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混凝土防凍措施及施工控制摘要：為保證工程工期，北方寒冷地區(qū)許多混凝土工程必須在冬季繼續(xù)施工，為保證工程質(zhì)量，盡量降低因采取防凍措施而增加的施工成本，如何科學(xué)的采取措施及優(yōu)化施工工藝，值得工程技術(shù)人員研究。本文對濟萊高速公路第六合同段冬季混凝土施工進行了較為詳細(xì)的說明，已期為類似工程施工提供一點參考，起到拋磚引玉的作用。關(guān)鍵詞：混凝土 冬季 溫度 防凍 措施1 前言濟萊高速公路第六合同段起于長城嶺隧道入口，穿長城嶺隧道，經(jīng)娘娘廟西，穿上游隧道，止于上游隧道出口，起迄樁號為LK40+250（RK40+250.456）LK45+050（RK45+068.205），長城嶺以北位于章丘市境內(nèi)，長城嶺以南位于萊蕪市境內(nèi)，路線長4.8公里。工程所在地歷年平均氣溫13.7，無霜期年平均為205天,最冷月份為1月，平均氣溫-1.9,極端最低氣溫-18.3。主要工程項目包括4座三線大跨隧道（折合單洞6680米），2座25米跨徑先簡支后連續(xù)箱梁橋（總長475米），工期23個月，施工工期緊，必須在冬季進行混凝土施工。2 混凝土受凍的原因及危害混凝土受凍的原因是混凝土內(nèi)水分在低溫下形成冰晶膨脹，進而破壞混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)?；炷猎跐仓^程中受凍，會導(dǎo)致混凝土硬化時間延長，同時強度降低。受凍時間越長，溫度越低，強度損失越大；混凝土在硬化過程中受凍，會導(dǎo)致混凝土更嚴(yán)重破壞，因為此時混凝土中的未水化水分多，受凍時結(jié)成冰晶體積膨脹大。另一方面，此時混凝土強度低，其中水分結(jié)冰后體積膨脹會很輕易的造成混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的破壞；混凝土達到設(shè)計強度后，如果經(jīng)歷反復(fù)凍融也會造成混凝土的破壞。因此，根據(jù)混凝土的抗凍理論，受凍前混凝土臨界強度的概念是：當(dāng)混凝土的早期強度達到臨界強度時，可抵抗冰凍引起的破壞。大量試驗和實踐表明，混凝土抗凍臨界強度與水泥品種、水灰比、降溫速率等多種因素有關(guān)，且素混凝土和摻防凍劑混凝土的抗凍臨界強度亦不相同，其值可按規(guī)范確定。一般說來，摻防凍劑后混凝土的抗凍臨界強度略低一些(相對空白混凝土)，根據(jù)公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范JTJ041-2000規(guī)定，用硅酸鹽或普通硅酸鹽水泥配制的混凝土，在抗壓強度達到設(shè)計強度40及5Mpa前不得受凍，即規(guī)范規(guī)定混凝土最低臨界強度為5Mpa,故在冬季施工條件下，必須采取措施防止混凝土受凍；而且要防止混凝土滲水、漏水，不得在負(fù)溫時向混凝土灑水，避免混凝土的反復(fù)凍融。3 混凝土的防凍措施混凝土防凍措施主要從兩個方面考慮：一是提高溫度，二是提高混凝土的抗凍性（即降低混凝土冰點）3.1 提高溫度包括：混凝土拌和物本身溫度的提高和施工及養(yǎng)護溫度的提高。3.1.1混凝土拌和物主要是砂、碎石、水泥、水等的混合物，按規(guī)范規(guī)定水泥不能加熱，因此提高拌和物的溫度主要考慮砂石料和水的加熱。 濟萊高速第六合同段混凝土施工砂石料加溫采用加熱管預(yù)熱，每個攪拌站安裝一臺無壓鍋爐，從鍋爐接出的熱水管接入混凝土集料倉，并在料倉底部呈螺旋狀環(huán)繞兩周再接入另一集料倉，最后放接入熱水箱，箱內(nèi)熱水用水泵送到攪拌機中。此種裝置充分利用了該鍋爐的熱能，但熱利用率仍較低，如果改用蒸氣鍋爐，且在集料倉內(nèi)的管路下鉆一排孔，利用蒸氣直接預(yù)熱集料，效果將更好，但對集料的含水率有影響。水可加熱到100，但水泥不得與80以上的水直接接觸。攪拌時投料順序為：預(yù)熱的集料熱水拌和90秒水泥及外加劑拌和90秒出料。用此種方法可保證混凝土出料溫度在10 以上。通往下一料倉接鍋爐熱水管料倉加熱示意圖 3.1.2 提高施工及養(yǎng)護環(huán)境溫度 3.1.2.1 提高隧道混凝土施工及養(yǎng)護溫度的措施隧道洞口設(shè)保溫簾,只在中部設(shè)車輛進出口，盡量減少隧道內(nèi)外空氣直接對流，阻擋冷空氣長驅(qū)直入深入隧道內(nèi)部，在洞口及混凝土臺車旁各設(shè)兩個火爐，使進入隧道內(nèi)的冷空氣預(yù)熱，保證襯砌混凝土的施工及養(yǎng)護溫度。另外在襯砌模板臺車內(nèi)側(cè)點數(shù)盞電鎢燈照射鋼模板，提高模板臺車周圍的溫度。3.1.2.2 提高橋梁混凝土施工及養(yǎng)護溫度的措施 橋梁墩柱及蓋、系梁施工后采用覆蓋棉被保溫，脫模后混凝土表面包裹電熱毯加熱，并在電熱毯外側(cè)覆蓋棉被，保證養(yǎng)護溫度，以盡快提高強度到臨界強度。預(yù)制箱梁則采用暖棚法加熱養(yǎng)護混凝土，在暖棚內(nèi)設(shè)12個火爐，其中6個火爐上放置盛水容器。以產(chǎn)生水蒸氣來保證棚內(nèi)濕度。項目部除配備常規(guī)溫度計外，還專門配備了一把紅外線測溫槍（規(guī)格型號VC305），以檢測混凝土脫模后表面溫度與環(huán)境溫度之差，以便及時采取措施以保證混凝土表面溫度與環(huán)境溫度之差小于15。3.1.2.3 提高混凝土溫度的其它措施1)對混凝土運輸罐車覆蓋一層保溫層，盡量減少混凝土在運輸過程中的熱量損失。2)對儲備砂石料采取覆蓋措施，以防雨雪，防止砂石料冷凍結(jié)塊及混入雪塊、冰塊。3)混凝土模板有蓄熱作用，適當(dāng)延長脫模時間有利于混凝土盡快達到臨界強度。4)攪拌混凝土前，先用熱水沖洗攪拌機，以增加攪拌機倉體溫度，減少混凝土熱量散失。3.2提高混凝土的抗凍性（降低混凝土冰點） 為提高混凝土抗凍性，一般采用摻加防凍劑的方法，增強混凝土自身的防凍能力。3.2.1防凍混凝土防凍機理防凍劑是根據(jù)混凝土凍害機理，結(jié)合抗凍臨界強度、最優(yōu)成冰率、冰晶形態(tài)轉(zhuǎn)化等理論，并總結(jié)長期冬季施工實踐總結(jié)的，一般由四種成分（機理）組成，其作用分述如下：3.2.1.1早強成分主要作用是加速混凝土的凝結(jié)硬化，使之盡快達到抗凍臨界強度；在達到臨界強度以后，能加快混凝土硬化速度，克服負(fù)溫、低溫造成的強度增長緩慢現(xiàn)象。3.2.1.2引氣成分在混凝土體內(nèi)引入微米級的細(xì)小氣泡(有益氣泡) ，其作用：1) 切割、封閉混凝土內(nèi)的連通孔道(有害孔道) ，減輕凍脹時的裂紋擴展； 2) 引入的大量氣泡起到膨脹“緩沖器”的作用，吸收冰晶膨脹應(yīng)力，減輕凍害。在混凝土內(nèi)引入氣體3. 5 % ，可消化6. 6 %的體積膨脹，在成齡階段，可起到提高抗凍融能力、改善耐久性的作用。3.2.1.3減水成分 其作用有：1) 減少拌合水，從而減少游離水總量，從根本上減少可凍冰的含量，消除凍脹內(nèi)因；2) 通過減水成分的分散作用，釋放包裹水，消除劣質(zhì)水泡，使粗大冰晶轉(zhuǎn)化為細(xì)小冰晶，優(yōu)化水泥水化環(huán)境，減輕脹凍壓力。3.2.1.4防凍成分 目前在混凝土工程中使用使用的防凍劑主要成份多為一些有降低冰點作用的無機鹽，作用可概括如下:摻防凍組份(以NaNO2 ，摻2 %為例) 的水溶液冰點約為- 1. 5 ，當(dāng)溫度降到- 1. 5 時，孔隙內(nèi)臨近受凍側(cè)的游離水開始結(jié)冰，冰體內(nèi)無機鹽部分析出，剩余游離水中鹽的濃度變大(冰點進一步降低) ；當(dāng)溫度繼續(xù)下降(如降到- 5 ) ，又有臨近受凍側(cè)游離水部分結(jié)冰，剩余游離水濃度繼續(xù)增大.，持續(xù)這一過程，直到亞硝酸鈉最低共溶點出現(xiàn)，孔內(nèi)全部游離水結(jié)成冰。由此可見，防凍成分的作用是在連續(xù)降溫過程中保持混凝土體內(nèi)始終有一定的液相水存在(過冷水) ，使水泥水化能持續(xù)進行(盡管此時水化速度已較常溫時極其緩慢)。但隨著工程技術(shù)和材料科學(xué)的發(fā)展，也有其它新型防凍劑的成功研制并投入使用，其中有一種在工程中已使用并且效果明顯的防凍劑其防凍機理可以闡述為防凍劑摻入后，降低混凝土內(nèi)水分的表面張力進而降低混凝土中毛細(xì)孔內(nèi)的飽和蒸氣壓。使其中的水分在低溫下不凝結(jié)，而降低水的凝結(jié)溫度（冰點）。在一定溫度下不會破壞混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)劑凝結(jié)環(huán)境。使混凝土強度在溫度上升后得到恢復(fù)，深圳路路通建材有限公司生產(chǎn)的SPP-FD防凍劑便是基于其原理研制的，其使用溫度可達- 30 。由此可見：防凍劑的防凍機理是綜合性的，是多種效果的綜合體現(xiàn)?！胺纼觥敝皇亲罱K的效果，它是通過早強、引氣、減水、防凍及改變混凝土用水性能等因素共同作用而實現(xiàn)的。而且防凍劑的使用效果與工程的施工情況也有關(guān)系，所以說混凝土的冬季施工是一個典型的系統(tǒng)工程，必須通盤考慮。3.2.1.5防凍劑的“使用溫度” 任何一種符合標(biāo)準(zhǔn)的防凍劑產(chǎn)品，都有一個明確的“使用溫度”(如- 15 、- 20 ) ，說使用溫度就是“允許混凝土施工的溫度”并不錯誤，但應(yīng)著重與混凝土抗凍臨界強度聯(lián)系起來理解，即在環(huán)境溫度降到防凍劑“使用溫度”前，混凝土必須達到抗凍臨界強度，這樣混凝土才是安全的，否則混凝土有可能被凍壞?；炷恋氖褂脺囟仍降?，說明該防凍劑的防凍效果越好，混凝土越有更多的時間(含負(fù)溫區(qū)) 來增長強度，從而達到抗凍臨界強度的可能性大大增加。目前國內(nèi)生產(chǎn)的混凝土防凍劑的使用溫度多在- 10 - 15 之間(可適用于日最低- 15 - 20 的情況) ，溫度再低，防凍劑配方設(shè)計難度越大，不確定因素也增加，從這個角度講，多數(shù)情況下沒有必要非得要求防凍劑的使用溫度一定低于施工時的最低環(huán)境溫度，關(guān)鍵是必須在溫度降到防凍劑使用溫度前就使混凝土達到抗凍臨界強度。3.2.2防凍混凝土試驗數(shù)據(jù)3.2.2.1試驗依據(jù)1）混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范GB50119-20032）混凝土外加劑JC475-20043.2.2.2摻加防凍劑種類 分別對深圳路路通建材有限公司生產(chǎn)的SPP-FD防凍劑及河南鞏義宏超建材有限公司生產(chǎn)的跨越2000HC防凍劑進行了檢驗，摻加量占水泥用量的2.5-3.5。3.2.2.3試驗數(shù)據(jù)（以C50防凍混凝土為例，水泥為山鋁P.O42.5R水泥） 水泥P.O42.5R砂碎石（5-20mm）水SPP-FD防凍劑494644114416814.283.2.2.4抗壓強度在不同條件（溫度）下發(fā)展情況 成型后在-102溫度下養(yǎng)護7天而做抗壓，其強度為5.2Mpa, 在-102溫度養(yǎng)護7天再標(biāo)養(yǎng)（解凍）12小時其強度為11.4Mpa，在-102溫度下養(yǎng)護7天后再標(biāo)養(yǎng)7天其強度為29.7Mpa, 在-102溫度下養(yǎng)護7天后再標(biāo)養(yǎng)28天其強度為57.9Mpa。成型后標(biāo)養(yǎng)7天其強度為59.1Mpa,標(biāo)養(yǎng)養(yǎng)護28天其強度為62.8Mpa.3.2.2.5數(shù)據(jù)分析 從以上數(shù)據(jù)可以總結(jié)出以下結(jié)論：1）混凝土雖然摻加了防凍劑，但在低溫下其強度不會提升（強度發(fā)展極其緩慢）。2）摻加防凍劑混凝土，在低溫條件下保持極緩慢水化狀態(tài)，一旦環(huán)境溫度提高，其強度會隨著溫度的發(fā)展很快。3）摻加防凍劑的混凝土在經(jīng)歷過低溫條件后，雖然強度會隨溫度上升而提高，但總有一些損失。3.2.2.6啟示 從以上數(shù)據(jù)可以得出以下啟示：冬季施工混凝土摻加防凍劑僅僅可以避免因低溫對混凝土造成的凍害，而不能使混凝土在低溫條件下正常水化，而且經(jīng)歷低溫條件后其強度會有損失。所以冬季施工關(guān)鍵在于保證混凝土的施工及養(yǎng)護溫度。4 混凝土冬季施工質(zhì)量控制要點 一、對混凝土作業(yè)點的環(huán)境溫度進行監(jiān)控； 二、對混凝土拌和站溫度進行監(jiān)控； 三、對水溫進行監(jiān)控； 四、采取措施，確?；炷翜囟冗_到施工要求； 五、對混凝土強度進行檢查；A、試件檢查為：為獲得較為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)應(yīng)現(xiàn)場制取試件、現(xiàn)場養(yǎng)護、為拆模及施工提供依據(jù)）。B、回彈儀檢測：為不破壞混凝土結(jié)構(gòu)，可以利用回彈儀快速對混凝土進行檢測，以便及時掌握混凝土強度采取相應(yīng)措施。5 混凝土冬季溫度控制標(biāo)準(zhǔn)一、混凝土出機溫度不得低于10二、混凝土入模溫度不得低于5三、混凝土脫模后其表面溫度與環(huán)境溫度差不得大于15四、混凝土養(yǎng)護溫度不得低于防凍劑的使用溫度，其中灑水養(yǎng)護混凝土養(yǎng)護溫度不得低于0。6 仍需改進的地方一、雖然水泥不能加熱，但仍可以在散裝水泥罐外用隔熱層包裹，以減少水泥熱量散失。二、盡可能減少混凝土用水量，降低水灰比。盡可能使用水化熱高的水泥及摻加早強劑來提高混凝土的早期強度。三、攪拌站集料采用蒸氣加熱，增加熱利用率。四、隧道內(nèi)生火爐會增大隧道內(nèi)煙塵濃度，如能把火爐產(chǎn)生的煙塵排出隧道則效果更好。五、隧道洞口和洞內(nèi)10米或20米位置各掛一保溫簾設(shè)置成雙層保溫簾，以更有效地阻擋隧道內(nèi)外空氣的熱交換。7 結(jié)束語 從2005年12月到2006年2月整個冬季期間濟萊高速第六合同段共生產(chǎn)混凝土56000m3,隧道襯砌成洞2250m,箱梁預(yù)制29片，墩柱施工12根，有效的保證了施工工期，取得了階段性成果。但混凝土施工措施還需進一步完善，特別是如何提高所采取措施的可行性及效率，降低冬季施工增加的成本，仍需進一步研究。 參考文獻1、公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范JTJ041-20002、混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范GB50119-20033、混凝土防凍劑JC475-2004早強防凍劑，外觀灰褐色粉狀物，是一種以防凍、早強、引氣、減水等組份經(jīng)科學(xué)優(yōu)化而復(fù)合成的外加劑。特點是在一定負(fù)溫范圍內(nèi)，能顯著降低冰點，使混凝土液相不凍結(jié)或僅有部分凍結(jié)，但保證混凝土不遭受凍害，同時能保證水與水泥進行水化反映，并保證改善混凝土多種性能在一定時間內(nèi)獲得預(yù)期強度效果。本品各項指標(biāo)，均達到JC4752004、GBl85882001國家標(biāo)準(zhǔn)要求，實為冬季施工的理想產(chǎn)品。 一、主要特點 1、泌水率比：100 2、含氣量：20 3、氨釋放量：01 4、凝結(jié)時間差：初凝為一150+150 min 終凝一150+150 0min 5、抗壓強度比：R2890 R一720 R一7+2890% 6、對鋼筋無銹蝕作用 二、使用方法 負(fù)溫度條件下?lián)搅?，根?jù)未來最低氣溫參照下表確定： 7A防凍劑：日最低氣溫 -5 -10 摻量 35% 7B防凍劑：日最低氣溫 -5 -10 摻量 24% 7C防凍劑：日最低氣溫 -5 -10 摻量 12% 三、操作要求 l、本粉劑干摻，可與集料共同投入攪拌時間均需延長12分鐘，本劑有減水、塑化作用，在滿足施工塌落度的條件下，應(yīng)嚴(yán)格控制用水量。 2、必須遵守混凝土冬期施工有關(guān)規(guī)定，請按國標(biāo)GBJll988混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范進行施工。新澆砼需在正溫澆筑，必要時可用熱水拌合，確保砼出機溫度不低于5，對新澆混凝土采取蓄熱保溫措施，以保證混凝土盡快達到受凍臨界強度。 建筑與結(jié)