为保证已浇筑完的混凝土结构在规定的龄期内达到设计和规范要求的强度,防止产生收缩裂缝,做好养生工作非常重要。除混凝土在原材料质量和优化配合比设计、振捣、立模以保证混凝土结构质量外,养生是获得优质混凝土结构工程的重要工序之一。
由于公路工程中的混凝土结构是处在各种不同的气候、季节、自然条件下施工成形的实体,因此混凝土的强度和外观质量都要不同程度地受各种不同季节气候、季节、自然条件下的温度、湿度、以及养生方法的影响。这些影响大则危及到混凝土结构安全,小则外观质量较差。
重视混凝土结构的养生和选用正确的养生方法是提高混凝土耐久性和使用寿命的有力措施之一。然而,在工程施工中,人们由于对混凝土结构养生重视不够和养生方法不正确等行为,致使混凝土结构实体强度达不到设计和规范要求,且外观质量差。笔者经多年的观察和检验,在不同环境气候、温度条件下,通过28天试件抗压强度和回弹仪测试以及外观质量,分析了产生原因,主要表现在以下方面:
1、塑性收缩裂缝。在新浇筑的混疑土结构表面出现,形状不规则且长短不一,互不连贯的类似于干噪的泥浆面,但裂缝较浅,多为中间宽两端细,大多在混凝土初凝后,自然界风速大、温度高、空气干噪的情况下出现。28天实体抗压强度达到设计强度75%～90%,其原因是:
混疑土早期养生不到位,表面没有及时覆盖,受风吹太阳爆晒,表面水分蒸发过快,产生急剧的体积收缩。当新浇筑的混凝土强度在很低的情况下,还没有低抗这种变形应力而导致开裂;强度增长缓慢。
2、干缩裂缝。裂缝在表面出现,宽度较细,多在0.1～2.0mm之间,其走向纵横交错,无规律性,裂缝分布不均匀,特别是在钢筋混凝土梁、板类构件多沿短边方向分布,多产生在箍筋的位置上。回弹仪测试的强度不均,波动在15%。其原因是:
混凝土成型后,养生不当,受到风吹太阳曝晒,表面水分散失快,体积收缩大,而内部湿度变化收缩小,因而表面收缩变形受到内部混凝土的约束,出现拉应力而引起裂缝。或混疑土结构在养生时,时干时湿,表面湿度经常发生变化。
3、温度裂缝。温度裂缝有表面的、深进的和贯穿的。表面温度裂缝走向无一定的规律,当梁、板或长度尺寸较丈的混凝土结构,裂缝多平行于短边,大面积混凝土结构裂缝常纵横交错;裂缝沿长度方向分段出现,宽度大小不一,在0.5mm以下。缝宽受温度的变化影响较明显,在冬季施工和温差大时较宽,夏季较细;冬季施工的实体强度达不到设计要求,28天试件抗压强度只有设计强度的50%。其原因是:
表面温度裂缝多由于温差大引起,或受寒潮袭击。拆模后,导致混凝土表面急剧的的温度变化而产生较大的降温收缩,受到内部混凝土的约束产生较大的拉应力,而使表面出现裂缝。深进的和贯穿的温度裂缝,多由于温差较大,受到外界的约束而引起。
4、冻胀裂缝。结构表面沿主筋、箍筋方向出现宽窄不一的裂缝,深度达到主筋。28天试件抗压强度只有设计强度的10%～30%,其原因是:
冬季施工混凝土结构或预制构件未保温,混凝土早期受冻结,将表面混凝土冻胀。解冻后,钢筋部位的混凝土变形,不能恢复而出现裂缝、剥落;强度达不到设计要求。
综上所述,对于混凝土结构的养生,温度、湿度、养生方法是养生过程中控制的三大要素。那么如何根据结构类型、温度、温度和自然条件确定混凝土养生方法呢?笔者认为:其一,要对工程所属地区的温度、温差、湿度、水源等自然条件进行摸低调查,了解所处的施工区域自然环境条件,为在不同季节、不同结构类型,选择不同的养生方法提供科学合理的依据;其二,熟悉不同混凝土结构对养生方法的要求。
在混凝土结构施工中,养生方法通常分为自然养生和加热养生两类。自然养生适用于日夜温度在5C0以上的条件下,对现浇的混凝土结构实体整体的养生。分有覆盖浇水养生、塑料薄膜养生、养生剂养生和根据地形条件、气候条件实行的土办法(如蓄水、土埋)养生等方法;加热养生适用于冬季或日夜温差较大的气候条下施工采用。分有蒸气养生、电热养生、暖棚养生等方法。这里就常用的且效果明显的养生方法,谈谈笔者在工程施工中的运用。
1.覆盖浇水养生
(1)覆盖材料可用麻袋、草垫、草包、砂土等。覆盖开始时间应在混凝土浇筑完毕后6—10h内。
(2)浇水次数。一般气候条件下(气温在10～15C0左右),白天每3h浇水一次,夜间至少二次。在干燥和温度高的气候条件下,浇水次数应适当增加,以保证覆盖物经常保持湿润为度。
(3)混凝土的浇水养生时间。对于采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥拌制的混凝土,不得少于7d;对于掺有缓凝型外加剂或有抗渗要求的混凝土,不得少于14d;对于表面系数较大的混凝土;也不少于14d,如薄壁墩、预制箱梁。
2.塑料薄膜养生
特别在柱、台身以及小型现浇构件,混凝土模板拆除后,立即用不透水、气的薄膜全部严密地覆盖起来,保证混疑土在不失水的情况下得到充足的养生。这种养生方法的优点是浇水次数少,操作方便,能保持薄膜内的水份,提高混凝土的早期强度。
3.蒸汽养生
蒸汽养生适应于冬季施工,特别是梁、板预制混凝土结构在寒冷地区施工。是在混疑土结构上覆盖多层棚布或毡布,以低压饱和蒸汽,温度不超过100C0,气压小于0.07Mpa,湿度90～95%;使混疑土在较高温度和湿度条件下迅速硬化,达到规定的强度,以缩短养生时间,加快施工进度。混凝土经过60～80C0蒸汽养生后,第一天可达60%左右的强度;第二天可增加20%,笫三天只能增加8%左右的强度。混凝土最终的强度与标准条件下养生的强度相对比,普通水泥配制的混疑土为标准养生强度的85～95%,当采用矿渣水泥、火山灰水泥配制的混凝土时,应考虑对强度的影响。蒸汽养生过程一般分三个阶段控制进行:
(1)升温阶段,混凝土由本体温度上升到恒温阶段,如果温度急速上升,会使混凝土表面因体积膨胀太快而产生裂缝,因此必须控制升温速度,按10～25C0/h进行升温。
(2)恒温阶段,恒温的温度要随水泥品种而点定,硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥的恒温温度不应超过80C0,并要保持90～100%的相对湿度,恒温时间应为6～8h。
(3)降温阶段,混凝土已经硬化,降温过快,混凝土产生表面裂缝,因此降温速度应加以控。当构件厚度在10～12cm左右时,降温速度控制不得大于15～25C0/h。降温后构件的温度与自然界的温差不能大于25C0,以防温度骤降使构件产生裂缝。
4.暖棚养生
暖棚养生是在混凝土结构施工前或施工后的周围,用脚手架或用ф48mm钢管搭设成棚架,然后用棚布、彩条布、草垫等覆盖在棚架上,将棚架封闭。当浇筑和养生混凝土时,在棚内生火炉,以保持棚内正温环境(不低于5C0),并保持混凝土表面湿润,使混凝土结构在正温下养生并达到预期的强度。
但搭设暖棚时应注意,在混凝土结构体与暖棚之间要留有足够的空间,使暖空气流通;为降低搭成本,应注意尽量减少暖棚体积;同时应封闭严密,不透风;火炉加热时要特别注意安全防火。
暧棚内的热量消耗,暖棚尺寸、构造及地面导热系数等来计算确定。也可根据观测暖棚内的温度调控。
本法的优点是混凝土结构质量有可靠的保证;缺点是搭设暖棚的成本较高。适用于天气寒冷,混凝土结构面积和体积不大的工程,如扩大基础、小桥涵台身,承台和系梁,小型预制构件等。
总之,混凝土的养生方法要依据自然条件,结构类型、体积、面积、所处的部位,施工季节预以实施,但不论采用何种养生方法,温度和湿度是确保混疑土结构强度增长达到设计要求的必要条件。在编制工程施工组织设计时或施工准备阶段,就要把混凝土结构的养生方法预以明确,同时在施工准备中,也要把养生材料、燃料、设备等到位到现场,只有如此才能保证混凝土结构强度,达到规定要求。
参考文献:
1.朱国梁,顾雪龙主编简明混凝土工程施工手册北京:中国环境科学出版社,2003.
2.原交通部行业标准《公路桥涵施工技术规范》(JTJ041-2000)
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