冬季混凝土施工技术和质量控制

□崔恩贵（河南省人民胜利渠管理局）

根据我国行业标准《建筑工程冬季施工规程》JGJ104-97规定，当室外日平均气温连续五天稳定低于5℃，即满足冬季施工条件。而地处我国豫北地区的海河流域，有较长的寒冷季节，每年平均有120d左右处于冬季施工。由于受工期制约，流域范围内许多工程的混凝土冬季施工是不可避免的。笔者根据多年施工经验和理论知识的积累，对冬季混凝土的施工总结如下：

1.混凝土受冻机理与早期受冻类型

混凝土拌和物浇筑后之所以能逐渐凝结和硬化，直至获得最终强度，是由于水泥水化作用的结果。而水泥水化作用的速度除与混凝土本身组成材料和配合比有关外，主要是随着温度的高低而变化的。当温度升高时，水化作用加快，强度增长也较快；而当温度降低到0℃时，存在于混凝土中的水有一部分开始结冰，参与水泥水化作用的水减少了，因此水化作用减慢，强度增长相应较慢。温度继续下降，当存在于混凝土中的水完全变成冰，水泥水化作用基本停止，此时强度就不再增长。根据以上受冻机理的分析，可以根据受冻时间将混凝土早期受冻分为三种类型：

第一，新拌混凝土浇筑后，初凝前迅速冻结，水泥来不及水化，强度为0。此时水泥处于“休眠”状态，恢复正温后养护后，水泥会继续正常水化，强度可以重新发展，直到与未受冻相同，没有强度损失。但因为这种条件在施工中很难出现，同时水分迅速在原地冻结成微小的冰晶，有冻胀的危险。

第二，新浇灌混凝土初凝后，在水泥水化胶凝期间受冻。此时混凝土水分在负温影响下重新分布，在混凝土内部生成较大的扁平冰聚体，由于冰晶体积膨胀而排挤凝胶体和水泥颗粒，破坏了水泥水化所形成的结晶骨架，同时由于粗骨料和钢筋的导热系数较大，总是首先冷却，因此大量的冰聚体聚集在骨料和钢筋的周围，一旦混凝土转入正常温度，冰聚体消融，就会在原位置上留有空隙，给混凝土造成了严重的物理损害，后期强度损失可达20%～40%。

第三，新浇灌混凝土的水泥水化进入凝聚——结晶阶段，已经达到能抵抗冻融破坏的程度。此时混凝土受冻后其后期强度一般没有损失或损失最多不超过5%，耐久性基本上不降低。这一临界强度，根据大量试验证明，硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥配制的混凝土为设计混凝土强度标准值的30%，矿渣水泥配制的为40%，但C10及C10以下的混凝土不得低于5MPa。

2.混凝土冬季施工方法

根据对混凝土早期受冻机理的分析，混凝土中水的形态变化是影响混凝土强度增长的关键。国内外许多学者对水在混凝土中的形态进行大量的试验研究结果表明，新浇混凝土在冻结前有一段预养期，可以增加其内部液相，减少固相，加速水泥的水化作用。试验研究还表明，混凝土受冻前预养期愈长，强度损失愈小。

2.1 蓄热法和综合蓄热法

蓄热法是混凝土组成材料（水和骨料）进行适当加热、搅拌，使浇筑后具有一定的温度，混凝土成型后再用保温材料严密覆盖，用以减缓混凝土冷却的速度，以达到抗冻临界强度或预期的强度。综合蓄热法是在混凝土拌和物中掺有少量的防冻剂，原材料预先加热，使拌和物浇筑后的温度一般达到10℃以上，当构件截面尺寸<300mm时达到13℃以上。通过高效的保温围护和人工加热，使混凝土终凝后才冷却到0℃。然后逐渐与环境气温相平衡，由于防冻剂作用，混凝土在负温中继续硬化。在南四湖二级坝二闸加固改造工程护岸钢筋混凝土挡土墙施工过程中采用了这种方法，施工时当地气温保持在-10℃以上，经试验显示混凝土质量完全达到设计要求。

蓄热法和综合蓄热法具有方法简单，不需混凝土加热设备，节约能源，混凝土在较低温度下自然硬化，其最终强度损失小，耐久性较高、质量好、费用低的优点。但施工需要一套严密的措施和制度，且适宜日最低温度≥-10℃或极地最低温度≥-15℃的条件下施工。

2.2 暖棚法

在建筑物周围或脚手架的外围，用保温材料搭起大棚，或在室内用保温材料将门窗堵严等通过人工制造一个封闭的空间，再通过加热使棚内保持正温，混凝土的浇筑与养护均在棚内进行。棚内各测点温度不得<5℃，且注意在混凝土结构与暖棚之间留有足够的空间，使暖气流通。

本法施工操作与常温无异，劳动条件好，工作效率高，同时混凝土质量有可靠的保证，不易发生冻害。但搭设暖棚需要大量木材、钢材、保暖材料和人工，供热需要大量能源，费用较大，且由于棚内温度一般较低（通常不超过10℃），混凝土强度增长缓慢。适用于天气比较严寒，建筑物面积体积较小且集中的工程，尤其适用于混凝土量较大的地下工程。

2.3 加热法

对于结构构件不是很厚大的工程，通过加热混凝土构件周围的空气，将热量传给混凝土，或直接对混凝土加热，使混凝土处于正温条件下能正常硬化。

2.3.1 蒸汽加热法

蒸汽加热法是在结构或构件周围用保温材料围护，构成密闭的空间，或利用坑道、地槽上部遮掩，四周用土或砂压严，构成蒸汽室，然后通过蒸汽加热混凝土。此法施工方便简单，设施灵活，养护时间短，但耗气量大，温度不易均匀。适用于现场预制数量多、尺寸较大的构件或现浇地面以下墙、柱、基础等的加热养护。

2.3.2 电加热法

电加热法是利用电极系在混凝土结构的内部或表面，或者利用电热毯铺设在钢模背面等多种方法使电能转化为热能，以提高混凝土的温度。此加热方法简单，加热温度均匀，混凝土质量好，且热损失较少，易控制，但是电能消耗量大，成本较高。据了解，在南四湖二级坝第三节制闸闸墩浇筑施工时采用电热毯铺设的方法施工，取得了较为成功的效果。

2.3.3 远红外加热法

远红外加热法是利用远红外加热器向新浇筑的混凝土辐射远红外线，将辐射能转化为热能，对混凝土进行密封辐射加热，使其在较短时间内获得要求的强度。

2.3.4 掺外加剂法

掺外加剂法用防冻剂配制混凝土并采用原材料加热，使混凝土拌和料出机时具有一定的正温，浇筑后混凝土不再加热，仅做保护性的覆盖以防止风雪侵袭。混凝土终凝前，其本身温度已经降到0℃，并迅速与环境气温相平衡。然后在负温中硬化并达到受冻临界强度或受荷强度。防冻剂由防冻成分、早强成分和减水、引气成分复合组成。其中防冻成分是保证混凝土中液相水的存在，早强成分是促进水泥强化，减水引气成分是用来减少拌和用水量。

此法具有施工简单方便，混凝土浇筑不不需加热，保温简单，节约能耗，费用低的优点，但混凝土硬化慢，早期强度低。适用于零星的、不易蓄热保温也不易采取加热措施，并对强度增长速度要求不高的结构，但不得用于与酸、碱等侵蚀液接触的结构及高温环境、高湿度和靠近高压电源的结构、预应力结构、动力荷载作用的设备基础。

3.冬季混凝土施工的质量控制措施

第一，确定冬季施工项目，编制冬季混凝土施工方案，确保冬季施工所用的材料、设备、工具、能源的落实。方案审批后要组织有关人员学习、技术交底。第二，进行冬季混凝土施工的项目，必须复核图纸，并征求设计单位的意见，确保在技术上的可行性，质量上的可靠性，经济上的合理性，安全上的保证性。第三，组织管理人员、技术人员和施工人员等进行培训，明确岗位职责。第四，做好冬季混凝土及掺外加剂的试配、试验工作，提出恰当的施工配合比。第五，严格控制混凝土的拌制和运输。拌制混凝土的骨料必须清洁，不得含有冰块和冰雪，以及易冻裂的物质。外加剂的掺入量必须符合使用要求和规范规定。混凝土的搅拌场地尽量靠近浇筑位置，以减少混凝土在运输途中的热量损失。第六，分层浇筑混凝土时，已浇筑层在未被上一层的混凝土覆盖前，不得低于计算规定的温度，也不得<2℃。第七，冬季浇筑的混凝土，由正温转入负温养护前，混凝土的抗压强度≥设计强度的40%，对于C10以下的混凝土≥5MPa。第八，采用的保温材料（草袋、麻袋）应保持干燥。在模板外部保温时，除基础可随浇筑保温外，其它结构必须在设置保温材料后方可浇筑混凝土。钢模表面可先挂草帘、麻袋等保温材料并扎牢，然后再浇筑混凝土。第九，保温材料不宜直接覆盖在刚浇筑完毕的混凝土面层上，可先覆盖塑料薄膜，上部再覆草袋、麻袋等保温材料。保温材料的铺设厚度为：一般情况下0℃以上铺一层；0℃以下铺二层或三层；大体积混凝土浇筑及二次抹面压实后应立即覆盖保温，其保温层厚度，材质应根据计算确定。拆模后的混凝土也应及时覆盖保温材料，以防混凝土表面温度的骤降而产生裂缝。

4.结语

为了确保冬季混凝土工程质量，要严抓现场各个施工环节，加强对现场的管理；督促现场将各项冬季施工措施落实到位。浇筑前要查询天气预报，尽量选择好的天气进行施工，施工中要对混凝土的浇筑和养护进行严格的控制。除了要严格按标准规范进行混凝土施工和养护工作外，还要做好混凝土施工方法的选择和分析质量控制要点等，以避免混凝土在冬季施工过程中留下质量隐患，确保混凝土的工程质量。

[1]江正荣，朱国梁.简明施工手册[M].北京：中国建筑工业出版社,2005.

[2]李东升.混凝土冬季施工[M].北京：中国水利水电出版社,2001.