混凝土工程施工及使用外加剂的基本知道和理论(报告提纲)

混凝土工程冬期施工及使用外加剂的基本知识和理论（报告提纲）

周 惠 南

一、 混凝土工程冬期施工的定义及特点 1、 混凝土工程冬期施工的定义 按国家标准《混凝土结构工程施工及验收规范》（GB50204—92）第七章规定，根据当地多年气温资料，室外日平均气温5d连续稳定低于5℃时，混凝土工程施工即应进入冬期施工。 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℃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，使混凝土能不断凝结、硬化、增长强度。 2、 混凝土工程冬期施工的特点 混凝土工程冬期施工由于受气温影响，有以下特点： ① 混凝土强度的增长取决于水泥水化反应的结果。水泥的水化反应和水及温度有关，当温度降低时，水的活性减弱，水化反应减慢，特别是当温度降低到0℃以下时，水结冰，水泥的水化反应停止，因此如何保证水泥水化反应是混凝土冬期施工的关键。 ② 当温度低于5℃时，与常温相比，混凝土强度增长缓慢，在5℃条件下养护28d ,其强度增长仅能达到标养28d的60％左右。这时混凝土的凝结时间要比15℃条件下延长近3倍，因此为满足施工进度要求，必须采取特殊的措施使混凝土强度能够较快增长。 ③ 当温度降至0℃以下时，特别是温度下降到混凝土中液相冰点（新浇筑的普通混凝土内部液相冰点温度为-0.3～-0.5℃）以下时，混凝土中的水开始结冰，其体积膨胀约9％，此时混凝土内部结构可能遭到破坏，称为混凝土冻害。其宏观表现为混凝土的强度有损失，其它物理、力学性能亦将遭到损害。因此冬期施工的混凝土，使其受冻前能尽快达到混凝土抵抗冻害的临界强度是至关重要的。 ④ 我国气候属于大陆性气候，冬季除了经常有寒流袭击，气温变化较多，注意防护外，由于风速较大，还要注意防风。因为风速不仅对混凝土的冷却有明显影响，还会使混凝土结构裸露面的水分蒸发加速。所以冬期浇筑的混凝土还要注意防风避免混凝土养护期间的失水。 ⑤ 冬期是混凝土工程质量事故的多发季节，而且有明显的滞后性。即冬期浇筑的混凝土出现质量问题时，多在春融或后期显现。由于事故发现较晚，所以处理难度也较大。 ⑥ 为了给冬期浇筑的混凝土创造一个正温养护环境，所以必须要采取一系列措施，如材料加热，保温、养护期间供热掺外加剂等，施工技术较复杂，费用较高。所以冬期施工必须周密计划。一旦计划不周，措施不当，施工不力，管理不善都会影响工程质量和施工进度。因此，冬期施工制定好技术措施，组织好材料选购，按排好施工进度计划，严格管理制度比常温施工更为重要。 3、 混凝土工程冬期施的期限。 按冬期施工定义，混凝土的冬期施工期限是根据自然气温变化来确定的。 自然气温是随季节而变。但世界各国由于所处地理位置不同，气温变化也不一样。我国属于大陆性季风型气候，特点是经常受西伯利亚寒流影响，气温变化较大且频繁。但根据气象部门对我国气候特点研究认为，在秋冬气温变化季节，当气温连续降到日平均气温低于5℃时，则以后气温再回升的可能性较少。这时可取5d连续气温稳定低于5℃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5℃的末日，即为冬期施工的终止日。 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5d连续稳定低于5℃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天气，气温又回升，因而在这个突然降温期也应注意防止混凝土遭到冻害。 二、 冻结对混凝土的影响。 1、 水泥的水化和影响因素 普通水泥主要含有四种矿物成份，即硅酸三钙（3CaO、SiO2）简写C3S，硅酸二钙（2CaO、SiO2），简写C2S，铝酸三钙（3CaO/AL2O3）简写C3A和铁铝酸四钙（4CaO、AL203、Fe2O3）简写C4AF。混凝土、砂浆所以具有强度，是由于这四种矿物成分遇到水后，进行水化反应，生成新的水化产物的结果。 其水化反应得以进行，需要温度和水两个重要条件。这两个条件恰恰是冬期施工中最不利的因素。 冬期温度降低，一是减弱了水的化学活性，使水泥的水化反应减慢，混凝土的强度增长缓慢上，另外当温度降低到0℃以下时，水结冰体积膨胀易使混凝土内部结构受到破坏。所以主，混凝土冬期施工主要研究温度和水化后产生的各种影响。 2.水的基本性质和在混凝土中存在的形态。 自然界中的水有三种体态：固相体、液相体和气相体。 液相水在标准大气压下，沸点温度为100℃，冰点温度为0℃，在4℃时其密度最大定为1。水在0℃结冰时要释放出333.6j（焦耳）的热量，相反冰在融解时，也需要吸收相同的热量。在常温条件下水随着温度升高，其化学活性也随之增强，温度降低时，化学活性也随之减弱。因而在水泥水化反应速度上，表现出快与慢。 汽相水是水加热到100℃或以上时全部变为汽相。这时水的分子H2O大多是单分子状态激烈运动，动能较高，水的化学活性也特强。如将其密闭在一定容积的窗口呐时会产生很大的压力。 固相水，即冰，水结冰时不仅体积要膨胀，大约9％左右，而且此时水分子H2O全部呈集团状态，无运动只在原位置呈少许微弱摆动，动能很小，因而其化学活性很低，所以水呢不能与冰进行水化反应。 混凝土在未冻结之前，水在混凝土中基本上呈三种方式存在，即化学结合水，物理吸附水和自由水。 化学结合水为水泥水化后生成的水化产物的组成部分，随着水化产物增多，这部分水的数量也增多。但通常的温度的升高和降低，对它无影响。 物理吸附水为吸附在水泥水化的凝胶体表面，形成很薄的一层吸附层，这部分水量很少，温度降低时结就温度较低，-78℃以下方结冰，对混凝土影响不大。 自由水广泛存在于混凝土的大小不同的毛细孔或大孔中，其数量多少和毛细孔直径有关，当混凝土的水灰比大时，毛细孔直径也大，自由水含量多，反之则水。这部分水在毛细孔中是可迁移的，在常压下，随温度升高可蒸发；当温度降低到0℃以下时，即转变为固相结冰。当这部分水结就时，由于体积膨胀，会对混凝土内部结构产生破坏作用，降低混凝土的一系列物理力学性能，即所谓的混凝土冻害。当水灰比小于0.35时，其冰害影响显著减小。 3.混凝土的冻害及其分类。 在工程上混凝土的受冻按不同阶段，可分为三类。 ① 新鲜混凝土受冻 新鲜混凝土受冻指新浇的混凝土在终凝前遭到冻结，其主要原因是温度很低，加之施工措施欠周。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震捣密实，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、道路面层可能遇到。 ② 混凝早期受冻（亦称混凝土早期冻害或早龄期受冻） 混凝土的早期受冻指混凝土浇筑后，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，达不到设计要求，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经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。它综合反映了混凝土原材料、配合比、养护条件等水平。 评定混凝早期冻害的重要指标之一是早期允许受冻临界强度值。 ③ 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影响，并常年累月遭受自然气温冻融作用，使混凝土的各项性能逐渐降低，对混凝土产生的一种损害。 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。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。它反映了材料及配合比水平，用于考核结构耐久性及使用年限，是为设计服务的。 三、 混凝土的冻害机理 混凝土受冻害有三个重要条件： 温度、水和混凝土内部结构的孔隙状况，这三个条件是缺一不可的。 温度是必要的条件。当温度降低到0℃以下时，促进水相转变而成为冰，水结冰后体积膨胀达9％，从而使混凝土内部结构遭到破坏。 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，混凝土受冻害严重。 混凝土中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，毛细也直径较粗，自由水含量增多，混凝土冻害程度严重。 混凝土是一种多孔性材料，它在硬化中和硬化后形成许多大小不同的孔隙及相互连通的毛细孔通道。这些孔隙和毛细也通道充满水后，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0℃以下时，混凝土内毛细孔中的自由水开始结冰，体积膨胀。 2、 结构构件的结由表面开始，逐渐向内部发展。表面部位水冰结后，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，当内部压力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。以后，冻结再继续向深层发展，或产生新的裂纹。裂纹不断发展增多，使混凝土内部发生破坏。 5、 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引气剂而在混凝土内部引入了大量气孔时，则有压的未冻水在压力作用下，通过渗透或毛细微孔入气孔内，使静水压力减小，从而减少了混凝土内部孤裂纹，改善和提高了混凝土的抗冻害性能。 上述混凝土的冻害机理，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。因为对于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