烟台地区混凝土冬季施工常见质量问题及防治方法

1997年10月Oct. 　　　　　　　　烟台大学学报(自然科学与工程版) 　　　　　　　　1997第10卷第4期　　　　　Journal of Y antai University (Natural Science and Engineering ) 　　　　　Vol. 10No. 4

烟台地区砼冬季施工常见

质量问题及防治方法

林子臣　张绍河

(烟台大学土木工程系, 烟台264005) 秦世伟　(佳木斯医学院基建处, 佳木斯154002)

摘要　针对烟台地区的气候特点, 结合工程实际分析了砼冬季施工中易于出现

的质量问题, 受冻砼的特征及危害, 并结合新浇砼的受冻机理及有关规范, 讨论

了实用防治措施, 对工程事故处理及预防有较大的参考价值.

关键词　砼施工　受冻机理　防治措施

中图分类号　TU37

烟台是沿海城市, 相对于我国东北及北方其他地区, 冬季气温相对较高, 最冷月平均气温-2. 5℃, 人们在感觉上并不是很冷. 因此, 常使一些施工单位、建设单位麻痹大意, 导致新浇砼低温受冻而引起冻害. 在我们所处理的砼工程质量事故中, 除部分是由于配比不当、含有较多的风化石外, 大部分是由于砼遭受冻害而引起的, 而且有相当数量采用的是矿渣硅酸盐水泥.

受冻砼外观特征呈灰白色, 看似白灰砂浆. 若受冻时间长, 构件内外砼强度相差不大, 很低, 严重时甚至可用木棒划进或用砖头砸掉, 采用钢模板时, 砼表面常可见冰晶花. 结构砼若受冻, 对工程的耐久性、安全性有严重影响. 本研究分析了新浇砼受冻破坏机理, 并结合有关规范讨论了防治措施, 以期对工程应用有一定的参考价值.

1　砼低温受冻机理及特点

1. 1　水化反应及反应速度

研究表明, 砼强度的高低和增长速度取决于水泥水化反应的程度和速度, 而且只有在一定的温度和存在液相水的条件下才能发生水化反应. 温度决定着水化反应的速度, 温度愈高, 水化反应愈快, 砼的强度增长也就愈快. 反之, 当温度较低时, 水化反应变缓, 砼强度的增长也随之变缓. 普通水在冰点以下将结冰, 砼中由于拌合水中存在着电解质, 温度在冰点以下仍存在液相水, 因此水化反应仍未停止, 但反应速度却大为降低. 一般当温度降至-2～-4℃时, 砼内水分开始结冰, 而当温度降为-10℃时, 几乎不存在液相水, 可认为反应已经停止. 水转化为冰后, 砼即遭受冻害.

　　收稿日期:1997-04-17

・298・烟台大学学报(自然科学与工程版) 　　　　　　　　第10卷

1. 2　砼浇后立即受冻对强度的影响

新浇砼若早期受冻, 转入正温养护后, 强

度仍有增长但和未受冻砼比要有所降低. 强

度f 损失值随受冻情况不同而不同. 图1为

三个不同强度等级的砼浇后立即受冻24h 之

后再标准养护28d 强度损失曲线. 从图1中

可见, 砼受冻温度愈高, 强度损失愈大, 最高

可达50%, 这一特点往往被人们所忽视. 图1　砼受冻强度损失曲线1. 3　砼受冻破坏机理

新浇砼若立即受冻, 内部水分迁移是造成砼结构破坏的主要原因. 当砼立即受冻时, 由于拌制时砼内部温度要高于外部环境温度, 温度的降低先从砼表面开始, 骨料的热传导性大于水泥浆体的热传导性, 因此骨料比水泥浆体先冷却, 从而造成了砼中骨料与浆体、内部与外部之间产生温度差, 促使大量的液相水向骨料表面迁移, 骨料周围从而形成了冰聚薄膜. 转入正温后, 冰聚薄膜消失但却在骨料周围留下了空隙, 影响了砼的密实性和骨料与水泥凝胶体之间的粘结力. 当受到外力作用时, 一方面由于砼内部实际承压面积减少, 另一方面砼内部裂缝过早扩展贯通如图2, 造成砼静力抗压强度和动力疲劳强度均降低. 至于砼冻结温度愈高, 强度损失愈大的原因是由于砼中水分的迁移速度较慢, 当冻结温度较高即缓慢受冻时, 砼中的水分有充足的时间进行迁移, 导致冰聚体增多, 骨料周围所遗留的空隙也就愈多愈大, 砼的强度损失当然也就愈大. 如果冻结温度低时, 冻结过程快, 砼中水分还来不及大量迁移时即已冻结成冰, 所形成的冰聚体在砼中分布均匀, 骨料周围的冰聚体较少且薄, 因此强度损失较小

.

a. 砼内冰聚裂缝分布示意b. 在外力作用下冰聚裂缝贯通示意

图2　砼中裂缝开展情况

　　如果砼经一段时间的正温养护后再冻结, 则预养温度愈高, 强度损失愈小. 这是由于砼经一定的正温养护后, 再受冻则以冰晶压力的破坏作用为主. 预养强度较低时, 水化反应所形成的砼结构尚不足以抵抗水受冻膨胀后所产生的冰晶压力, 砼内部结构在三向拉应力场的作用下将出现裂缝, 导致砼强度降低.

2　砼临界强度及防止早期受冻措施

砼遭受冻结后强度损失的大小与受冻时间早晚、冻结前砼强度、水灰比、水泥品种及砼强度等级有关. 砼遭受冻结前强度愈低、水灰比愈大、冻结时间愈早, 强度损失愈多. 反之则损失愈小. 为了保证砼在受冻前具备抵抗冰胀应力的能力, 使受冻后强度损失不超过5%设计值时所必须的最低强度, 称临界强度.

临界强度的概念在理论上比较明确, 但应用上不方便. 因此, 施工中可采用如下一些措施.

①控制水灰比, 冬季施工砼的水灰比不应大于0. 6. 这样可降低冰晶压力, 减少冰聚体的数量和冰聚薄膜的厚度.

②采用高活性水泥, 优选硅酸盐、普通硅酸盐水泥, 标号以高一些为好, 一般应选用425号或525号水泥, 用量不少于300kg/m 3. 这样可提供较高的水化热, 加速砼强度增长.

③尽可能使砼受冻前达到较高的强度以抵抗冰晶压力. 对普通硅酸盐、硅酸盐水泥, 砼受冻前强度不得低于设计值的30%, 规范[1]规定若采用矿渣硅酸盐水泥需采用蒸汽养护, 受冻前砼强度不得低于设计值的40%, 对≤C 10的砼尚需≥5MPa. 根据烟台地区常见砼质量事故调查, 采用矿渣硅酸盐水泥的造成砼严重冻害的最多. 其原因一是矿渣硅酸盐水泥早期强度上升慢, 另一方面大多数施工单位不掌握其正确的施工方法, 对现浇结构又难于采用蒸汽养护或根本不进行养护. 因此, 除预制构件厂外, 建议不用矿渣硅酸盐水泥, 也不用粉煤灰水泥.

④加热原材料, 提高砼的入模温度以加速水化反应. 因水的热容量大, 应优先加热水, 其次是加热骨料. 加热原材料时需控制最高温度以防止水泥出现假凝, 具体计算方法可见规范[1].

⑤掺外加剂. 如抗冻剂, 可使砼中的水分在远低于冰点的负温下保持液相, 从而继续水化. 掺早强剂可加速砼水分反应速度, 使砼受冻前达临界强度. 也可加入减水剂. 事实上水化反应所需水灰比仅约0. 27, 常用水灰比大于这一比值主要是便于浇捣砼. 加入减水剂后, 在保证砼具有相同的坍落度条件下减少水的用量, 从而降低了冰晶应力、提高了砼的密实度.

⑥砼搅拌时间比非冬季施工应延长50%, 以保证各种原料温度均匀. 拌后砼在运输中应有保温措施, 尽可能减少运距和周转次数, 避免热量损失过多.

参　考　文　献

1　中华人民共和国国家标准. G B50204-92. 砼结构工程施工及验收规范. 北京:辽宁科学技术出版社, 1992

2　Shah S P , Sankar R. Internal cracking and strain Οsoftening response of concrete under uniaxial com pression. ACI Materials Journal1987, (5,6)

3　卢璋, 吴佩刚, 顾德珍. 混凝土外加剂概论. 北京:清华大学出版社,1985

(下转第304页)

5　运行效果

本工程改造于1997年5月结束, 并投入运行. 自运行以来, 各项参数基本达到设计要求, 室内无结露现象, 也没有潮湿, 闷热及不良气味之感, 室内环境较以前有明显的改善.

参　考　文　献

1　陈耀宗, 姜文源, 胡鹤钧等. 建筑给排水设计手册. 北京:中国建筑工业出版社, 1992

2　陈沛霖, 岳孝芳. 空调与制冷技术手册. 上海:同济大学出版社, 1990

Design of the T ransformation of the V entilation

of Swimming G ymnasium

Fu Haiming

(Architectural Design and Research Institute of Y antai University , Y antai 264005)

Abstract 　A analysis is made in this paper about the water condensation problem in the swim 2ming gymnasium. The design and transformation have been complied to solve water condensa 2tion problem in Yantai swimming gymnasium ,a good effect has been made.

Key words 　water condense , ventilate , heat conduct , opposite humidity

(责任编辑　柳瑞雪)

(上接第299页)

The Q uality Problems and Antifreezing Measures

of Winter Concreting in Yantai Area

Lin Zichen 　Zhang Shaohe

(Department of Civil Engineering , Y antai Unviersity , Y antai 264005)

Qin Shiwei

(Department of Capital Construction , Jiamusi Medical College , Jiamusi 154002)

Abstract 　In connection with characterestic of Yantai area , the quality problems of winter con 2creting construction and the special features of frozen concrete are discussed. When the concrete is frozen , the harms to building also are expounded. Based on the depth analysis and reference national specifications , the antifreezing measures of winter concreting construction and the fresh concrete resists freezing in low tempereture are studied. The results may be referenced in structure engineering practice.

Key words 　winter concreting construction , prevention and care measure , freezing principle

(责任编辑　柳瑞雪)