225 冬季混凝土施工.docx
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225冬季混凝土施工
22-5混凝土工程
22-5-1基本要求
1．混凝土工程的冬期施工，要从施工期间的气温情况、工程特点和施工条件出发，在保证质量、加快进度、节约能源、降低成本的前提下，选择适宜的冬期施工措施。
2．新浇筑的混凝土如果遭冻，拌合水冻结成冰，水结成冰后的体积增加约9%，同时水泥的水化作用也停止进行。
在恢复正温养护以后，会使水泥浆体中的孔隙率比正常凝结的混凝土显著增加，从而使混凝土的各项物理力学性能全面下降。
如抗压强度约损失50％，抗渗等级降低为零，混凝土与钢筋的粘结力也有大幅度的降低。
因此遭受过冻害的混凝土不仅力学强度降低，而且耐久性能严重劣化。
如在施工时增加混凝土中的水泥用量提高混凝土的强度等级，虽然抗压强度可以相应增加，但耐久性仍得不到改善。
因此从保证混凝土工程全面质量出发，在冬期施工中必须防止混凝土在硬化初期遭受冻害，并尽早获得强度。
3．混凝土的温度降至0℃前，其抗压强度不得低于抗冻临界强度。
抗冻临界强度规定如下：
硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥配制的混凝土，为设计的混凝土强度标准值的30%；
矿渣硅酸盐水泥配制的混凝土，为设计的混凝土强度标准值的40％，但C10及C10以下的混凝土，不得低于5.0N/mm2。
如施工需要提高混凝土强度等级时，应按提高后的强度等级确定。
4．冬期施工的混凝土，为了缩短养护时间，一般应选用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，用蒸汽直接养护混凝土时，应选用矿渣硅酸盐水泥。
水泥的强度等级不宜低于42.5，每立方米混凝土中的水泥用量不宜少于300kg，水灰比不应大于0.60并加入早强剂。
5．为了减少冻害，应将配合比中的用水量降低至最低限度。
办法是：
控制坍落度，加入减水剂，优先选用高效减水剂。
6．为了防止钢筋锈蚀，在钢筋混凝土中，氯盐掺量不得超过水泥重量的1%（按无水状态计算）。
掺氯盐的混凝土必须振捣密实，且不宜采用蒸汽养护。
在下列情况下，不得在钢筋混凝土中掺用氯盐：
（1）在高湿度空气环境中使用的结构（排出大量蒸汽的车间、澡堂、洗衣房和经常处于空气相对湿度大于80％的房间以及有顶盖的钢筋混凝土蓄水池等）；
（2）处于水位升降部位的结构；
（3）露天结构或经常受水淋的结构；
（4）有镀锌钢材或铝铁相接触部位的结构，以及有外露钢筋预埋件而无防护措施的结构；
（5）与含有酸、碱或硫酸盐等侵蚀性介质相接触的结构；
（6）使用过程中经常处于环境温度为60℃以上的结构；
（7）使用冷拉钢筋或冷拔低碳钢丝的结构；
（8）薄壁结构、中或重级工作制吊车梁、屋架、落锤或锻锤基础等结构；
（9）电解车间和直接靠近直流电源的结构；
（10）直接靠近高压电源（发电站、变电所）的结构；
（11）预应力混凝土结构。
素混凝土中氯盐掺量不得大于水泥重量的3%。
7．掺有尿素的混凝土，在自然干燥过程中，会在表面析出白色结晶物，影响美观。
因此尿素掺量不得超过水泥重的4%。
掺有尿素的混凝土在封闭环境中会散发出刺鼻臭味，影响人体健康，因此不能用于整体现浇的剪力墙结构或楼盖结构。
8．整体浇筑的结构，采用蒸汽加热养护时，混凝土的升温和降温速度，不得超过表22-27的规定。
混凝土的升温降温速度表22-27
表面系数
升温速度（℃/h）
降温速度（℃/h）
≥6
15
10
＜6
10
5
注：
1.表面系数系指结构冷却的表面积（m2）与结构全部体积（m3）的比值；
2.厚大体积的混凝土，应根据实际情况确定。
9．用蒸汽直接加热养护混凝土时，当采用普通硅酸盐水泥时，混凝土的温度不超过80℃，当采用矿渣硅酸盐水泥时，可提高到85℃。
电热养护混凝土的温度，应符合表22-28的规定。
电热养护混凝土的最高允许温度（℃）表22-28
水泥强度等级
表面系数
＜10
10～15
＞15
32.5
70
50
45
42.5
40
40
35
10．模板和保温层，应在混凝土冷却到5℃后方可拆除。
当混凝土与外界温差大于20℃时，拆模后的混凝土表面，应临时覆盖，使其缓慢冷却。
11．未完全冷却的混凝土有较高的脆性，所以结构在冷却前不得遭受冲击荷载或动力荷载的作用。
12．冬期施工期间，施工单位应与气象部门保持密切联系，随时掌握天气预报和寒潮、大风警报，以便及时采取防护措施。
22-5-2混凝土的拌制
1.混凝土原材料加热应优先采用加热水的方法，当加热水仍不能满足要求时，再对骨料进行加热。
水、骨料加热的温度一般不得超过表22-29的规定。
若达到规定温度后仍不能满足要求时，水的加热温度可提高到100℃，但水泥不得与80℃以上热水直接接触。
投料时应先投入骨料和水，最后才投入水泥。
拌合水及骨料最高温度表22-29
水泥种类
拌合水（℃）
骨料（℃）
强度等级小于52.5的普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥
80
60
强度等级等于及大于52.5的硅酸盐水泥，普通硅酸盐水泥
60
40
2.水和骨料可根据工地具体情况选择加热方法，但骨料不得在钢板上灼炒。
水泥应储存在暖棚内，不得直接加热。
3.骨料必须清洁，不得含有冰雪和冻块，以及易冻裂的物质。
在掺有含钾、钠离子的外加剂时，不得使用活性骨料或混有活性材料的骨料。
4.拌制掺外加剂的混凝土时，如外加剂为粉剂，可按要求掺量直接撒在水泥上面和水泥同时投入。
如外加剂为液体，使用时应先配制成规定浓度溶液，然后根据使用要求，用规定浓度溶液再配制成施工溶液。
各溶液要分别置于有明显标志的容器内，不得混淆。
每班使用的外加剂溶液应一次配成。
5.严格控制混凝土水灰比，由骨料带入的水分及外加剂溶液中的水分均应从拌合水中扣除。
6.拌制掺有外加剂的混凝土时，搅拌时间应取常温搅拌时间的1.5倍。
7.混凝土拌合物的出机温度不宜低于10℃，入模温度不得低于5℃。
8.混凝土拌合物的理论温度，可按下式计算：
T0＝[0.9（mceTce＋msaTsa＋mgTg）＋4.2Tw（mw－wsamsa－wgmg）
＋c1（wsamsaTsa＋wgmgTg）－c2（wmmsa＋wgmg）」
÷[4.2mw＋0.9（mce＋msa＋mg）]（22-10）
式中T0——混凝土拌合物温度（℃）；
mw、mce、msa、mg——水、水泥、砂、石的用量（kg）；
Tw、Tce、Tsa、Tg——水、水泥、砂、石的温度（℃）；
wsa、wg——砂、石的含水率（％）；
c1、c2——水的比热容[kJ/（kg·K）]及冰的溶解热（kJ/kg）。
当骨料温度＞0℃时，c1＝4.2，c2＝0；
≤0℃时，c1＝2.1，c2＝335。
9.混凝土拌合物的出机温度，可按下式计算：
T1＝T0－0.16（T0－Ti）（22-11）
式中T1——混凝土拌合物出机温度（℃）；
Ti——搅拌机棚内温度（℃）。
22-5-3混凝土的运输和浇筑
1．冬期施工运输混凝土拌合物，应使热量损失尽量减少，可采取下列措施：
（1）正确选择放置搅拌机的地点，尽量缩短运距，选择最佳的运输路线；
（2）正确选择运输容器的形式、大小和保温材料；
（3）尽量减少装卸次数并合理组织装入、运输和卸出混凝土的工作。
2.混凝土在浇筑前，应清除模板和钢筋上的冰雪和污垢，装运拌合物的容器应有保温措施。
3.混凝土拌合物经运输到浇筑时的温度，可按下式计算：
T2＝T1－（αtt＋0.032n）（T1－Ta）（22-12）
式中T2——混凝土拌合物经运输到浇筑时温度（℃）；
tt——混凝土拌合物自运输到浇筑时的时间（h）;
n——混凝土拌合物转运次数；
Ta——混凝土拌合物运输时环境温度（℃）；
α——温度损失系数（h-1）：
当用混凝土搅拌车输送时，α＝0.25；
当用开敞式大型自卸汽车时，α=0.20；
当用开敞式小型自卸汽车时，α=0.30；
当用封闭式自卸汽车时，α=0.1；
当用手推车时，α＝0.500
4.考虑模板和钢筋的吸热影响，混凝土浇筑成型完成时的温度，可按下式计算：
（22-13）
式中T3——考虑模板和钢筋吸热影响，混凝土成型完成时的温度（℃）；
Cc、Cf、Cs——混凝土、模板、钢筋的比热容［kJ/（kg·K）］：
混凝土取1kJ/（kg·K）；
钢材取0.48kJ/（kg·K）；
mc——每立方米混凝土重量（kg）；
mf、ms——与每立方米混凝土相接触的模板、钢筋重量（kg）；
Tf、Ts——模板、钢筋的温度，未预热者可采用当时的环境气温（℃）。
【例】设每立方米混凝土中的材料用量为：
水150kg，水泥300kg，砂600kg，石1350kg。
材料温度为：
水70℃，水泥5℃，砂40℃，石-3℃。
砂含水率5%，石含水率2%。
搅拌棚内温度为5℃。
混凝土拌合物用人力手推车运输，倒运共2次，运输和成型共历时0.5h，当时气温-5℃。
与每立方米混凝土相接触的钢模板和钢筋共重450kg，并未预热。
试计算混凝土浇筑完毕后的温度。
【解】混凝土拌合物的理论温度：
T0＝[0.9（300×5＋600×40－1350×5）＋4.2×70
×（150－0.05×600－0.02×1350）＋4.2×0.05
×600×40－2.1×0.02×1350×3－330×0.02×1350]
÷[4.2×150＋0.9（300＋600＋1350）]
＝15.1℃
混凝土从搅拌机中倾出时的温度：
T1＝15.1－0.16（15.1－5）＝13.5℃
混凝土经运输成型后的温度：
T2＝13.5－（0.5×0.5＋0.032×2）（13.5＋5）＝7.7℃
混凝土因钢模板和钢筋吸热后的温度：
T3＝（2400×1×7.7－450×0.48×5）÷（2400×1＋450×0.48）
＝6.6℃
混凝土浇筑完毕后的温度为6.6℃。
5.冬期不得在强冻胀性地基土上浇筑混凝土，在弱冻胀性地基土上浇筑时，基土应进行保温，以免遭冻。
6.用人工加热养护的整体式结构，其浇筑程序及施工缝的设置，应能防止产生较大的温度应力，如混凝土的加热温度超过40℃时，可采取以下措施：
（1）支承在已浇筑完毕的厚大结构上的梁，应用钢板制成的垫板将梁与厚大结构隔开，使梁在加热和冷却时可以自由伸缩；
（2）如梁不能按
（1）所述方法进行浇筑，而在设计中又未考虑到附加温度应力时，则梁的混凝土浇筑与加热应分段进行，段之间的间隔长度不应小于1/8梁的跨度，也不得小于0.7m。
间断处应在已浇筑的混凝土冷却至15℃以下时，才可用混凝土填实并加热养护；
（3）与支座不做刚性连接的连接梁，应在长度不超过20m的段落上同时加热；
（4）多跨刚架的连续横梁，如刚架支柱的高度与横梁截面高度之比小于15时，应按
（2）所规定的方法浇筑和加热混凝土。
当刚架的跨度≤8m时，应每隔两个跨度留出间断处；当刚架的跨度＞8m时，应每隔一个跨度留出间断处；
（5）与小跨度的大型横梁相连的高柱，应按同一高度进行混凝土的浇筑和加热；否则在柱子之间的横梁上留出间断处；
（6）互相平行又彼此间以刚性连接的梁（在同一柱上又与柱刚性连接的两根吊车梁），应同时进行加热；
（7）浇筑和加热肋形楼板时，应按
（2）和（4）规定进行，在纵向和横向两个方向留在间断处，梁与板应同时进行浇筑和加热养护。
7.浇筑基础大体积混凝土时，施工前要对地基进行保温以防止冻胀。
新拌混凝土的入模温度以7～12℃为宜。
混凝土内部温度与表面温度之差不得超过20℃。
必要时应做保温覆盖。
8.浇筑装配式结构接头的混凝土（或砂浆），应先将结合处的表面加热到正温。
浇筑后的接头混凝土（或砂浆）在温度不超过45℃的条件下，应养护至设计要求强度，当设计无要求时，其强度不得低于设计的混凝土强度标准值的75％。
9.预应力混凝土构件在进行孔道和立缝的灌浆前，浇灌部位的混凝土须经预热，并宜采用热的水泥浆、砂浆或混凝土，浇灌后在正温下养护到强度不低于15N/mm2。
22-5-4混凝土强度估算
1.在冬期施工中，需要及时了解混凝土强度的发展情况。
例如当采用蓄热养护工艺时，混凝土冷却至0℃前是否已达到抗冻临界强度；当采用人工加热养护时，在停止加热前混凝土是否已达到预定的强度；当采用综合养护时，混凝土的预养时间是否足够等。
在施工现场留置同条件养护试件做抗压强度试验，固然可以解决一部分问题，但所做试件很难与结构物保持相同的温度，因此代表性较差。
又由于模板未拆，也不能使用任何非破损方法进行测试。
因此，运用计算的方法对混凝土强度进行估计或预测是很有实用价值的。
2．用普通硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥拌制的混凝土，在各种养护温度下的强度增长率分别如图22-22和图22-23。
图22-22用普通硅酸盐水泥拌制的混凝土
图22-23用矿渣硅酸盐水泥拌制的混凝土
3.用普通硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥拌制并掺有早强减水剂的混凝土，在各种养护温度下的强度增长率分别如图22-24和图22-25。
图22-24用普通水泥拌制并掺有早强减水剂的混凝土
图22-25用矿渣水泥拌制并掺有早强减水剂的混凝土
4.采用负温混凝土工艺，用普通硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥拌制，并掺有适量防冻剂的混凝土，在负温条件下的强度增长率分别如图22-26和图22-27。
图22-26用普通硅酸盐水泥拌制并掺有防冻剂的混凝土
图22-27用矿渣硅酸盐水泥拌制并掺有防冻剂的混凝土
5.当混凝土的养护温度为一变量时，混凝土的强度可用成熟度的方法来估算。
其原理是：
相同配合比的混凝土，在不同的温度、时间下养护，只在成熟度相等，其强度大致相同。
计算方法如下：
（1）适用范围
本法适用于不掺外加剂在50℃以下正温养护和掺外加剂在30℃以下正温养护的混凝土，亦可用于掺防冻剂的负温混凝土。
本法适用于估算混凝土强度标准值60％以内的强度值。
（2）前提条件
使用本法估算混凝土强度，需要用实际工程使用的混凝土原材料和配合比，制作不少于5组混凝土立方体标准试件，在标准条件下养护，得出1、2、3、7、28d的强度值。
使用本法同时需取得现场养护混凝土的温度实测资料（温度、时间）。
（3）用计算法估算混凝土强度的步骤
1）用标准养护试件1～7d龄期强度数据，经回归分析拟合成下列形式曲线方程：
（22-14）
式中f——混凝土立方体抗压强度（N/mm2）；
D——混凝土养护龄期（d）；
a、b——参数。
2）根据现场的实测混凝土养护温度资料，用式（22-15）计算混凝土已达到的等效龄期（相当于20℃标准养护的时间）。
t＝ΣαT·tT（22-15）
式中t——等效龄期（h）；
αT——温度为T℃的等效系数，按表22-30采用；
tT——温度为T℃的持续时间（h）。
3）以等效龄期t代替D代入公式（22-14）可算出强度。
（4）用图解法估算混凝土强度的步骤
等效系数αT表22-30
温度T
（℃）
等效系数
αT
温度T
（℃）
等效系数
αT
温度T
（℃）
等效系数
αT
50
3.16
28
1.45
6
0.43
49
3.07
27
1.39
5
0.40
48
2.97
26
1.33
4
0.37
47
2.88
25
1.27
3
0.35
46
2.80
24
1.22
2
0.32
45
2.71
23
1.16
1
0.30
44
2.62
22
1.11
0
0.27
43
2.54
21
1.05
-1
0.25
42
2.46
20
1.00
-2
0.23
41
2.38
19
0.95
-3
0.21
40
2.30
18
0.91
-4
0.20
39
2.22
17
0.86
-5
0.18
38
2.14
16
0.81
-6
0.16
37
2.07
15
0.77
-7
0.15
36
1.99
14
0.73
-8
0.14
35
1.92
13
0.68
-9
0.13
34
1.85
12
0.64
-10
0.12
33
1.78
11
0.61
-11
0.11
32
1.71
10
0.57
-12
0.11
31
1.65
9
0.53
-13
0.10
30
1.58
8
0.50
-14
0.10
29
1.52
7
0.46
-15
0.09
1）根据标准养护试件各龄期强度数据，在坐标纸上画出龄期-强度曲线；
2）根据现场实测的混凝土养护温度资料，计算混凝土达到的等效龄期；
3）根据等效龄期数值，在龄期-强度曲线上查出相应强度值，即为所求值。
【例】某混凝土在试验室测得20℃标准养护条件下的各龄期强度值如表22-31。
混凝土浇筑后测得构件的温度如表22-32。
试估算混凝土浇筑后38h时的强度。
标养试件试验结果表22-31
标养龄期（d）
1
2
3
7
抗压强度（N/mm2）
4.0
11.0
15.4
21.8
测温记录表22-32
从浇筑起算的时间（h）
0
2
4
6
8
10
12
38
温度（℃）
14
20
26
30
32
36
40
40
【解】
（1）当采用计算法时，根据表22-31的数据，通过回归分析求得曲线方程为：
（2）当采用图解法时，将表22-31中的数据在坐标纸上绘出龄期-强度曲线，如图22-28。
图22-28某混凝土的龄期-强度曲线（标养）
（3）根据测温记录，计算出整个养护过程中的时间-温度关系如表22-33。
并计算等效龄期。
养护过程的时间-温度关系表22-33
时间间隔（h）
2
2
2
2
2
2
26
平均温度（℃）
17
23
28
31
34
38
40
等效龄期：
t＝2×0.86＋2×1.16＋2×1.45＋2×1.65＋2×1.85
＋2×2.14＋26×2.30＝78h（3.25d）
（4）根据等效龄期估算混凝土强度。
当采用计算法时，将t值作为龄期D代入曲线方程，得：
＝16.0N/mm2
当采用图解法时，在图22-28上找到相应的点，查得强度值为16.0N/mm2。
6.当采用综合蓄热法施工时，混凝土如果在达到抗冻临界强度值之前就撤除保温材料，混凝土会遭受冻害；如果在达到抗冻临界强度值之后继续保温，则势必影响工程进度。
用以下方法可以找到混凝土浇筑后达到抗冻临界强度的时刻。
（1）使用与施工混凝土相同的材料和配合比，配制混凝土并制备抗压试件6块，成型后立即放进20℃标准养护室，养护至24h时取出试压，从试压数据中舍弃最大和最小值，取中间4个数据计算其平均值，作为该种混凝土标养24h的强度（f1）。
（2）根据f1与该种混凝土的设计强度（f设）的比值，按表22-34查出该种混凝土强度0点的标养时间。
强度0点取值表表22-34
f1/f设比值（％）
强度0点的标养时间（h）
＜10
12
10～20
9
20～30
7
30～40
5.5
＞40
4
（3）以标养时间（h）为横坐标，以强度（MPa）为纵坐标，建立坐标系。
将强度0点的标养时间标绘在横坐标上，再将f1标绘在24h处，做直线相连，在该直线上查到强度达到4MPa时所需的标准养护时间t0（h）。
（4）计算成熟度的公式如下：
M＝
（22-16）
式中M——混凝土成熟度（℃·h）；
T——混凝土温度（℃）；
Δt——两次测温间隔时间（h）。
（5）将t0作为Δt，T为20℃代入公式（22-16）再除以平均差值系数0.8，所得值即为达到抗冻临界强度的成熟度值。
（6）工地在实际施工时，应做好测温记录，根据混凝土的实际养护温度与养护时间，按公式（22-16）计算成熟度，当达到抗冻临界强度的成熟度时，即可停止保温。
22-5-5蓄热法养护
1．工艺特点
将混凝土的组成材料进行加热然后搅拌，在经过运输、振捣后仍具有一定温度，浇筑后的混凝土周围用保温材料严密覆盖。
利用这种预加的热量和水泥的水化热量，使混凝土缓慢冷却，并在冷却过程中逐渐硬化，当混凝土温度降至0℃时可达到抗冻临界强度或预期的强度要求。
蓄热法具有经济、简便、节能等优点，混凝土在较低温度下硬化，其最终强度损失小，耐久性较高，可获得较优质量的制品。
但用蓄热法施工，强度增长较慢，因此宜选用强度等级较高、水化热较大的硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥或快硬硅酸盐水泥。
同时选用导热系数小、价廉耐用的保温材料。
保温层敷设后要注意防潮和防止透风，对于构件的边棱、端部和凸角要特别加强保温，新浇混凝土与已硬化混凝土连接处，为避免热量的传导损失，必要时应采取局部加热措施。
2．适用范围
当结构表面系数较小或气温不太低时，应优先采用蓄热法施工。
蓄热法的适用范围大致如表22-35所示。
蓄热法适用范围表22-35
室外平均气温
（℃）
结构表面系数
5～7.5
7.5～10
10～12.5
12.5～15
0
蓄热法
蓄热法
蓄热法
蓄热法
-2
蓄热法
蓄热法
蓄热法
综合蓄热法
-5
蓄热法
蓄热法
综合蓄热法
综合蓄热法
-8
蓄热法
综合蓄热法
综合蓄热法
-10
综合蓄热法
综合蓄热法
注：
综合蓄热法即在蓄热法工艺的基础上，在混凝土中掺入防冻剂，以延长硬化时间和提高抗冻害能力。
3．热工计算
蓄热法热工计算的依据是热量平衡原理，即每立方米混凝土从浇筑完毕时的温度下降到0℃的过程中，透过模板和保温层所放出的热量，等于混凝土预加热量和水泥在此期间所放出的水化热之和。
当施工条件（结构尺寸、材料配比、浇筑后的温度和养护期间的预测气温）确定以后，先初步选定保温材料的种类、厚度和构造，然后计算出混凝土冷却到0℃的延续时间和混凝土在此期间的平均温度。
据此再用成熟度方法估算出混凝土可能获得的强度。
如所得结果达不到抗冻临界强度值或预期的强度要求，则需调整某些施工条件或修改保温层设计，再进行计算，直至符合要求为止。
蓄热法的热工计算按以下方法进行：
（1）混凝土蓄热养护开始到任一时刻t的温度，可按下式计算：
（22-17）
（2）混凝土蓄热养护开始到任一时刻t的平均温度，可按下式计算：
（22-18）
其中θ、φ、η，为综合参数，按下式计算：
式中T——混凝土蓄热养护开始到任一时刻t的温度（℃）；
Tm——混凝土蓄热养护开始到任一时刻t的平均温度（℃）；
t——混凝土蓄热养护开始到任一时刻的时间（h）；
Tm，a——混凝土蓄热养护开始到任一时刻t的平均气温（℃）；
ρc——混凝土的质量密度（kg/m3）；
mce——每立方米混凝土水泥用量（kg/m3）；
Qce——水泥水化累积最终放热量（kJ/kg）；
vce——水泥水化速度系数（h-1）；
ω——透风系数；
M——结构表面系数（m-1）；
K——结构围护层的总传热系数[kJ/（m2·h·K）]；
e——自然对数底，可取e=2.72。
注：
①结构表面系数M值可按下式计算：
M＝A/V
式中A——混凝土结构表面积（m2）；
v——混凝土结构的体积（m3）。
②结构围护层总传热系数可按下式计算：
di——第i层围护层厚度（m）；
λ
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