摘 要:分析了高温天气对混凝土浇筑施工造成的负面影响,介绍了消除这些负面影响的施工措施,其中对如何使混凝土降温进行了详细阐述,从而为高温天气下道路、桥梁和建筑等工程提供了技术指导。
关键词:混凝土,养护,摊铺,施工措施
中图分类号: TU755. 6 文献标识码:A
高温天气下混合、浇筑和养护混凝土将会使得混凝土的水泥水合速率与湿度蒸发速率增加,这将会对混凝土特性及使用可靠性产生负面影响。水泥的水合速率与混凝土温度、水泥成分、粒度及所使用的掺合剂有关。
文中分析了高温天气对混凝土浇筑带来的负面影响,并介绍了消除这些负面影响的施工措施,这些措施广泛应用在高温天气下道路、桥梁和建筑等工程施工中。
1 高温天气的定义
高温天气不仅仅是指夏季环境温度较高的情况,而是下述情形的任意组合:1) 高的外界环境温度;2) 高的混凝土温度;3) 低的相对湿度;4) 较大风速;5) 强的阳光照射。
上述天气条件可以发生在热带或干燥性气候地区中一年的任何时间,而在其他地区则通常发生在夏季。在春季和秋季,由于24 h 之内的温差变化相当大,在混凝土浇筑过程中,因温度变化而导致混凝土收缩产生的早期裂痕也相当严重。即使天气温度是相同的,有风、有阳光的天气与无风、潮湿的天气相比,施工中应采取更为严格的预防性的措施。
2 高温天气下对混凝土浇筑的影响
2. 1 对混凝土搅拌的影响
1) 拌合水量的增加;2) 混凝土流动性下降快,因而要求现场施工水量增加;3) 混凝土凝固速率的增加,从而增加了摊铺、压实及成形的困难;4) 收缩裂缝产生可能性加大;5) 控制气泡状空气存在于混凝土中的难度增加。
2. 2 对混凝土固化过程的影响
1) 因为较高的含水量、较高的混凝土温度,将导致混凝土28 d和后续强度的降低,或者是混凝土凝固过程中及初凝过程中混凝土强度的降低;2) 因整体结构冷却或不同断面温度的差异,使得固化收缩裂缝和温度裂缝产生的可能性增加;3) 裂缝将导致混凝土耐用性能降低;4) 由于水合速率或水中粘性材料比率的不同,会导致混凝土表面摩擦度的变化,如颜色差异等;5) 腐蚀溶液进入会增加钢筋被腐蚀的可能性。6) 高含水量、不充分的养护、碳酸化、轻集料或不适当的集料混合比例,可导致混凝土渗透性增加。
2. 3 其他影响
1) 水泥使用将会增加水合速率; 2) 高抗压强度混凝土的使用,需要较高含量的水泥;3) 需要较大刚度的薄混凝土断面的设计,以上将使混凝土的养护与固化变得复杂;4) 从经济上考虑需要在极限高温的条件下继续工作;5) 收缩补偿水泥的使用。
3 高温天气下混凝土浇筑施工措施
3. 1 应选择有良好使用记录的原材料和配合比例
高温天气会对作为混凝土的特性产生负面影响,但是通过原材料的选择和对原材料特性与配合比例的控制可以减少这种有害影响。
3. 2 混凝土的降温
3. 2. 1 冷却混凝土拌合水,降低混凝土温度
通过降低拌合水的温度可以使混凝土冷却至理想温度,采用该种方法,混凝土温度的最大降幅可以达到6 ℃。但是在施工过程中应注意冷却水的加入量不能超过混凝土拌合水的需求量,需求量的多少与混凝土集料的湿度和配合比例有关。对于拌合水的冷却可以采用热泵的技术,热泵可以加热或冷却混凝土。除了施工过程中的运行费用外,该方法需要增加机械冷却设备的投资费用和冷却水储存池的建设费用。冷却水储存池的容积应能满足混凝土生产量的需要。
另一种方法可以采用液氮冷却混凝土的拌合水:通过向绝热的储水池中注入液氮可以迅速使混凝土拌合水冷却,冷却后的拌合水然后被注入拌合池中。或者在拌合水进入混凝土搅拌器前的水流中注入液氮,使拌合水变成冰水混合物,此方法能使混凝土降温高达11 ℃,冰与水的比率一定要合适,以保证混凝土的温度降至理想程度。该方面需配置的构筑物与设备,绝热的拌合水储存池、液氮的储存容器、批量控制器和一些其他辅助装置。运行费用主要为消耗液氮的原材料费和运输液氮容器的租赁费。
3. 2. 2 用冰替代部分拌合水
用冰代替部分拌合水可以降低混凝土温度,其降低温度的幅度受到用冰替代拌合水数量的限制,对于大多数混凝土,可降低的最大温度为11 ℃。为了保证正确的配合比例,应对加入混凝土中冰的重量进行称重。如果采用冰块进行冷却,需要使用粉碎机将块冰粉碎,然后加入至混凝土搅拌器中。使用块冰最大的一个障碍是供应量不足。该种降温方法的费用包括:块冰的运输费用、冷库建设费、破碎及处理设备费以及其他劳务费、块冰的称重与供应等。
另外一种替代方法是在混凝土生产厂的附近建一个制冰厂,当冰被生产出来后,称量、破碎,然后送入混凝土搅拌器内。制冰厂也可以生产片冰,但是片冰加工系统的投资费用较大。
3. 2. 3 用液态氮冷却搅拌后的混凝土
液态氮直接注入刚刚拌和好的混凝土中,这也是一种降低混凝土温度的有效方法。当管嘴附近的混凝土冰冻时,混凝土达到了其最低的极限温度,如果混凝土温降在8 ℃以内,该方法是可行的。该方法被成功应用于许多大体积混凝土的施工中,并且尽管注入了大量的液态氮,但混凝土的性能不受到任何负面的影响,但该方法的运行费用相对较高。
用液氮直接冷却混凝土需配置如下设备:液氮储存箱、带有中心混合器的注入设备,或者是带有一个或多个注入点的移动混合器。上述设备可以在开始工作前的最后几分钟在施工现场安装,这可以减少混凝土搅拌站和施工现场间混凝土运输而导致的温度升高。
在冷却的过程中需要定时补充消耗的氮气,所需液氮的量是随配合比例、配合成分以及温度降低不同情况而变化的。一般混凝土温度降低0. 5 ℃,则需要48 m3 的液氮。
3. 2. 4 粗集料的冷却
粗集料冷却的有效方法是用冷水喷洒或用大量的水冲洗。由于粗集料在混凝土搅拌过程中占有较大的比例,降低粗集料大约1 ℃±0. 5 ℃的温度,则最后混凝土的温度可以降低0. 5 ℃。采用此冷却方法时,要求施工现场有大量的冷却水和必要的水冷装置。由于粗集料可以被集中在筒仓内或箱柜容器内,因此粗集料的冷却可以在很短时间内完成,在冷却过程中要控制水量的均匀性,以避免不同批次之间形成的温度差异。
集料的冷却也可以通过向潮湿的集料内吹空气来实现。粗集料内空气流动可以加大其蒸发量,从而使粗集料降温在1 湿球温度范围内。该方法的实施效果与环境温度、相对湿度和空气流动的速度有关。如果用冷却后的空气代替环境温度下的空气,可以使粗集料降低7 ℃,但是需要增加相当高的安装费用。
此外,还可采取的措施有:选用可快速摊铺和有效压实的混凝土;减少混凝土的运输、摊铺、压实与凝固时间;有效地安排工作,避免混凝土长时间暴露;当天气条件有利时,在白天或夜晚合理地安排混凝土的摊铺工作;在摊铺和养护期间,应避免混凝土温度的损失;在实施前组织讨论会,研究高温天气下混凝土凝固的一些必要条件。
参考文献:
[1]崔春霞,李守国. 大体积混凝土施工技术[J ] . 山西建筑,2005 ,31 (24) :1502151.
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