混凝土冬季施工常见冻害及预防.docx

混凝土冬季施工常见冻害及预防目录?引言1?常见混凝土冬季病害及分析2?混凝土冬季施工系统化管理4?施工前准备4?施工组织设计编制4?施工管理及控制4?交底与培训4?混凝土配合比控制5?原材料质量控制5?钢筋、模板的清洁与保温5?混凝土的拌制控制5?混凝土运输过程中的保温5?混凝土浇筑控制5?混凝土的养护5?投资控制6?冬期施工中混凝土的早期受冻需重视64.1.混凝土冬期施工日的界定64.2.混凝土冻害的分类74.3.混凝土冻害机理的分析与探讨8?结语9引言近几十年来，混凝土在冬季进行施工的情况逐渐增多。公路桥涵施工技术规范(JTGTF502011)、水运工程混凝土施工规范(JTS2022011)及建筑工程冬期施工规程(JGJ104-2011)中皆规定，当室外日平均气温连续5天稳定低于5时，应采取混凝土冬季施工措施。随着建设单位投资成本控制意识的提高，施工进度计划编制得日趋紧张，工期控制得愈加严格。再加上气候和施工工艺本身的特点，混凝土冬季施工造成的工程病害往往具有隐蔽性和滞后性，严重影响着整个工程的质量、进度与成本控制。随着技术的进步和施工经验的增多，混凝土冬季施工技术日趋完善，其系统化、全面化、详细化成为亟待解决的问题，在混凝土冬季施工中控制好工程质量、加快施工进度、节约投资成本、系统完善地完成混凝土冬季施工具有十分重要的意义。常见混凝土冬季病害及分析由于气候、施工环境、施工技术及施工经验等的影响，混凝土冬季施工常见病害有脱皮、裂缝、受冻等，其形成原因不同，对混凝土质量的影响也有较大差别。脱皮表现为混凝土表层呈粉状脱落并形成麻面。因冬季温度低，混凝土强度增长缓慢，若拆模过早，极易造成混凝土表层脱落。此外，混凝土浇筑时振捣不到位、抹面不及时等也可造成混凝土表层脱落。裂缝可分为表面裂缝、深层裂缝及贯穿裂缝：表面裂缝一般危害性较小；深层裂缝部分切断了结构断面，具有一定的危害性；?贯穿裂缝破坏了混凝土整体的结构，危害较严重。引起混凝土裂缝的原因有以下几种：水泥安定性不合格引起混凝土龟裂；混凝土中水及水泥含量较高，混凝土散热和硬化过程中产生的收缩应力大于混凝土极限抗拉强度，使混凝土产生收缩、干缩裂缝；?混凝土内部的水化热与混凝土表面形成较大温差，产生的表面抗拉应力大于混凝土极限抗拉强度，在混凝土表面形成温差裂缝。并非所有的裂缝都会影响混凝土的结构安全，不同的混凝土构件有相应的最大允许裂缝宽度。混凝土受冻（如图1、图2所示）是混凝土中的自由水在低温状态下结冰,水泥的水化作用停止，从而对混凝土强度产生一系列的影响。黑龙江省低温建筑科学研究所的王异将混凝土在负温下的受冻模式划分为四种：混凝土初龄受冻、混凝土幼龄受冻、混凝土成龄受冻、混凝土达到设计强度后受冻。混凝土初龄受冻是指混凝土初凝前或刚一初凝便受冻的情形，这种情况下，混凝土中水泥处于“休眠状态”，可看作为一种物理损害，等温度恢复到正温后，可以通过物理方法弥补，使混凝土强度不受影响。?通过对混凝土重新搅拌，甚至可提高混凝土最终强度，但是此法无法避免工程工期延长的影响。?混凝土幼龄受冻是指混凝土初凝后在水化胶凝期间受冻，水结冰后体积膨胀，冻胀作用使混凝土内部产生空隙，破坏了混凝土的整体性和紧密性，根据混凝土中水分转移情况的不同，可引起混凝土后期强度损失20%40%°混凝土成龄受冻是指水泥进入凝聚结晶阶段后受冻，混凝土强度与耐久性基本没有损失。混凝土达到设计强度后受冻时，已进入水泥水化的结晶期，此时混凝土具有抗冻性。可见，防止混凝土早期受冻是保证混凝土冬季施工质量的关键。图1混凝土早起受冻图2手动混凝土内部通过以上分析看出，得出：图1混凝土早起受冻图2手动混凝土内部通过以上分析图2手动混凝土内部通过以看出，得出：上分析看出，得出：通过以上分析看出，得出：可通过对人员的组织管理、控制混凝土振捣与抹平质量、调整混凝土中的含水量等方式，控制或防止混凝土脱皮的产生；可通过控制混凝土中水泥质量、水灰含量或采用合理的混凝土降温及养护措施等方法，遏制混凝土裂缝的产生或将其控制在不影响混凝土结构安全的允许范围之内；?混凝土受冻不仅存在着隐蔽性和滞后性，而且会对混凝土的整体性、紧密性及耐久性产生较大的影响，在施工技术及工程管理等方面都较难以控制，不仅制约着施工质量，也严重影响了工程进度与成本控制，是混凝土冬季施工控制的重点和难点。?.混凝土冬季施工系统化管理混凝土冬季施工的现象越来越普遍，且对整个工程的工期、质量及成本控制等多方面都会产生深远的影响，不少学者及技术人员对其施工工艺、施工技术、组织管理等某些方面做过研究与探讨，然而以防止混凝土受冻为中心，对混凝土冬季施工进行全面、系统地管理是十分必要的，也是混凝土冬季施工管理未来发展的必然趋势，它包括施工前准备、施工组织设计编制、施工质量管理与控制、投资控制等几个方面。?.1.施工前准备工程技术人员应时刻关注天气和气温变化，及时、准确地判定进入冬季施工期的时间。在进入冬季施工前，应安排好冬季施工所需的人员、机械设备、材料及各种物资。同时应做好施工技术与施工工艺准备，根据项目要求与工地状况提前进行混凝土冬季施工配合比设计工作。?.2.施工组织设计编制施工单位应针对混凝土冬季施工编制专项方案，对施工场地进行布置，排定可行性强的施工工序，合理安排材料物资的存放地点与混凝土拌合地点，选择适宜的混土运输设备及运输路线，根据混凝土构筑物或构件情况，结合施工条件等确定经济实用的混凝土冬季养护方案，并结合编制的混凝土冬季施工专项方案编写施工技术及安全交底资料。施工单位编制的混凝土冬季施工专项方案应报建设单位、监理单位审批后方可实施。?.3.施工管理及控制?.3.1.交底与培训工程施工前，应对施工过程中的关键工序和重要节点进行详细的施工技术交底与施工安全交底工作，并对现场施工人员进行培训。?.3.2.混凝土配合比控制严格按照混凝土冬季配合比设计配置混凝土原材料与添加剂，做好水灰比、集料比例、添加剂种类及比例等的控制工作。?.3.3.原材料质量控制进场的各种原材料应根据规范规定，查验其出厂合格证、产品质量合格证等，重点控制好水泥的种类及质量。混凝土拌制前，应做好原材料的清洗、加热及保温等工作，搅拌用水和骨料加热温度应通过热工计算确定，水泥不得进行加热，应对其进行保温保存。?.3.4.钢筋、模板的清洁与保温混凝土浇筑前应对构件中的钢筋及预使用的模板进行清洁处理，去除钢筋表面的锈蚀、模板表面的雨雪等杂物。?.3.5.混凝土的拌制控制混凝土拌制时，应将加热原材料所用的水计入拌制用水量，先拌制水和骨料，在适当温度时加入水泥，防止水泥产生假凝，严格控制各种添加剂的用量、投放时机与投放方式，适当延长混凝土拌合时间。?.3.6.混凝土运输过程中的保温混凝土拌制好后，应控制好其出机温度，迅速、快捷地将拌制好的混凝土运输至浇筑地点，做好运输设备的保温处理，且在运输过程中对混凝土进行搅拌，以确保混凝土入模温度。?.3.7.混凝土浇筑控制混凝土浇筑应连续，并及时振捣，分层浇筑时，应保证已浇筑层的温度。在混凝土中预留测温孔，并制备标准养护试块和同条件养护试块，以便浇筑完成后对其测温及养护。?.3.8.混凝土的养护混凝土浇筑完成后，应及时覆盖保温。拆模应以现场留置的同条件养护试块的强度作为依据。做好日常混凝土测温工作，防止混凝土内部与表层形成过大温差。实际施工时应结合混凝土施工时气温、混凝土构件及现场条件等情况,灵活采用暖棚法、蓄热法、外部加热法、电热法、蒸汽养护法等对混凝土进行养护。混凝土养护期间，应注意防范火灾，做好通风等工作，保证施工安全。?.4,投资控制混凝土冬季施工的投资控制应从规范与制度的完善做起。建设部、财政部印发的建筑安装工程费用项目组成中，没有明确规定冬季施工费用的计算方式，各省市及各行业对冬季施工费用计算的规定参差不齐，多以冬季或冬雨季施工增加费的方式出现，有些规定以定额直接工程费或人工费为计费基础，按照指定的固定费率计算整个项目的冬季施工增加费或冬雨季施工增加费，有些将冬季施工费用平均摊销至全年、按照规定的取费标准计取冬季施工增加费或冬雨季施工增加费。多数关于混凝土冬季施工费用的计算笼统而概括，使得建设单位难以对投资成本进行计算与控制，施工单位施工亦无固定依据，不利于工程的工期、质量与成本的控制。为完善混凝土冬季施工费用控制管理，首先应制定完善的混凝土冬季施工工艺流程，而后，应针对不同施工阶段、施工工艺及养护方式等逐步制定具体、翔实的费用定额/计算规则；其次，对混凝土冬季施工的施工组织设计、技术交底与安全交底等资料进行完善，为混凝土冬季施工系统、有序地进行提供保障。工程具体实施过程中，应结合投资成本、施工地区与施工条件等选择合适的施工工艺与流程，编制合理的冬季施工方案与施工组织设计，对施工人员进行详细的混凝土冬季施工技术交底与安全交底，在保证工程质量的前提下，加快施工进度，节约投资成本。?.冬期施工中混凝土的早期受冻需重视4.1.混凝土冬期施工日的界定按照国家标准混凝土结构工程施工及验收规范（GB50204）第七章规定，根据当地多年气温资料，室外日平均气温连续5d稳定低于5C时，混凝土工程施工即应进入冬期施工。这时取连续5d气温稳定低于5C的第一天即为冬期施工的初始日。同样，当气温回升时，取连续5d稳定高于5C的末日，即为冬期施工的终止口。因此，混凝土的冬期施工期限可定为：根据历史的气象资料确定，在秋冬季节，当气温连续5d稳定低于5的初始日至翌年的春季气温连续5d稳定高于5C的终止日即为混凝土冬期施工的具体日期。但也应注意，在上述期限以外，有时由于寒流袭来，气温可能暂时突然降到0以下，但寒流过后又出现太阳，气温回升，因而在这个突然降温期也应注意防止混凝土遭到冻害。混凝土工程的冬期施工和常温施工不同，由于自然气温已降低到OC以下,从整个施工过程的各个环节，都要采取相应的保温防冻、防风、防失水等措施。尽量给混凝土创造正温养护环境，使混凝土能不段凝结、硬化、增长强度，以避免和减少混凝土遭受冻害。4.2.混凝土冻害的分类在冬期混凝土工程施工过程中，混凝土受冻按不同阶段可分为以下三种类型。1）一是混凝土受冻。新鲜混凝土受冻指新浇筑的混凝土在终凝前遭到冻结,其主要原因是气温与混凝土温度很低，加之施工措施欠妥。这种受冻一般说来不会使混凝土产生恶化，只要化冻后在终凝前立即振捣密实，加强养护，不要使混凝土重新受冻，混凝土的性能即不会受到损害。这种情况一般在薄壁结构、薄板、道路面层施工中能遇到。2）二是混凝土早期受冻（亦称混凝土早期冻害或早龄期受冻）。混凝土早期受冻是指混凝土浇筑后，在养护硬化期间受冻，它能损害混凝土的一系列性能。这在混凝土冬期施工中经常遇到并且是非常值得注意的问题。这种冻害主要是由于施工方法选择不当、施工人员技术水平不高或不负责任而造成的。它可使混凝土的一系列物理、力学性能降低，从而使其达不到设计强度要求，影响工程应用，降低耐久性，甚至造成返工。评定混凝土早期冻害的主要指标是抗压强度、抗拉强度、混凝土与钢筋的粘结强度。试验方法是采用各种冻结温度使不同龄期硬化中的混凝土经一次或多次冻融后，按照普通混凝土的标准试验方法进行。它综合反映混凝土原料、配合比、养护条件等水平。评定混凝土早期冻害的重要指标之一是早期允许受冻临界强度值。3）三是混凝土的冻害（亦称混凝土的抗冻耐久性）。混凝土的冻害是指已硬化了的混凝土在工程结构使用期间受寒暑自然气温的影响，并长年累月遭受自然气温冻害冻融作用，而导致各项性能逐渐降低。评定混凝土冻害的主要指标是抗压强度或动弹性模量损失值。取标准条件下硬化了28d的混凝土试件，按混凝土抗冻耐久性标准试验方法，经多次冻融后测定抗压强度或动弹性模量损失值，作为评定指标。它反映材料及配合比水平，用于考核结构耐久性和使用年限，是为设计服务的。4.3.混凝土冻害机理的分析与探讨混凝土受冻害有三个重要条件，即湿度、水和混凝土内部结构的孔隙状况,这三个条件缺一不可：1）一是温度是必要的条件。当温度降低到0以下时，促进水相转变而成冰,水结冰后体积膨胀达到9%,从而使混凝土内部结构遭到破坏。2）二是水主要取决于施工使用条件。施工时水灰比大，混凝土含水量增大,导致混凝土遭受冻害严重。3）三是混凝土内部结构的孔隙状态决定于混凝土配合比设计及施工水平。设计和施工不当，会使混凝土内部的孔隙率增大，毛细孔直径较粗，自由水含量增多，导致混凝土的冻害程度严重。混凝土是一种多孔性材料，它在硬化中和硬化后形成大小不同的孔隙及相互连通的毛细孔通道。这些孔隙和毛细通道充满水后，当温度降低时，对混凝土的冻害可归纳为以下几点：1）当温度降低到OC以下时，混凝土内部毛细孔中的自由水开始结冰，体积膨胀；2）结构构件的结冰由表面开始，逐渐向内部发展，表面部位水冻结后，由于结冰而膨胀，将内部未冻结的部分水封闭并沿毛细孔通道压向内部；3）随着冻结的发展，结冰体积越来越大，使内部未冻水压力越来越高，当内部增高到超过混凝土的抗拉强度时，就会把毛细孔胀破，产生微裂纹；4）水在一定压力下，流入发生裂纹的裂缝内，这时毛细孔内部的静水压降低，破坏有所缓和；5）尔后，冻结再继续向深层发展，水压力又继续增大，达到一定程度时，则或裂纹继续扩展，后产生新的裂纹，裂纹不断发展增多，使混凝土内部发生破坏；6）当混凝土内部残留有未充满水的气孔，或者由于施工时掺入了引气剂而在混凝土内部引入大量气孔时，则有压的未冻水的压力作用下，通过渗透或毛细微孔流入气孔内，使静水压力减小，从而减少了混凝土内部的裂纹，改善和提高了混凝土的抗冻害性能。综上所述，本文所述的混凝土冻害机理适用于已硬化了的混凝土，亦适用于硬化中的初龄期混凝土的早期冻害。因为对初龄期的混凝土来说，混凝土内部的孔隙结构已基本形成，但并不十分坚固，所以在冬期施工中，对混凝土的早期受冻要十分重视。?.结语混凝土冬季施工工程病害严重制约了整个工程的质量、进度与成本控制，混凝土受冻是混凝土冬季施工控制的重点和难点。因此，以防止混凝土受冻为中心，从施工前准备、施工组织设计编制、施工质量管理与控制、投资控制等几个方面对混凝土冬季施工进行系统化管理是十分必要的，其对控制工程质量、加快施工进度、节约投资成本具有十分重要的意义，是混凝土冬季施工管理未来发展的必然趋势。