試析水利水電工程冬季混凝土施工技術(shù)應(yīng)用

鄭貴亮

中石化勝利建設(shè)工程有限公司，山東東營(yíng) 257000

冬季氣溫持續(xù)下降，會(huì)對(duì)混凝土的強(qiáng)度產(chǎn)生影響。但是，如果溫度不斷升高，附著在混凝土當(dāng)中的鋼筋與骨料表面的冰晶融化之后，就會(huì)出現(xiàn)一些空隙，這會(huì)對(duì)混凝土的強(qiáng)度以及密度帶來非常大的影響。但是在工程施工過程中，通常都要有體積龐大的混凝土構(gòu)件，但由于其表面的溫度下降速度非常快，而內(nèi)部的溫度仍然非常高，而且在水化作用之下還會(huì)生成大量熱量，內(nèi)部溫度將會(huì)不斷升高。為了盡可能降低因?yàn)榛炷恋膬?nèi)外溫差較大而產(chǎn)生的裂縫，一定要做好消除混凝土內(nèi)外較大溫差的相關(guān)工作。

1 混凝土冬季施工的特點(diǎn)及原理

1.1 混凝土冬季施工的特點(diǎn)

冬季施工的混凝土工程若存在問題一般要在春季才能暴露，這就影響了問題處理的效率，增加了改善難度，輕則需要在春季進(jìn)行修補(bǔ)，重則需要重新來過。所以，混凝土質(zhì)量事故的滯后性與隱蔽性的特點(diǎn)，不僅對(duì)工程造成了損失，并且還會(huì)影響到工程的使用壽命。另外，一些質(zhì)量事故的發(fā)生，都是由于混凝土在冬季的施工準(zhǔn)備工作時(shí)間相對(duì)較短，并且技術(shù)要求較為復(fù)雜，從而倉(cāng)促進(jìn)行施工所造成的。

1.2 混凝土冬季施工原理

冬季混凝土施工期間，在水泥水化作用下拌合物澆筑完成后才會(huì)逐步凝結(jié)、硬化，進(jìn)而達(dá)到相應(yīng)的硬度要求。而水泥的水化作用效率受混凝土材料、配比等方面的影響，并且混凝土周邊溫度也是一個(gè)重要的影響因素。水化作用效率較高，混凝土強(qiáng)度也會(huì)更比同期提升更快。但是，當(dāng)溫度降到0℃的時(shí)候，在混凝土中的部分水分將會(huì)凝結(jié)成冰，此時(shí)滲進(jìn)水泥中的水就會(huì)減少，相應(yīng)的水化作用效果將會(huì)減弱，強(qiáng)度增長(zhǎng)速度也會(huì)減慢。如果溫度持續(xù)降低，如果混凝土中的水分全部凝結(jié)成冰，水化作用基本停滯，混凝土強(qiáng)度不再增加，加之混凝土內(nèi)的水會(huì)凝結(jié)成冰，其體積大概會(huì)增加，并且還會(huì)產(chǎn)生冰脹。但水泥內(nèi)部初期的強(qiáng)度值卻沒辦法承受如此大的應(yīng)力值，所以混凝土?xí)霈F(xiàn)一定程度的損壞[1]。

2 可能存在的問題與配料要求需滿足的要求

2.1 裂縫現(xiàn)象

如果混凝土出現(xiàn)裂縫，會(huì)嚴(yán)重影響到混凝土的耐久性與抗壓能力?；炷廉?dāng)中的水所占比例過大，將會(huì)對(duì)水泥的穩(wěn)定性造成不利影響。鋼混凝土的強(qiáng)度下降，混凝土當(dāng)中失水速度過快，就會(huì)使得混凝土結(jié)構(gòu)變得疏松，從而導(dǎo)致裂縫出現(xiàn)。當(dāng)溫度過低時(shí)，水結(jié)冰體積膨脹也使混凝土引起混凝土裂縫的現(xiàn)象。另外，如果鋼筋被氧化銹蝕之后體積膨脹，也會(huì)使得混凝土發(fā)生裂縫問題。還有就是因?yàn)榛炷恋膬?nèi)外溫度與濕度差的影響，混凝土當(dāng)中的水分會(huì)向中心進(jìn)行移動(dòng)，這也會(huì)導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)了裂縫。

2.2 起灰現(xiàn)象

如果混凝土當(dāng)中的水分較多，就會(huì)引起混凝土出現(xiàn)離析泌水問題，從而導(dǎo)致混凝土的保水性與粘聚性下降。另外，冬季施工的溫度較低，水泥的水化作用也較緩慢，從而使得混凝土當(dāng)中的水分迅速蒸發(fā)流失，引發(fā)混凝土表面起灰的問題。

2.3 需滿足的要求

在配料方面，除了要保證達(dá)到工地技術(shù)人員所提出的混凝土強(qiáng)度等級(jí)要求之外，還應(yīng)當(dāng)保證工地的施工對(duì)混凝土和易性方面的要求，以及和易性所包含的黏聚性、保水性與流動(dòng)性等三方面的性能要求。如果能夠保證混凝土的黏聚性，可以使得混凝土在運(yùn)輸與澆筑的過程中不會(huì)發(fā)生離析現(xiàn)象。當(dāng)混凝土拌合物在入模之后，經(jīng)過震蕩，因?yàn)闈{包不住石子所引發(fā)的漿往下走石子留在表面，只有石子沒有漿的問題，這會(huì)使得混凝土的整體均勻性能下降。如果在施工過程中，有部分水從內(nèi)部析出停留在表面，說明該混凝土拌合物的保水性較差，密實(shí)性不高，進(jìn)而會(huì)對(duì)混凝土的強(qiáng)度與耐久性產(chǎn)生不利影響。而流動(dòng)性則是指混凝土可以均勻并且密實(shí)的填滿模板的性能。流動(dòng)性的大小將會(huì)直接反映出混凝土拌合物的稀稠，混凝土到工地后的流動(dòng)性會(huì)對(duì)工地的振搗施工難易與時(shí)間的長(zhǎng)短產(chǎn)生直接的影響，從而進(jìn)一步影響到混凝土的整體質(zhì)量[2]。

2.4 避免產(chǎn)生裂縫

水利水電工程施工期間，混凝土內(nèi)外溫差要控制在25℃以下，因此，必須合理選擇水泥等材料，有效調(diào)整混凝土配比?；炷猎牧腺|(zhì)量、配比對(duì)其熱力學(xué)性能起到?jīng)Q定性的作用，能夠有效減少混凝土的絕熱與升溫從而提升抗裂能力，以防混凝土出現(xiàn)裂縫。另外，在滿足工程設(shè)計(jì)需求的前提下，要盡量選擇放熱量低的水泥，合理使用外加劑，減少水泥用來降低混凝土絕熱升溫問題，通過相應(yīng)的外加劑、摻和料的投入，減少整體用水量，提升混凝土強(qiáng)度、和易性等重要性能。在此基礎(chǔ)上，要選擇材質(zhì)較好、級(jí)配合理的粗細(xì)骨料，以便充分降低混凝土膨脹系數(shù)。對(duì)混凝土的水灰比進(jìn)行科學(xué)的控制，這能夠有效提高混凝土強(qiáng)度。在水與砂子的配料當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)?shù)臏p少水增加砂的比例。在混凝土當(dāng)中，每立方米的水配比量只有150kg左右，其劑量只允許有1.5kg的偏差，對(duì)砂子的含水率變化進(jìn)行監(jiān)控，及時(shí)對(duì)其進(jìn)行調(diào)整。

3 冬季混凝土施工及養(yǎng)護(hù)的一般措施

3.1 選擇水泥品種的原則

在選用骨料的過程中，首先要注意混凝土應(yīng)選用中熱硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥等，同時(shí)在選擇前要對(duì)水泥的抗壓強(qiáng)度、初凝時(shí)間進(jìn)行有效測(cè)試，確保其初凝時(shí)間超過1.5h，標(biāo)號(hào)在325以上的效果相對(duì)較好，但是實(shí)際施工過程中必須根據(jù)工程建設(shè)要求來進(jìn)行合理選擇；其次，對(duì)骨料這塊來說，選用的粗骨料最大粒徑不能超過鋼筋最小凈距的1/4并保持在40mm以下，可使用堅(jiān)硬的碎石、卵粒石，細(xì)骨料應(yīng)采用級(jí)配較好的中粗砂，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需求控制好混凝土水灰比；最后，要在混凝土中摻入適量的外加劑，以便提升混凝土和易性，在摻入以前要先通過試驗(yàn)確定需要加入的外加劑種類、總量、順序等重要參數(shù)。而且，若施工環(huán)境中存在水對(duì)混凝土侵蝕的問題，應(yīng)根據(jù)要求選擇抗硫酸硅酸鹽水泥，同時(shí)采取有效措施避免堿性骨料膨脹，其水泥堿含量不低于0.6%，熟料堿含量超過0.5%。

3.2 混凝土的攪拌對(duì)策

3.2.1 調(diào)整配比的方式

0℃左右的混凝土施工可以采用調(diào)整配比的方式來進(jìn)行攪拌，具體實(shí)施的做法如下：首先，如果選用的水泥品種合適，能夠有效提升混凝土的抗凍性能。經(jīng)過一系列驗(yàn)證得知，應(yīng)當(dāng)采用適當(dāng)強(qiáng)度的硅酸鹽水泥，此類水泥水化熱大，早期釋放的強(qiáng)度值較高，3d左右即可達(dá)到普通硅酸鹽水泥7d強(qiáng)度，但是在施工過程中要合理控制水灰比，并提升水泥的使用總量，以便提升水化熱效率，才能更好的縮短齡期，提高強(qiáng)度。另外，可以摻入一定量的引如果混凝土的配合比能夠保持不變，新?lián)饺氲囊龤鈩┛梢酝ㄟ^生成水泡而優(yōu)化水泥的泥漿體系，進(jìn)一步有效提升拌合物流動(dòng)性，這將使得其保水性和粘聚性得到改善，緩解由于水結(jié)冰形成的壓力，從而有效改善混凝土的抗凍性能。

3.2.2 蓄熱法

這種辦法主要適用于-10℃，并且結(jié)構(gòu)比較厚大的工程。具體的操作法為，加熱原料，讓其在攪拌、運(yùn)輸與澆灌環(huán)節(jié)之后還能具備一定的熱量，從而加快水泥的水化放熱作用，讓溫度在降至冰點(diǎn)前新澆筑的混凝土還有良好的抗凍性能。該方法的操作工藝十分簡(jiǎn)單，施工投資也不高，但是要在施工過程中注意做好內(nèi)部保溫工作，盡量避免外露面與角部受凍，而且還要適當(dāng)?shù)难娱L(zhǎng)保護(hù)的時(shí)間[3]。

3.2.3 外部加熱法

這種辦法一般應(yīng)用在-10℃以上，而且構(gòu)件不能過大。將混凝土周邊空氣進(jìn)行加熱，可以將這股熱量輸送進(jìn)混凝土中，或者直接加熱混凝土，這樣可以讓混凝土在適宜的溫度條件下進(jìn)行凝固硬化。一種方法為用火爐來加熱，這種辦法一般會(huì)使用在小型的施工場(chǎng)地，辦法簡(jiǎn)便，但室內(nèi)溫度較低，空氣干燥，燃燒又會(huì)釋放大量CO2，這些CO2會(huì)與澆筑完成的混凝土表面發(fā)生反應(yīng)，這會(huì)直接影響工程質(zhì)量。另外，也可采用蒸汽的辦法進(jìn)行加熱，讓混凝土在濕熱條件下進(jìn)行硬化反應(yīng)。這種方法很容易控制操作，也能夠?qū)囟冗M(jìn)行均勻加熱，但由于該方案需要相關(guān)的鍋爐等設(shè)備，價(jià)格較高，另外熱損失也非常大，而且在勞動(dòng)條件方面也不是很理想。還可以用電加熱，用鋼筋充當(dāng)電機(jī)或者將電熱器直接貼到混凝土表面，將電能轉(zhuǎn)化成熱能。該辦法十分簡(jiǎn)單，而且熱損失很低，又容易控制。但該方法的不足之處就在于需要消耗大量的電能。還可以使用紅外線加熱，使用氣體紅外線發(fā)射器，或者是高溫加熱器，都能對(duì)混凝土進(jìn)行加熱。

3.3 運(yùn)輸與澆筑混凝土

混凝土的攪拌廠要盡可能建在施工工地附近，這樣做的原因就在于降低由于材料運(yùn)輸所損失的熱量。在澆筑混凝土之前，一定要將模板和鋼筋，尤其是新舊混凝土連接處的垃圾、冰雪等清理干凈。要是使用商品混凝土，在澆筑前應(yīng)充分掌握其中的抗凍劑性能，采取有效的保暖防凍措施。分層澆筑的過程中，還未被新的混凝土覆蓋的澆筑層溫度一定要高于標(biāo)注要求的規(guī)定溫度。在管道和立縫灌漿之前，還要對(duì)局部混凝土進(jìn)行預(yù)熱，而且要用加熱過的水泥漿混凝土或者砂漿。完成之后，要在正溫下養(yǎng)護(hù)到15MPa以上強(qiáng)度才行。

3.4 混凝土的養(yǎng)護(hù)管理

冬季混凝土養(yǎng)護(hù)過程中，要想從正溫轉(zhuǎn)成負(fù)溫，必須采取措施使混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求的40% 以上，并且C10以下的混凝土，其強(qiáng)度還要在5MPa以上。應(yīng)當(dāng)保證保溫材料的干燥性，不要將保溫材料直接覆蓋到完成澆筑的混凝土層上。可以先覆蓋一層塑料薄，然后再覆蓋麻袋或者草袋等保溫材料。鋪設(shè)保溫材料的厚度一般為，0℃以上鋪一層，0℃以下則2層甚至3層。此外，用電熱毯對(duì)澆筑完成之后的砼進(jìn)行加熱效果會(huì)更好。

3.5 促進(jìn)混凝土強(qiáng)度快速增長(zhǎng)辦法

在冬天的時(shí)候，工程施工當(dāng)中通常會(huì)用高熱或快凝水泥，并且會(huì)適當(dāng)調(diào)整水灰比。另外，摻入適量塑化劑或者速凝劑能夠加快混凝土凝固速度，提升發(fā)熱量，以保證早期的混凝土強(qiáng)度質(zhì)量能達(dá)到要求。應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際的情況選用水化熱大、活性高的水泥，或者適當(dāng)調(diào)整配合比，加大水泥的使用量，并且增加外加劑摻入量。摻入外加劑之后，不需要通過其他加熱辦法就能夠讓混凝土在負(fù)溫條件下具備催化、減水、早強(qiáng)以及抗凍等功效，從而有效降低混凝土的冰點(diǎn)，使其能夠在負(fù)溫的條件下快速硬化，達(dá)到相關(guān)的強(qiáng)度要求。另外，冬季的施工混凝土拌和時(shí)間要比常溫條件下高1.5倍，在進(jìn)行拌和之前要先與熱拌合機(jī)，并且合理限制拌合的溫度。大體積的混凝土一般不能低于12℃，對(duì)于薄壁結(jié)構(gòu)則應(yīng)當(dāng)在17～25℃[4]。另外，還要求不論在哪種情況下，入倉(cāng)澆筑的拌和溫度都不能低于5℃，可以采取一些措施，盡量縮減運(yùn)輸時(shí)間。盡量減少運(yùn)輸次數(shù)，加蓋裝料設(shè)備，還要在側(cè)壁增加保溫功能。在進(jìn)行配料、轉(zhuǎn)運(yùn)、皮帶機(jī)以及卸料的廓道應(yīng)該增加一些保溫措施。

4 結(jié)語(yǔ)

在水利水電工程當(dāng)中，混凝土的冬季施工工程非常復(fù)雜，但這也是一項(xiàng)無法避免的工作?；炷恋墓こ藤|(zhì)量會(huì)直接影響整體的工程質(zhì)量。在進(jìn)行混凝土施工的過程中，一定要嚴(yán)格遵照相關(guān)的設(shè)計(jì)要求，對(duì)相關(guān)的要點(diǎn)質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格把控，從而有效延長(zhǎng)混凝土的使用壽命，保證工程的質(zhì)量達(dá)標(biāo)。這對(duì)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)安全的工程建設(shè)管理目標(biāo)來說非常重要。

[1] 葉小偉.水利水電工程冬季混凝土施工技術(shù)分析[J].中國(guó)科技信息，2014（15）：86.

[2] 韋紹旭.水利水電工程冬季混凝土施工技術(shù)[J].技術(shù)與市場(chǎng)，2012（1）：33.

[3] 袁國(guó)強(qiáng).關(guān)于水利工程冬季施工技術(shù)的探討[J].黑龍江科技信息，2012（29）：273.

[4] 鄭茂盛.寒區(qū)水利水電工程設(shè)計(jì)與施工技術(shù)[J].中國(guó)水利，2010（20）：72.