第二十一章大面积薄板混凝土养护温度自动调控抗裂技术――冷养技术

第二十一章大面积薄板混凝土养护温度自动调控抗裂技术——冷养技术21.1返回总目录第21章大面积薄板混凝土养护温度自动调控抗裂技术——冷养技术第二十一章大面积薄板混凝土养护温度自动调控抗裂技术——冷养技术21.2教学提示：这章虽然没有多少新鲜的内容，但冷养技术却是一个全新的概念，希望得到工程学术界广泛的支持与认同。教学要求：希望引导学生以批判的精神来讨论这项技术，以求改进。利用高温蒸汽养护混凝土以促进其强度发展已是一种成熟的技术，但是利用低温条件养护混凝土以改善混凝土的密实度、增强混凝土的耐久性，却还是一个新课题。其实，追求混凝土的早期强度是一种短期行为，还会产生一定的副作用，且要付出一定的经济代价。而利用冷养技术改善混凝土的密实度，增强混凝土的耐久性，则是一个符合工程安全长远利益的根本性问题。因此，冷养技术是一种能创造更大的社会经济利益，更受欢迎的新技术。第二十一章大面积薄板混凝土养护温度自动调控抗裂技术——冷养技术21.3•课题背景•板面裂损症状•质量监控本章内容•结语•研究范围•冷养措施•思考题与习题•经济效益第二十一章大面积薄板混凝土养护温度自动调控抗裂技术——冷养技术21.4课题背景一.从冬天剥葱得到的启发在严冬的低温条件下，葱皮裹得紧紧的、严严实实，怎么样剥也剥不下来。夏天剥葱皮时，葱皮松松的，只是一带就会完整剥落。这就是生物结构为了适应环境，自我保护的表现。从这里工程师可以得到启发。在适宜的低温条件下，工程结构，尤其是混凝土结构，应该具有较高的密实度和较好的耐久性。二.从北方人和南方人的体格对比说起北方人体格魁伟结实，有很强的耐力。南方人却要矮小孱弱得多。究其原因，只是气温条件不同而已。与人们的起居生活、饮食结构、营养水平、锻炼条件并无因果关系。这也是人体结构在适应环境条件下的一种自然表现。与结实的葱皮一样，结实的人体结构也只有在适宜的低温条件下才能自然形成。因此，工程师也应该为混凝土结构尽量营造一个较适宜的低温环境的养护条件。第二十一章大面积薄板混凝土养护温度自动调控抗裂技术——冷养技术21.5课题背景三.从混凝土的蒸汽养护到冷汽养护在北方，要进行冬季低温条件下的混凝土施工，为了防止混凝土被冻坏，习惯采用蒸汽养护法。混凝土在70℃以上的高温蒸汽养护下，强度发展很快；在标准条件（温度20℃±3℃，相对湿度90%以上）下要28天才能达到的混凝土强度；在蒸汽养护下只需几个小时就可以快速达到。在混凝土预制构件厂，为了提高功效，也普遍采用蒸汽养护法组织连续生产，这确实是一个好办法。但是人们也普遍注意到，蒸汽养护混凝土虽然有理想的早期强度，却没有理想的后期强度。不论是从混凝土的密实性、抗渗漏能力、抗碳化能力、耐久性和后期强度发展情况去检查，蒸汽养护混凝土都比普通自然养护混凝土要差；常温养护混凝土比相对低温养护混凝土要差。据调查研究，北方工程混凝土的耐氯离子腐蚀能力、耐钢筋锈蚀能力和耐碳化能力，普遍比南方工程的表现好。南方沿海高温地区的工程，在混凝土耐久性方面受到的威胁最大。因此，对于一些暴露面积大、易受腐蚀、易被碳化的结构件，采用低温养护技术，应该是提高结构耐久性的一个好办法。第二十一章大面积薄板混凝土养护温度自动调控抗裂技术——冷养技术21.6研究范围一.工程范围在高温地区采取相对的低温养护技术对混凝土进行养护，是要付出经济代价的，因此实施低温养护的工程范围应该有个限度。暴露面积大、易被腐蚀和易遭碳化的混凝土构件，以不作厚实保温隔热层的屋面结构和码头面板结构为代表，尤其是大型薄壳屋面，板壳厚度一般只有4cm～5cm，如果能进行低温养护，则必能大幅度提高其抗腐蚀、抗碳化能力，延长结构使用寿命。二.冷养时效冷养必须付出经济代价，实施冷养时段不宜过长。薄板结构的水泥水化热升温不高，宜尽量争取早期进行低温养护。在混凝土强度增长期养护效果会更好。只待实测的板内温度接近板面气温时，即可开始降温养护，究竟养护的时效如何，从什么时候开始降温，养护到什么时候，降温控制幅度如何，均应进行系统研究、广泛实验，待取得成果后才能进行推广。第二十一章大面积薄板混凝土养护温度自动调控抗裂技术——冷养技术21.7板面裂损症状大型壳体屋面、大型码头面板等板面因为耐腐蚀、耐碳化能力低而出现的裂缝现象，实际上也就是钢筋锈蚀胀裂现象。加强板面混凝土，尤其是保护层混凝土的密实度就可以大幅度提高混凝土的抗腐蚀、抗碳化能力，从而避免钢筋锈蚀现象的出现，也就抑制了板面裂缝的出现。比如南方某大学礼堂的双曲屋面板裂缝，就是因为薄板碳化导致钢筋锈蚀引起的。同样，上海展览馆的双曲屋面出现裂缝，也与支承构件大小拱架无关，完全是由于壳体碳化导致钢筋锈蚀胀裂引起的。要防止板壳裂缝出现，最好的办法是对壳面进行低温养护，以提高其密实度，增强其抗碳化能力。据报道，香港曾对93座平均寿命为23年的在用混凝土码头进行过调查，发现90%以上的码头面板由于抗氯盐腐蚀和抗碳化能力不够，也就是混凝土保护层的密实度不够，因而遭到早期损坏，引起钢筋锈蚀、胀裂，对工程安全的使用造成很大威胁。同样，对国内华南地区进行的几次码头护岸等大面积薄板或薄壁进行抽样调查，其受腐蚀与碳化程度也极其严重，钢筋锈蚀胀裂损坏率高达74%～89%,平均寿命只有25年。而对北方工程的抽查时，却发现大面积薄板结构的锈蚀、胀裂现象要少得多，平均寿命要长得多。因此认为抑制大面积薄板混凝土的裂损症状的最好办法是冷养技术。第二十一章大面积薄板混凝土养护温度自动调控抗裂技术——冷养技术21.8板面裂损症状箱型桥梁的面板和腹板裂缝现象也是当前一个很突出的问题。与大面积屋面板或薄壳板相比，桥面板的厚度已不属于薄板、薄壁或薄壳范畴，其致裂机理也有很大的不同，但桥面板或箱型梁腹板也有与大面积薄板相似的一个方面，即其所处的环境条件一样恶劣。很有必要提高桥面板或箱梁腹板的保护层混凝土密实度，以提高其相应的耐腐蚀、耐碳化能力，延长其寿命。因此，在桥梁工程中实施冷养也很有必要。核反应堆混凝土安全壳的壳板厚度已在1000mm以上，当然不能算作薄壳范畴了，按常规已属于大体积混凝土范畴，所以其致裂机理也与薄板或薄壳完全不一样。但从其面积大、要求抗渗透压力特高一点出发，又与大面积薄板混凝土有某些相似之处，其微裂现象也是应该控制的。所以对反应堆安全壳进行一定程度的低温养护，也是很有益处的。第二十一章大面积薄板混凝土养护温度自动调控抗裂技术——冷养技术21.9冷养措施一.先期降温措施与习惯采用的大体积混凝土先期降温措施完全相同(1)尽量降低水灰比，以减少单位体积混凝土的水泥用量。建议尽量在大面积薄板混凝土中不采用高性能混凝土，这样就可以将单位体积混凝土的水泥用量控制在300kg/m3以下。如果在薄板结构中采用高性能混凝土，板的厚度太薄，很不利于结构的防腐蚀、防碳化。(2)尽量使用低热水泥、掺粉煤灰、石粉等掺合料的混合水泥。其颗粒偏粗一点，水泥水化热就低，有利于降低早期的水泥水化升温幅度。(3)控制混凝土的入模温度。有效办法很多，但还要考虑到工程成本和经济效益。最简便的办法之一是苫盖砂石料，使之不受太阳曝晒；二是采用低温井水调制混凝土；三是不使用新出厂的水泥。当然最有效的措施是用冰水调制混凝土。第二十一章大面积薄板混凝土养护温度自动调控抗裂技术——冷养技术21.10冷养措施二.水化升温期降温措施大面积混凝土不能像大体积混凝土一样，可以采用体内埋管送冷降温措施，也不可能采用表面冷却措施，这样会加大混凝土体内体外温差幅度，促使混凝土表面冷缩裂缝的出现。适宜的办法是要利用大面积混凝土体量单薄、散热快的特点，适当加快表面散温速度，但又要防止降温速度过快引起表面干缩裂缝和表面冷缩裂缝。水化升温期也是冷养收效最佳期，因此，控制这一时段的冷养温度致关重要。最有效的办法是架空苫盖混凝土表面，使之不受高气温或太阳辐射热的干扰；使之既保持良好的通风条件，又拥有适宜的环境湿度和偏低的环境温度。切不可采用草袋苫盖等用于大体积混凝土养护的手段去养护薄壁混凝土，在有条件的情况下，采用蓄冷水养护或喷淋冷水养护效果最佳。三.后期冷养措施等混凝土过了水化热升温阶段，在正常环境条件下进行低温养护，能收到良好的效果。但又得控制工程成本，不可能采取其他正式的送冷风低温养护等措施，唯一有效的办法是，在后期养护中，绝对避免混凝土表面遭高温曝晒。第二十一章大面积薄板混凝土养护温度自动调控抗裂技术——冷养技术21.11冷养措施四.充分利用低温条件施工最经济、最有效的冷养技术是充分利用天然条件和低温季节，施工大面积薄板混凝土，尽量避免在高温季节浇筑薄壳屋盖、码头面板等敏感性工程。尤其在北方人们往往因为担心混凝土在低温条件下结冰冻坏，而尽量回避低温季节施工，当然这也是必要的。但是应该明白，混凝土尤其是大面积薄板混凝土的最佳施工气温是+5℃～+10℃，千万不能错过了这一黄金时段。五.测温技术大面积混凝土因为体量薄、散热快，不像大体积混凝土那样会出现那么高的体内水化热升温，不需要进行那么严格及时的体内外温度测量与监控。因此，也就没有必要进行温度自动调控。但在薄板内留置少量的测温孔，与养护条件下的混凝土表面温度进行对比观测，总结冷养效果，还是必要的。每昼夜最少观测两次，一次在晚上或凌晨，一次在午后3点左右。第二十一章大面积薄板混凝土养护温度自动调控抗裂技术——冷养技术21.12质量监控冷养温度最好控制在15℃以下，这当然还得尽量利用低温季节施工的有利条件，在北方，是很容易实现的。在南方，在盛夏条件下施工，则创造+15℃以下的养护条件将付出一定的经济代价，显然是不受欢迎的。冷养效果可以用以下的质量检测手段进行测试，以下是对比分析。(1)混凝土强度对比：拉拔试验；(2)混凝土密实度对比：抗渗试验。只要混凝土的强度和密实度有了提高，尤其是保护层的致密性有了提高，薄板结构的耐碳化与耐腐蚀能力就提高了，达到了冷养目的。无条件进行拉拔试验和抗渗试验的工地，也可以用回弹试验和放大镜直接观察的方法，以分辨混凝土保护层的致密性。第二十一章大面积薄板混凝土养护温度自动调控抗裂技术——冷养技术21.13经济效益在高温条件下施工而采取冷养技术是要付出经济代价的，只有不得已而为之。但只要能提高薄板尤其是薄壳混凝土的使用寿命1/3，其最终经济效果仍是可观的。尽量利用低温季节施工薄板或薄壳混凝土，是完全可能实现的，尤其在北方地区争取在+5℃～+10℃条件下的黄金季节施工，更能收到良好的技术效果，达到延长结构寿命的目的，却不必付出额外的经济代价，这显然具有很好的社会效益和经济效益。第二十一章大面积薄板混凝土养护温度自动调控抗裂技术——冷养技术21.14结语大面积薄板或薄壳混凝土冷养技术是我们新提出来的一种大胆的尝试，已在海南一些工地试用过。认为效果是显著的，但尚未取得成熟的经验，只供读者参考。第二十一章大面积薄板混凝土养护温度自动调控抗裂技术——冷养技术21.15思考题与习题1.对混凝土进行低温养护有什么好处？2.为什么南方的混凝土薄壳屋面、混凝土桥梁、码头比北方容易出现裂缝？3.蒸汽养护混凝土有什么副作用？4.如何对大面积混凝土进行低温养护？5.低温养护混凝土的经济效益体现在哪里？