混凝土冬期施工原理及防范措施

王荣利

我国许多地方有较长的寒冷季节，受自然气候影响，加之工程建设进度需要，有时不可避免要进行冬期施工，由于在冬期施工中，长时间的持续负低温，大的温差、强风、降雪和反复的冰冻，经常会造成建筑施工的质量事故。虽然冬期施工会对混凝土质量带来不利影响，只要采取适当的施工方法， 同样会取得较好的时施工效果。

1.混凝土的冻害及冬期施工原理

混凝土受冻害损伤可以分为两种情况：（1）剥落脱皮是由于冻融引起的混凝土表面材料的损伤；（2）内部损伤是表面没有可见效应而在混凝土内部产生的损害，它导致 混凝土性质改变（如动弹性模量降低）。至于新拌混凝土受冻害后则会导致混凝土冻胀破坏。

根据当地气温资料，当室外日平均气温连续5天稳定低于5℃即进入冬期施工。新浇筑混凝土中的水可分两部分：一是吸附在组成材料颗粒表面和毛细管中的水，这部分水能使水泥颗粒起水化作用，称为“水化水”；二是存在于组成材料颗粒空隙之间的水，称为“游离水”，它只对混凝土浇筑时的和易性起作用，在某种意义上说，混凝土强度的增长取决于在一定温度条件下水化水与水泥的水化作用及游离水的蒸发。因此，混凝土强度增长速度在湿度一定时就取决于温度的变化。当温度降至混凝土冰点温度（新浇混凝土冰点为-0.3至-0.5℃）以下时，混凝土中的游离水开始结冰，气温降至-4℃时，水化水开始冻结，水与水泥可以产生水化反应，而冰却不能与水泥进行水化反应，使得水泥水化反应不充分甚至停止。结冰后的水体积膨胀约8%～9%，从而在混凝土内部产生强大的冰胀应力，使强度尚低的混凝土内部产生微裂隙，同时降低水泥与砂石和钢筋的粘结力，导致结构强度和耐久性降低。受冻的混凝土在解冻后，其强度虽能继续增长，但已不能达到原设计的强度等级。试验证明，混凝土的早期冻害是由于内部的水结冰所致。混凝土在浇筑后立即受冻，抗压强度损失约50%，抗拉强度损失约40%。如果混凝土受冻前已经具备抵抗冻胀应力的强度，则混凝土内部结构就不致遭受冻结的损害。

防止混凝土冬期施工中早期冻害的措施有两类：一是早期增强。主要是提高混凝土的早期强度，使之尽早达到混凝土受冻临界强度。具体措施有：使用早强水泥或超早强水泥，掺早强剂或超早强剂，早期保温蓄热，早期短时加热等；二是改善混凝土的内部结构。具体做法是增加混凝土的密实度，排除多余的游离水，或掺入减水型引气剂，提高混凝土的抗冻能力。还可掺防冻剂，降低混凝土的冰点温度。

2.混凝土在冬期施工时应采取的措施

2.1混凝土冬期施工对材料的要求

冬期施工中配制混凝土用的水泥，应优先选用活性高、水化热大的硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥.水泥强度等级不应低于42.5级。最小水泥用量不宜少于300Kg/m3。水灰比不应大于0.6.使用矿渣硅酸盐水泥时，宜采用蒸汽养护，掺用防冻剂的混凝土严禁使用高铝水泥。

混凝土所用骨料必须清洁，不得含有冰雪等冻结物及易冻裂的矿物质。冬期骨料所用贮备场地应选择地势较高不积水的地方。

2.2混凝土冬期施工的搅拌及运输

混凝土拌制应采取加热水法，水箱四壁用120mm砖砌体砌筑围护以提高水温，混凝土施工时间每隔半小时测量一次水温、混凝土入模温度及环境温度，并做好温度记录。梁板中的冰雪冻块在混凝土浇筑之前一定要将其熔化并将水放掉；确保无冻块，混凝土在浇注过程中在模板下面间隔6m设一火盆对模板底部进行烘烤，时间要求从混凝土浇筑时间开始制混凝土浇筑完成72小时内不间断。操作人员注意防火！

混凝土不宜露天搅拌，应尽量搭设暖棚；优先先用大容量的搅拌机，以减少混凝土的热量损失。搅拌前用热水或蒸汽冲洗搅拌机。冬期混凝土的拌合时间应比常温规定时间延长50%。经加热后的材料投料顺序为：先将水和砂石投入拌合，然后加入水泥。这样可防止水泥与高温水接触时产生假凝现象。混凝土拌合物的出机温度不宜低于10℃.为减少运输时间和距离，应使用大容积运输工具并采取必要的保温措施。保证混凝土入模温度不低于5℃。

2.3混凝土冬期施工的浇筑

混凝土在浇筑前，应清除模板和钢筋上的冰雪和污垢，尽量加快混凝土的浇筑速度，防止热量损失过多。遇下雪天气绑扎钢筋，绑好钢筋的部分应加盖塑料布，减少集雪清理难度。砼浇筑前及时将模板上的冰、雪清理干净。泵送砼的管道采取保温材料包裹，保证砼在运输中，不得有表层冻结、砼离析、水泥浆流失、坍落度损失等现象。冬期不得在强冻胀性的地基土上浇筑混凝土；当在弱冻胀性地基土上浇筑混凝土时，地基土应进行保温，以免受冻。对加热养护的现浇混凝土结构，混凝土的浇筑程序和施工缝位置，应能防止在加热养护时产生较大的温度应力。当分层浇筑厚大的整体结构时，已浇筑层的混凝土温度，在被上层混凝土覆盖前，不得低于2℃。冬期施工混凝土振捣应采用机械振捣，振捣时间应比常温时有所增加。

2.4混凝土冬期施工中外加剂的应用

氯盐类外加剂：氯化钠、氯化钙价格便宜、但对钢筋有锈蚀作用，在下列工作环境中的钢筋混凝土结构中不得掺用氯盐：在高湿度空气环境中使用的结构；处于水位升降部位的结构；露天结构或经常受水淋的结构；有镀锌钢材或铝铁相接触部位的结构，以及有外露钢筋、预埋件而无防护措施的结构；与含有酸、碱和硫酸盐等侵蚀性介质相接触的结构；使用过程中经常处于环境温度为60℃以上的结构；使用冷拉钢筋或冷拔低碳钢丝的结构；薄壁结构、中级或重级工作制吊车梁、屋架、落锤或锻锤基础等结构；电解车间和直接靠近直流电源的结构；直接靠近高压的结构；预应力混凝土结构。

（1）硫酸钠-氯化钠复合外加剂：有硫酸钠2%、氯化钠1%～2%和亚硝酸钠1%～2%组成。这种外加剂不能用于高温湿热环境及预应力结构中。

（2）亚硝酸钠-硫酸钠复合外加剂：由亚硝酸钠2%～8%加硫酸钠2%组成。这种外加剂在负温下有较好的促凝作用，能使混凝土强度较快增长，且对混凝土有塑化作用，对钢筋无锈蚀作用。

（3）三乙醇胺复合外加剂：由三乙醇胺0.5%、氯化钠0.5%～1%、亚硝酸钠0.5%～1.5%组成。三乙醇胺在早期正温条件下起早强作用，当混凝土内部温度下降到0℃以下时，氯盐又在其中起抗冻继续硬化的作用。

3.混凝土冬期施工的常用养护方法

3.1蓄热法

其要点为：不是连续浇筑的工程，尽量采用上午浇筑，下午气温较高时蓄热的办法，力争提高混凝土的初期强度；每隔2～4h检查一次温度，做好记录，如发现混凝土温度低于施工方案计划的温度时，应采取补加覆盖材料、人工加热等补充措施。

3.2暖棚法

常适用于严寒天气施工的地下室、人防工程或建筑面积不大而混凝土工程又很集中的工程。用此种方法养护混凝土时应注意：暖棚内的温度不得低于5℃，并应保持混凝土表面湿润；如采用火炉热源，必须设排烟装置，以防二氧化碳影响混凝土的性能；热源如属于干热性质，应同时设置水盆，以提高室内湿度；热源应均匀布置，使棚内各部位温度一致；应安排专人管理热源，防止发生火灾。

3.3蒸汽加热法

（1）蒸汽孔道的留设：内部通气法留孔的方法与后张法预应力筋留孔法相似。混凝土终凝后抽出预埋管，形成通气孔道，再用短管连接蒸汽管道。管道布置的原则是使加热温度均匀，埋设施工方便，留孔位置应在受力最小的部位，孔道的总界面面积不应超过结构截面面积的2.5%；（2）蒸养温度的确定：硅酸盐及普通水泥拌制的混凝土，蒸养温度不得超过80℃，对矿渣水泥和火山灰质硅酸盐水泥拌制的混凝土可提高到85～95℃；（3）降温时间的确定：在降温阶段会引起混凝土失水，表面干缩。如降温过快，内外温差会使混凝土表面产生裂缝。蒸汽加热时应采用低压饱和蒸汽，加热应均匀，混凝土达到强度后，应排除冷凝水，把砂浆灌入孔内，将预留孔堵死。

3.4电加热法

应使用交流电，不得使用直流电。电极的形式、尺寸、数量及配置应能保证混凝土各部位加热均匀，且仅应加热到设计的混凝土强度标准值的50%。内部电极法适用于梁、注、厚度大于150mm的板、墙及设备基础。含筋较少的墙、柱、梁，大型柱基础以及厚度大于200mm单侧配筋的板；表面电极法适用于条形基础、墙及保护层大于50mm的大体积结构和地面等。

【参考文献】

[1]设部人事教育司编写.混凝土工.建中国建筑工业出版社.

[2]彭尚银，杨南方编.混凝土结构工程施工质量问答.中国建筑工业出版社.

[3]河北省工程建设质量监督检测管理总站编写.建设工程质量监督与管理.中国建筑工业出版社.