试析混凝土工程冬季施工技术防范对策

2014-12-22曾蕃青

创新科技 2014年4期

关键词：加热法抗冻冰冻

曾蕃青

（河南省信阳建筑总公司，河南信阳464000）

试析混凝土工程冬季施工技术防范对策

曾蕃青

（河南省信阳建筑总公司，河南信阳464000）

建筑工程施工中不同环境条件下对混凝土施工技术也提出了不同要求，尤其是冬季温度较低时，由于水的形态变化而影响到混凝土凝结强度，为此，加强冬季混凝土施工的技术防范，从现场施工特点、负温等方面提出有效的措施和建议。

混凝土；冬季施工；温度；要求；建议

混凝土是建筑工程施工中重要的材料之一，在工程施工中通过水泥来将砂、石子等集料按照一定的配比要求，经搅拌凝聚而成型。建筑工程中混凝土的强度是依靠水泥与水之间的水化作用而产生的，当环境温度较高时，水泥水化作用加快，当温度较低时，水泥水化速度降低，使得混凝土的强度也受到影响。冬季相对环境温度较低，对于新浇筑的混凝土来说，一旦遭遇低温冰冻，很容易因水的形态变化而致水泥颗粒与冰发生其他反应，从而因孔隙间冰的膨胀作用（当水结成冰时，其体积可膨胀约9%）而降低混凝土的强度值，也对建筑工程施工造成恶劣影响。

1 冬季进行混凝土施工时的作业特点

从混凝土施工要求来看，冬季施工中新浇筑混凝土的防冻是关键，特别是在温度较低的情况下，为了避免硬化初期的冰冻，必须从施工方案上、养护方法上积极应对，以确保施工效果的实现。通常在冬季进行混凝土施工时，需要从以下几个方面应对：一是从混凝土的作用机理看，混凝土凝结硬化过程的关键是水泥的水化作用，而水化的前提是在必要的环境温度条件下进行的，由于冬季气温较低，水的活性受到干扰，从而降低了水泥的水化速度和效果。尤其是零下温度水的固化结冰，对水泥的凝结造成直接影响，因冰的膨胀造成混凝土强度的降低；二是从混凝土初凝期的养护环境要求看，通常情况下，在5℃下持续养护28天的养护效果仅有标准养护效果的60%，而当温度降低至0℃以下时，因冰的膨胀而致骨料与钢筋表面产生冰凌，降低了钢筋与骨料间的黏结力，为此确保混凝土凝聚期适宜的环境温度也是关键；三是冬季混凝土施工的防范措施多以预热、保温，以及采取加热的方式提高施工环境的温度，因此对施工技术到施工费用上也提出了更高要求，通常冬季施工成本要比平时增加30%～50%的费用；四是混凝土施工质量问题的出现多在春融期发生，因发生较晚，处理质量问题的难度就相对较大，因此冬季浇筑混凝土，对施工方案的可靠性要求较高；五是我国北方气候容易受到寒流的影响，特别是大风加剧，都会给冬季混凝土施工及养护带来更多的问题，如养护期的失水问题等。

2 温度对混凝土凝结作用机理的影响分析

2.1 混凝土搅拌期水的冰洁与相变

水固化成冰的过程是放热过程，而冰的融化过程是吸热过程。在临界点0℃时，每1 000克的水凝结成冰需要释放33万焦耳的热量，同理，1 000克的冰融化成水将要吸收33万焦耳的热量。常压下纯水的冰点是0℃，而对于混凝土搅拌期水泥砂浆里、主要存在于水泥颗粒间的水，常压下当温度降低至零下3℃时才能凝结成冰。另外，由于水泥砂浆中水泥颗粒对拌和水的吸收作用，使其冰点温度发生变化，特别是水泥毛细管的涵养作用，只有外界温度更低时才能使得这些渗入到水泥颗粒间的水结成冰（零下40℃以上）。冬季混凝土搅拌过程中增加防冻剂，使得混凝土混合料的熔点更低，以确保拌和水能够保持液相水平。对于硬化水泥浆体来说，一部分拌和水与水泥发生化学反应，另一部分拌和水则游离在凝胶体间的空隙中，对于这些游离水，水化程度越高时，孔隙越小，硬化水泥浆体的含水率将减少。

2.2 负温对混凝土硬化过程的影响

混凝土在浇筑初期如果受到冰冻，将导致混凝土一系列的物理、力学变化，大大降低混凝土的强度，从而影响工程施工质量。为此，在冬季实施混凝土浇筑作业时，对浇筑前期、硬化初期的保温防范尤为重要。在混凝土硬化初期，拌和水与混凝土之间的饱和度较高，温度一旦降低将诱发冰冻，从而对混凝土中的饱和水产生膨胀影响。据测试，当混凝土凝固初期因冰冻而带来的混凝土强度值将损失近50%。对混凝土浇筑期及硬化初期的保温养护，关系到混凝土施工质量的可靠性。

混凝土硬化之后的养护期间，偶尔遭遇一次冰冻通常不会造成明显的影响，只有反复多次的冰冻后才会破坏混凝土的凝结质量。充分硬化的混凝土结构体中，水泥砂浆中游离的水含量决定了其抗冻能力，如果水泥砂浆的孔隙率较大，则毛细孔间的连通性导致游离水的量较大，从而诱发冰冻的危险较高，而要改善混凝土的抗冻能力，必须从强化混凝土的密实度和有效降低混凝土的渗透性入手，如减少水灰比值，适当提升水泥的用量；混凝土在干燥的环境下不易受到冰冻，在混凝土中增加一定量的引气剂，使得混凝土内部容纳无数的小气泡，可以有效地吸收游离水而减少内部的静力作用，从而减少和避免冰冻，以改善和提高硬化后的混凝土抗冻性能。

3 改善冬季混凝土施工的有效措施和方法

3.1 蓄热法以加热的方法来确保混凝土施工条件

控制冬季混凝土施工作业的环境温度，可以通过对原材料加热等方式，确保作业温度保持一定的要求，从而减少因温度过低而诱发的冰冻危害，特别是大型建筑工程结构施工时，更要发挥蓄热法的优势。需要注意的是，在对原材料进行加热，需要做好各工序的衔接，如在对水、砂、石进行加热时，要确保混凝土在搅拌期、运输期，以及浇筑前后保持相对的热量值，以便于确保水泥水化作用的有效发挥；对冬季混凝土温度的保持，要做好相应的防范，如覆盖保温布、延长混凝土的养护期，避免混凝土外露而引起冰冻。同时，蓄热法因施工技术简单有效，对冬季混凝土施工成本较低，是较为理想的施工方法。

3.2 外部加热法来构筑混凝土施工温度条件

外部加热法的实施通常适宜在零下10℃以上，特别是对于大结构的施工工程来说，为了获得较为理想的凝结环境，从构件周围的空气进行加热，实现对混凝土及其相关材料整体得到适宜的温度。在加热措施上，有火炉加热法，通过施工现场引入火炉，提高施工现场的整体温度值，促进混凝土快速有效硬化，通常施工工地空间较小时采用火炉加热法，其方法较为简单，其缺点是温度提升速度慢，易干燥，明火和烟气内大量的二氧化碳，对新浇筑的混凝土会造成表面碳化影响。蒸汽加热法的工作原理是利用蒸汽的温度和湿度促进混凝土的硬化效果。在蒸汽加热过程中，加热均衡且易控制，不足是必须依靠专用的锅炉设备，而且加热成本较高，仅适宜较为大型的施工项目，另外蒸汽加热法热量的散失较为严重，也给施工作业带来不利。电加热方法是在混凝土施工中，将钢筋作为电极或者采用外加电热器的方式促进混凝土表面温度的提升，将电能转换为热能电加热法对设备的要求不高，热损失较少，与蒸汽加热法相比更易控制且灵活方便，不足是对电能的消耗较大，施工成本较高，也增加了施工环境中的风险和事故率。暖棚加热法是针对冬季气温较低时，在工地上空搭建暖棚，既可以防范热量散失，又能为施工作业创造温度与湿度都相宜的环境，不足是搭建周期较长，且成本较高。红外线加热法是利用高温电加热或气体红外线发生器对混凝土进行有效的密封辐射加热处理，以改善混凝土的凝结和养护条件。

3.3 依靠混凝土各集料间的配合比来优化凝结能力

冬季混凝土施工作业适应外界环境条件上，可以通过对各集料的配比增强混凝土质量，其适宜的作业温度是0℃。具体施工中需要注意：一是对水泥品次的选择，要结合抗冻能力来选择高硅酸盐水泥，其水泥水化放热较大，特别有助于对混凝土早期抗冻能力的提升，同时其自身凝结效果较好，通常3天的抗压强度相当于普通水泥7天的强度；二是对水灰比的控制，适当降低水灰比，减少游离水含量，增加水泥的用量，从而缩短到龄期的混凝土强度；三是掺入一定量的引气剂，通过引气剂的渗入，有助于混凝土在搅拌期能够释放相当数量的微小气泡，在混凝土进入硬化后仍然能够保持较多的气泡，以改善混凝土的抗冻性能，冬季施工作业时，微小气泡能够增加混凝土的体积，促进混凝土搅拌的均衡流动，也提升了粘聚性和保水性，最大化地减缓了游离水的冰冻速度，也增强了冬季混凝土施工的抗冻标准；四是加入早强外加剂，早强剂是在混凝土硬化初期增强其早期强度，并对后期的养护带来益处，其主要原理是在初凝期能够较好地改善水泥的水化速度，大大缩短凝结时间，促进混凝土在固化早期就具有较强的硬度。不同的早强剂其掺入量也不一致，如复合早强试水剂其用量约为5%，硫酸钠早强剂其用量约为2%。五是对混合集料颗粒大小与强度来说，尽量选择硬度高且缝隙小的集料，使其膨胀系数与砂浆膨胀系数相近，从而减少膨胀差。

3.4 抗冻外加剂法提高负温对水的液相作用

使用抗冻剂主要是针对环境温度低于零下10℃时的混凝土工程施工，常用的抗冻剂有氯化钠、氧化钙，以及亚硝酸钠与氯化钠的复合剂，以增强混合物的冰点值，提高混凝土在负温下的液相状态。