先生在上世纪50年代初提出的混凝土抗冻理念,是我国在此领域的发轫之作,在声势浩大的治淮水利混凝土工程中,由他研究的松香热聚物加气剂的成功使用,掀开了我国建筑史的先篇章。在他的激励和成功实践的基础上,同济大学、水利水电科学研究院等单位又对引气剂的从实验室到规模化生产起到了推波助澜的作用,无论在抗冻混凝土的设计领域,还是在对凝土原材料的抗冻性实验方面,做出了具体贡献,具有开创性的意义。   进入20世纪90年代初,气泡结构和间距在混凝土的抗冻性的作用研究,引起了我国的高度重视,并投入了大量心血进行了气泡性质的试验。李金玉认为,只控制含气量和水灰比这两个指标,不能夠很好的控制混凝土的抗冻性,还要控制气泡性质的指标。范沈扶研究得出,影响混凝土抗冻性的根本是混凝土的气泡结构性质。当孔间距系数小于250μm时,混凝土的抗冻性能达到60%以上。
  我国为适应日益繁重的基本建设需要,从百年大计的建筑安全可靠经济的思路出发,完善了抗冻性混凝土的标准与规范《混凝土结构耐久性设计与施工指南》,为建筑工程的规范发展指明了道路,规范中将含气量与抗冻耐久性指数、硬化混凝土其泡间距系数指标提出,将合理和科学性进行了适合当前实际情况的诠释,是一个混凝土工程的施工必备法规文书。《公路水泥混凝土路面施工技术规范》中,也提出了对于混凝土抗冻性的最打平均气泡间距系数。
  5 冬季施工原理及施工要求
  5.1 施工原理
  首要是要根据施工的要求,针对环境温度的实时情况,选择混凝土材料和配合比,才能匡算出混凝土拌合物在浇灌后的凝结和硬化的水化时间和强度时间。在温度这个参照物的决定下,推算水化速度和强度要求。当温度降至0℃时,混凝土中的一部分水开始结冰,在水化作用减弱的情况下,混凝土的强度增长也越来越困难。当水化作用消失的时候,也不存在强度的增长。以至于冰冻之后,在迅速累积的9%的冰胀应力作用下,冲塌了水泥的初期强度值,让混凝土的强度大打折扣,另外,水结冰以后,还会在钢筋表面产生冰节点,不仅为工程竣工后留下溶解空隙,而且由于水泥浆极其骨料和钢筋的粘结力消减,影响了抗压强度和紧密性。由此看来,在冬季混凝土施工中,关键处理好混凝土的水状态。
  国内外许多学者对混凝土中的水形态比对中发现,从新浇筑的混凝土冻结前的预养期来看,强化了混凝土内部的液态,加速水泥的水化作用。实验表明,混凝土在常温条件下,预养期变长,那么强度损失就会越小。在正常温度下条件下继续对混凝土进行养护,那么它的强度还会做幅度大小不一的增长。混凝土受冻后,强度会有所损失。所以,要想使混凝土不受冻害,使其达不到受冻害的最低强度,即临界强度,便可达到预期的效果。
  5.2 施工要求
  在冬季混凝土施工开始之前,用钢管脚手架和篷布为基坑或基槽主风向搭设挡风墙,在搭设挡风墙时,要注意留有预存空间,但同时又要保证严密、不透风、绑扎牢固。同时要搭设挡风墙,用聚氯乙烯薄膜覆盖用来保湿,最后覆盖棉毡和草袋用来保温。施工中对于材料也有所要求,水泥在使用前,要在暖棚里存放;混凝土的加热温度,要根据混凝土拌合物的最终温度计算来确定,一般控制在35℃以内,冬季施工时,砂土中不得含有直径大于1cm的冻块,不能使用冻灰膏、冻灰浆等。要求达不到需要的温度,就对石子和沙子加热。
  5.3 施工技术难点
  (1)混凝土养护龄期。混凝土达到自身的抗冻临界强度,达到临界强度的时间会有变化。混凝土最短的养护龄期须大于达到临界强度的时间,另外养护时间越长,对混凝土强度的增长就越好。但是对于经济来说,产出与投入的比例过小的话会对投资控制和节能减排方面不利,所以养护龄期应选择最短的。
  (2)防治混凝土早期冻害非常重要,要尽力在临界强度到达之前避免混凝土冻害的发生,最简单的方法就是蓄热和防护,才能使混凝土在低温下仍然保持水化作用。
  (3)保证混凝土后期的耐久性和强度能够满足要求。混凝土在受冻或反复受冻后对耐久性和强度都有很大的影响,所以做好冬季施工工程的养护非常重要。在工程的施工中,根据当时的气温情况和工程状况,来选择合理的施工方法。
  6 冬季施工措施
  混凝土发展到今天,其中加入的外加剂也加大,后来相继出现了其他类型的混凝土,各种混凝土外加剂也开始使用。后来随之我国材料科学的进步以及我国混凝土的发展,普通混凝土的组成材料已经发展到六组分。在这六组分中,需要考虑水泥矿物具有的本质与条件等,以及保罗米公式是否适用,在工程实验中,要有针对性得调整用水量和矿物掺合料用量,并降低水泥用量。
  早期的冬季施工主要在施工方法上进行防冻,如暖棚法、蓄热法和蒸汽法。此种方法的效果有限,而且成本较高,并且施工起来比较复杂。因此,在世界各国日益丰富的冬季施工需要中,增加冬季的施工进度,节约成本,开始了对防冻剂的研究和使用。
  6.1 防冻剂的防冻原理
  防冻剂其中包含四种成分:旱强成分、引气成分、减水成分、防冻成分。旱强成分的主要作用是加速混凝土的凝结硬化,使混凝土尽快达到抗冻临界强度,在抗冻临界强度达到了后,混凝土硬化速度加快,低温强度增长缓慢的情况就停止了。引气成分是在混凝土内引入微米级的细小有益气泡,可以用来切割、封闭混凝土内的有害连接孔道,确保混凝土裂纹扩展最小化,气泡的缓冲器开始发挥作用,吸收冰晶膨胀应力,实施止损,可以提高抗冻融能力,改善耐久性。减水成分用来减少可冻冰的含量,使粗大冰晶转化为细小冰晶,减轻冻胀压力。防冻成分多是无机盐,用来降低冰点。
  6.2 防冻剂的使用
  任何一种符合标准的防冻剂产品,都由一个明确的“使用温度”。在环境温度降到外加剂的使用温度前,混凝土必须达到抗冻临界强度,反过来,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。
  在冬季施工中,水泥应保存在5℃以上的温度的暖棚内,避免接近热源。在有坡度的地方,为排水提供方便,这样冻结就不会发生。用帆布覆盖砂石堆,冰雪就不会轻易侵扰,从而受冻。搅拌混凝土时,混入冰块会影响工程质量。因此必须事先把含有冰雪冻块的骨料加以溶解。
  浇筑混凝土时,要把附着在钢筋、模板上的冰雪清扫干净,不要用蒸汽来融化冰雪,那样会使融化的水重新冻结。振捣密实混凝土以后,要立即用塑料薄膜覆盖住表面,防止混凝土脱水。地基也应事先加热,不要使其有冻结现象。
  在混凝土的养护结束后,就可以拆除保温层了。但应保证其内外环境气温差距不超过20℃。
  结语
  本文主要探讨了在冬季如何施工才能有效防止混凝土发生冻害现象。冬季施工过程中,具有很多不可预见性,因此施工过程往往非常复杂,具体问题仍需具体分析,对于冬季的施工影响因素,还存在较多待解决的问题。有待于学者们进一步地研究。
  参考文献
  [1]张鹏.浅析冬季混凝土结构施工方法[J].山西建筑,2008,(16).
  [2]沈悦.京津城际铁路2号梁场冬季施工温度控制原则[J].铁道建筑技术,2008,(S1).
  [3]王洁娴.冬季施工中应注意的问题[J].科技创新导报,2008,(14).
  [4]王艳萍.冬季施工方案[J].交通世界(建养.机械),2008,(05).
  [5]何敬国,李文波.建筑土方工程冬季施工质量事故原因及防治[J].黑龙江科技信息,2008,(13).
  作者简介:邹东雷(1977-),男,毕业于西安建筑科技大学土木工程专业,二级建造师,工程师,现为延安职业技术学院农林建筑工程系老师,建筑工程技术专业带头人。
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