谈水泥混凝土冬季施工质量控制

张建华

(山西路桥第二工程有限公司，山西临汾 041000)

在公路工程施工中，为确保工程早日竣工通车，尽快创造经济效益，桥梁下部和涵洞、通道、隧道等结构物在冬期进行施工的情况已越来越广泛，相应的技术措施也越来越多，但怎样做才算是经济、实用的，本文将根据吉河高速公路结构物冬季施工要求，从水泥混凝土冻害机理、原材料要求、施工工艺入手，探讨一套简单有效的方法，希望对水泥混凝土结构物冬季施工起到一定的参考作用。

水泥混凝土施工环境一般应在不低于5℃的条件下进行。因为混凝土强度增长主要靠水化作用，如果环境气温过低，会致使混凝土水化作用缓慢甚至停止，而且一旦周边温度降至0℃以下，混凝土中所含的游离水会结冰膨胀，体积增大9%左右，导致混凝土结构松散破坏。因此，如果在昼夜平均气温低于5℃的环境中，特别是负温下进行水泥混凝土施工，必须采取相应的冬季施工质量措施加以保护，确保混凝土强度的增长与形成。

1 水泥混凝土的防冻机理

已有的研究成果证明，水泥混凝土的冻害主要源于水泥石结构中毛细孔内游离水的结冰冻胀，并且由于冻胀引发了静水压、渗透压的失衡，会导致周围其他孔溶液进一步向毛细孔中聚集，使毛细孔中的冰晶进一步聚变成较大的扁平冰聚体，当以上静水压力、渗透压力和冻胀力的合力超过混凝土的容许抗拉应力时就会造成混凝土内部结晶骨架的破坏和强度损失。

根据以上理论，笔者认为在水泥混凝土冬季施工过程中，防冻才是第一位的，只要消除了游离水结冰冻胀的可能，就消除了水泥混凝土遭受冻害的基础。虽然也有其他研究证明水泥石中的胶凝孔、封闭的气孔会降低冰点和降低静水压力，建议使用引气剂或其他办法提高混凝土的抗冻性，但是大量实验证明，只要混凝土受冻就会造成强度降低，其强度损失的可控性和后期影响很难评估，所以提高混凝土的抗冻性，只可以作为一种辅助手段而不应当成为首要选择。

2 水泥混凝土的冬季施工措施

水泥混凝土的施工是一个集拌合、运输、浇筑、养护等工序的综合生产活动，冬季施工时对每一个环节都应该认真考虑，紧紧围绕“防冻”工作进行组织管理，重点把握以下几方面。

2.1 水泥混凝土原材料加热及出料温度的控制

为达到混凝土出机温度不低于10℃的规范要求，一般首先要对拌合用水进行加热，一是因为加热水设备简单，水在混凝土中的比重不大;二是水的比热容很大，同质量的水降低1℃所释放的热量是砂石料的4倍多，可以迅速提高混合料的温度。但是仅对水加热的适用条件是有限的，经对本项目水下混凝土配合比进行热工推导可知:如拌合用水加热到50℃(该温度一般为现场可能达到的实际最高平均值)，在不考虑到拌合期间的热量流失的情况下，使出料温度达到规范要求的前提是外界温度不能低于0℃。否则当集料内部平均温度低于0℃时，因砂石料中的冰具有很大的比热容和溶解热，会消耗掉大量热量，大幅降低出料温度。所以当气温低于0℃时，除了要想办法提高拌合水的温度，还要同时对砂石料加温至5℃以上，才能确保出料温度不低于10℃。

对于隧道的喷射混凝土和砌筑砂浆，由于用水量很小，所以对砂石料加热就显得更为必要，必须确保其最低温度不低于10℃。

某标段每立方米混凝土材料用量(砂含水量为4%，其他含水量忽略)如表1所示。

表1 混凝土材料用量 kg

混凝土拌合温度理论计算结果见表2。

表2 混凝土拌合温度理论计算结果 ℃

1)各种材料的比热容参数如下:

水 4.2 kJ/(kg·℃)，砂石 0.92 kJ/(kg·℃);

水泥 1.88 kJ/(kg·℃)，冰 2.1 kJ/(kg·℃);

冰溶解热:336 kJ/kg，粉煤灰 1.88 kJ/(kg·℃)。

2)在运料过程中，因外部风力和气温的原因会导致混凝土温度有所降低，因此要加强混凝土运输过程中的保温，缩短拌和与浇筑的时间间隔。

3)水化热是一个缓慢的释放过程，在浇筑完成后，依靠水化热能够保证冻土以下桩基础混凝土的温度，冻土以上的混凝土要采取保温措施，加强养护，确保质量。

2.2 原材料的加热保温方法

根据物理学原理，热量的传递有辐射、对流和传导三种方式，所以我们应当尽量采用减少无效的辐射、加大传导面积和利用对流规律的综合措施来利用热能。经过综合分析比较，对砂石料仓进行全面封闭、在料堆下设地暖、上盖苫布是最有效的手段，而对整个料棚加热的做法是不可取的，特别是用明火加热，还容易产生煤灰污染集料，更应禁止;对于拌合用水，比较有效的方法是在水箱中安装电热棒或使用蒸汽加热，同时做好水箱的围裹覆盖。

2.3 防冻剂的使用

对于在冬天进行露天施工的构造物，除非搭设暖棚，否则在混凝土浇筑时对模板和钢筋加热、或者进行砌体加温都是不太现实的。混凝土拌合和运输过程的加温保温也只是冬季施工工序中的措施之一，在后续环节中一定会面临温度的不断降低，因此为了确保施工过程中混凝土或砂浆不至于受冻、确保在较低温度下继续水化反应，对此类混凝土或砂浆掺加没有腐蚀成分的防冻剂就是一项较为稳妥和方便的措施。

需要强调的是，有研究证明:掺加了防冻剂的混凝土虽然在其允许使用的低温环境下不致发生冻害，但其同体试件的28 d强度与正温环境下的试件比较仍有一定差距。因此从管理角度来说，防冻剂的使用只能作为一种保险预防措施，现场仍需进行正温蓄热或加热养护。

2.4 构造物实体养护

重视混凝土的出料温度、忽视构造物实体的养护是冬季施工中最常出现的问题。

对于实体的养护，必须加温、保温并举，尽量缩小空间、提高温度、延长覆盖时间，这就要求加热设备轻便、安全、高效，保温设施经济、方便、耐用。根据经验，小型的热风机和低压蒸汽小锅炉都是不错的加温设备，而350 g防水土工布结合彩条布则是很好的覆盖材料。特别值得注意的是，采用钢模板的实体工程，因钢模板散热快，如果不及时进行蓄热养护，极易使混凝土侧面遭受冻害，因此对于冬季浇筑完的混凝土，外侧周边的养护比内侧更为重要。

3 结语

在公路工程施工中，常规的冬季施工措施和要求已为大家所熟知，但是实际的效果却很难令人满意。笔者根据实际工作经验，从关键环节着眼，提出以“防冻”而非“抗冻”为水泥混凝土冬季施工的工作原则;主张在材料存储、混凝土拌合、运输、浇筑、养护等环节多种措施并举，以降低不确定因素的影响，提高质量安全系数;倡导因地制宜地选择成本低、自主性大、简便易行的方法。只要大家围绕以上思路，通过认真的策划、交底、实验和改进，最终一定能够研究制定出适合本项目的冬季施工措施和方法，确保工程又快又好地向前推进。

［1］ JTGT F50-2011，公路桥涵施工技术规范［S］.