浅析冬季施工对混凝土工程质量的影响及应对方法

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   摘 要:混凝土在现代建筑工程中占有重要地位,在众多领域有着广泛的应用,它的质量在国民经济建设中至关重要,影响混凝土施工质量的因素有很多,其中冬季施工的低温对工程质量有着较大的影响。本文从影响混凝土施工质量的主要因素着手,从混凝土施工中应注意的问题、混凝土冬季施工的特点和施工原则、混凝土冬季施工的养护方法、混凝土施工中的温度测量和质量检查等方面论述了冬季混凝土施工的应对方法。
   关键词:冬季施工;混凝土;影响;方法
  
   混凝土在现代建筑工程中占有重要地位,是当代最大宗的土建材料,混凝土具有材料来源简便、易于加工成型、匹配性好、可调整性强、耐久性好、后需维修费用低等优点。正是由于混凝土有着众多的优点,所以混凝土在现代工业、民用建筑、水利工程、地下工程、桥涵工程等众多领域有着广泛的应用。
   普通混凝土一般指以水泥为主要胶凝材料,与水、砂、石子,必要时掺化学外加剂和矿物掺合料,按适当比例配合,经过均匀搅拌、密实成型及养护硬化而成的人造石材。混凝土主要划分为两个阶段与状态:一是凝结硬化前的塑性状态,即新拌混凝土或混凝土拌和物;二是硬化之后的坚硬状态,即硬化混凝土或混凝土。混凝土强度等级是以立方体抗压强度标准值来划分的。在混凝土工程施工中有多种因素对混凝土成品的质量有影响。
   一、影响混凝土施工质量的主要因素
   (一)施工前原材料及混凝土配合比
   1.水泥。水泥是混凝土原材料中起主要作用的材料,为了保证混凝土的技术性质,并降低水泥消耗,必须根据工程的特点、当地气候与环境等条件,正确选择水泥的品种和标号。进场的水泥必须附有生产厂家的质量证明文件,并按其标注的品种、标号和试验报告等情况分批进行抽样试验,一般是将样品送到有资质的试验室做水泥的安定性、强度及细度三大物理性能指标。
   2.骨料。又名集料,在混凝土中约占70%~80%,其用量非常大,选用时要保证质量、粒级。大型工程多自辟料场,按设计要求进行加工,这对保证质量和进度十分重要。
   3.凝土配合比设计。随着对工程质量要求的不断提高,质量保证体系的不断完善,工程中使用的不同级别混凝土均要求由通过国家认证的质检机构进行配合比设计,并且在配合比未得到批准前,不能浇筑混凝土。
   (二)混凝土施工中应注意的问题
   1.砂石使用前测定含水率。混凝土的配合比是在试验室里设计测定的,试验是在假定砂石完全干燥的情况下进行计算的,而工程中使用的砂石材料由产地到使用堆放场地,都是暴露于大自然之中,都含有一定的水分,而且随着气温和阴、晴天气的变化,砂石的含水率也在变化。若用含水的砂石拌制混凝土,势必增大了用水量,因此,每批砂石必须在使用前测定其含水率,相应扣除拌和水用量,才能保证配合比的准确应用。
   2.还要注意减少离析和泌水现象。混凝土施工中常常会出现离析和泌水现象
   3、养护。我们知道,混凝土强度的增长不仅与原材料和浇捣工艺有关,而且与混凝土的养护条件也有直接关系。混凝土的养护一般包括自然养护(又称现场养生)和热养护,前者多在自然气温条件下采用覆盖、围水、薄膜等方法进行养护;后者借助于热源的热能,经过介质的传导、对流或光波辐射,将热量传递给混凝土,并对混凝土周围相对湿度加以控制来进行养护。
   由于混凝土具有热胀冷缩和湿涨干缩的特性。所以混凝土工程施工中容易产生裂缝问题,为确保混凝土的工程质量,就要找到产生裂缝的原因,从以上混凝土施工中应注意的问题中可以看出,原因主要有:温度和湿度的变化.混凝土的脆性和不均匀性、以及结构不合理、原材料不合格(如碱骨料反应)、模板变形及基础不均匀沉降等。
   二、温度的控制和防止裂缝的措施
   为了防止裂缝,减轻温度应力可以从控制温度和改善约束条件两个方面着手。
   (一)控制温度的措施
   1.采用改善骨料级配,用于硬性混凝土,掺混合料,加引气剂或塑化剂等措施以减少混凝土中的水泥用量;
   2.拌和混凝土时加水或用水将碎石冷却以降低混凝土的浇筑温度;
   3.规定合理的拆模时间,气温骤降时进行表面保温,以免混凝土表面发生急剧的温度梯度;
   4.施工中长期暴露的混凝土浇筑块表面或薄壁结构,在寒冷季节采取保温措施;
   (二)改善约束条件的措施
   1.合理地分缝分块;
   2.避免基础过大起伏;
   3.合理的安排施工工序,避免过大的高差和侧面长期暴露;
   在混凝土的施工中,为了提高模板的周转率,往往要求新浇筑的混凝土尽早拆模。当混凝土温度高于气温时应适当考虑拆模时间,以免引起混凝土表面的早期裂缝。新浇筑早期拆模,在表面引起很大的拉应力,出现“温度冲击”现象。在混凝土浇筑初期,由于水化热的散发,表面引起相当大的拉应力,此时表面温度亦较气温为高,此时拆除模板,表面温度骤降,必然引起温度梯度,表面的拉应力达到很大的数值,就有导致裂缝的危险,但如果在拆除模板后及时在表面覆盖轻型保温材料,如泡沫海绵等,对于防止混凝土表面产生过大的拉应力,具有显著的效果。
   由于我国国土幅员辽阔,很多地区气候变化较大,在东北、西北及高原地区,每年都会有较长的低温季节。冬季的低温会对混凝土的施工管理带来很大的困难,常规的施工方法不能保证工程质量,这就需要混凝土施工的管理者就地取材,从实际出发,积极选择合理、低耗的施工方案,制定具体的措施,来确保混凝土的施工质量。
   在混凝土施工中,当最低环境温度突降至0℃以下时,应采取必要的措施防止混凝土遭受冻害。这是因为,在温度降至0℃以下时,水泥水化作用基本停止,混凝土强度也停止增长,特别是温度降至混凝土冰点温度(新浇混凝土的冰点为-0.3到-0.5℃)以下时,混凝土中的游离水开始结冰,结冰后的水体积会膨胀约9%,在混凝土内部产生冰胀的粘结力,使强度尚低的混凝土结构内部产生裂缝,同时降低了水泥与砂石和钢筋的粘结力,导致结构强度降低。受冻的混凝土在解冻后,其强度虽能继续增长,但已不能达到原设计的强度等级。所以在环境温度降低时应作好个保温等防护措施。
   在气温骤降时进行表面保温,以免混凝土表面发生急剧的温度梯度;施工中长期暴露的混凝土浇筑表面或薄壁结构,需要在寒冷季节采取保温措施。
   混凝土的早期养护,主要目的在于保持适宜的湿温条件,以达到两个方面的效果,一方面使混凝土免受不利温、湿度变化的侵袭,防止有害的冷缩和干缩,另一方面使水泥水化作用顺利进行,以期达到设计的强度和抗裂能力。
  施工人员必须保证砂石的质量要求,并根据现场砂石含水率及时调整水灰比,以保证混凝土强度。只有在保证砂石质量的前提下,在温度、湿度条件下才能保证混凝土的正常成型,要做到冬季保温防冻害,夏季防曝晒脱水。
   三、混凝土冬季施工的特点和施工原则
   (一)冬季施工的特点
   1.冬季施工期间是混凝土施工的质量问题多发期。在冬季施工中,长时间的持续低温以及大的温差和反复的冰冻,会造成混凝土施工的质量事故。
   2.冬季施工时混凝土施工的质量问题的滞后性。冬季发生质量问题往往不易觉察,以至于到天气暖和时,质量问题才暴露出来,时间的滞后性对处理、解决质量问题带来很大的困难。
   3.冬季施工的计划性和准备时间要求高。混凝土施工时经常由于施工任务时间紧、任务重,而造成仓促施工,准备不充分,而发生质量问题。
   (二)冬季施工的原则
   为了保证冬季混凝土施工的质量,应遵循以下原则:
   确保工程质量;保证工期要求;努力降低生产成本;所需热源及材料有可靠来源。
   (三)冬季施工时必要的准备工作
   1.做好相关施工地域冬季气象资料的搜集工作,作为冬季施工制定相关技术措施的依据。
   2.做好混凝土施工组织设计的编制,并制定具体的冬季施工方案。
   3.充分做好冬季混凝土施工的设备、机具、材料和相关劳保用品的准备工作。
   四、冬季施工的养护方法
   冬季施工的养护方法有蓄热法、外加剂法、人工加热法。一般采取蓄热法或综合蓄热法进行养护,只有在此方法不能满足时,再选用人工外部加热法进行养护。
   选择养护方法的目的,是保证混凝土尽快达到临界强度,避免遭受冻害,承重结构的混凝土,要迅速到出模强度,加快模板周转。
   (一)蓄热法是利用加热混凝土组成材料的热量及水泥的水化热,并用保温材料(如草帘、草袋、锯末、炉渣等)对混凝土加以适当的覆盖,使混凝土在正温条件下硬化或缓慢冷却,并达到抗冻临界强度或预期的强度要求。
   蓄热法施工方法简单,费用低廉,较易保证质量。当室外最低温度不低于-15℃时,应优先采用蓄热法养护,对结构易受冻的部位,应采取加强保温措施。为了减少热量损失,模板外和混凝土表面覆盖的保温层,不应采用潮湿状态的材料。为防止失水,不应将保温材料直接铺盖在潮湿的混凝土表面,而是铺一层塑料薄膜,再覆盖保温材料。
   采用蓄热法施工时,原材料加热温度的确定、保温材料的选择和厚度的确定以及混凝土在正温条件下养护所能达到的强度的百分率必须通过热工计算得出,避免随意性和盲目性。
   (二)综合蓄热法是在蓄热法的基础上,掺加相应的外加剂,利用复合外加剂早强组分的作用,来加快混凝土的硬化速度,从而使混凝土尽快达到其临界强度。同时,利用引气组分改善混凝土孔隙结构,缓冲冰晶冰胀压力,利用减水组分减小可冻水量,提高混凝土强度等多重作用,使混凝土后期的硬化速度满足施工需要。
   综合蓄热法扩大了蓄热法的应用范围。
   (三)负温保护法是在混凝土中加入适量的抗冻剂、早强剂、减水剂和加气剂,使混凝土在负温下能继续水化,增长强度。使混凝土冬季施工工艺简化,节约能源,降低冬季施工的费用。是冬季施工有发展前途的施工方法。负温养护法适用于不易加热且对强度增长无特殊要求的混凝土结构工程。
   混凝土冬季施工中常用的外加剂各类主要有:减水剂、早强剂、引气剂、阻锈剂。
   五、混凝土冬季施工中的温度测量和质量检查
   为了保证冬季混凝土施工的质量,必须对施工全过程的温度进行测量监控。室外气温及环境温度每昼夜测量不少于四次,此外还需测量最高和最低气温。搅拌机棚的温度,水、水泥、砂、石及外加剂溶液的温度,每一工作班次测量应不少于四次。混凝土出罐、浇筑、入模温度,每一工作班次测量不少于四次。
   除按常温混凝土施工时检查相应的内容外,冬季施工还应检查外加剂质量及掺量。外加剂进场后应进行抽样检验,合格后方可使用。再次,还要检查混凝土表面是否受冻、粘连、收缩裂缝,边角是否脱落,施工缝处有无受冻痕迹。
   在冬季混凝土施工实践中,施工管理者与施工人员要从把握原材料质量、制定具体应对措施和施工方案等多个方面着手,多观察、多比较,多分析、多总结,结合多种预防处理措施和方法,注重质量,就地取材,降低消耗,以保证冬季混凝土的施工质量。
  
   参考文献:
   [1]徐至钧著,混凝土结构裂缝预防与修复,[M]中国机械工业出版社,2011年1月.
   [2]陈引花著,混凝土结构施工,[M]北京理工大学出版社,2011年9月.
   [3]顾祥林著,混凝土结构基本原理,[M]同济大学出版社,2011年1月.
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