混凝土冬季施工质量影响因素及工艺

2020-01-14罗福生皇甫泽华

河南水利与南水北调 2020年1期

宋歌罗福生王磊皇甫泽华

（1河南省水利第二工程局；2河南省前坪水库建设管理局）

0 引言

水利工程通常都具有任务重、时间紧，且建设周期性较强等特征，但为了确保工程能够在汛前运行，或者具备相关度汛条件，往往都会选择在冬季施工，这就会带来诸多难题，特别是混凝土施工受到气温变化的影响较大，明显降低的水化作用与强度，不论是给施工质量还是进度都会带来不利影响。因此，为了保证水利工程建设能够在冬季顺利开展，必须要对混凝土施工技术的应用研究给予足够重视。

1 混凝土冬季施工原理

混凝土浇筑完成直至到达最高强度，是水泥水化热作用的结果。水泥的水化作用随着温度的变化而变化。当温度升高，水化作用加快，混凝土强度增长较快；当温度低于0℃时，部分水会结成冰，水化作用会变慢；冰融化后，水化作用将会继续，但是会影响混凝土的强度。混凝土受冻越早，对混凝土的强度影响越大。

2 水利工程混凝土冬季施工质量影响因素

2.1 施工管理与冬季混凝土施工质量

在冬季水利工程施工的过程中，由于影响水利工程施工的温度、环境等因素特别多，所以施工的时候很容易出现质量问题。环境方面，水利工程施工区域受温度低的影响土基的质量不稳定。大体积混凝土伸缩缝的设计不科学、不达标。施工方面，因为水利工程混凝土配合比不达标，混凝土施工过程中振捣不符合要求，后期的混凝土养护及保温措施不到位等，都会导致混凝土施工质量问题的发生。

2.2 钢筋的锈蚀与混凝土裂缝的产生

在水利工程混凝土施工的过程中，因为钢筋的氧化锈蚀会使得混凝土的体积增大，导致混凝土沿着钢筋的走向发生混凝土裂缝。同样，如果水泥的安定性能不高，在水灰比较大的情况下，混凝土早期强度较低，也会因为失水而出现混凝土开裂的问题。在混凝土水分转移的过程中，混凝土的表面会产生空哑等问题。

2.3 温度对混凝土施工的影响

在冬季混凝土施工的时候，低温冻结因素的影响将会造成混凝土衬砌体的土体出现一定的外力，导致土体在冻胀影响下产生结构性变形。这种冻胀对混凝土的破坏力往往会贯穿整个混凝土的结构而作用在混凝土上面，对水利工程的坝体、基底等产生破坏。严重的时候，可能会导致整个水利工程的基础混凝土结构失效，从而引起混凝土整体结构断裂等问题。

3 水利工程混凝土冬季施工的关键工艺技术分析

3.1 水利工程冬季施工混凝土的选料技术分析

混凝土冬季施工的过程中，施工材料的选择非常重要。针对材料的选择有三点需要注意，首先是施工水泥，要选择具有高性能的施工用水泥，要求施工用水泥具有足够的抗寒性能，能够适应冬季的施工环境，尤其是低温状态下的施工环境，只有选择性能符合现场施工条件的水泥才能够有效提升混凝土的冬季施工强度和结构的稳定性，最大限度降低水泥在施工中的水热化现象。根据实际的施工经验来分析，冬季混凝土施工的过程中P.O42.5 的施工用水泥应用最为广泛，同时取得的效果也是最好的。P.O42.5施工用水泥最大的优点在于能够最大限度的控制混凝土施工中的水灰比，让混凝土在配比的过程中更加适应冬季施工的技术要求。其次是施工骨料的选择，要求施工骨料具有很强的稳定性能，避免在施工过程中出现骨料冻裂的问题。一旦骨料在冬季施工的过程出现了内部冻结物，就会严重影响施工骨料和施工水泥的施工性能，影响混凝土冬季施工的施工质量。最后是在混凝土冬季施工的准备过程中要对外加剂进行有效选择和控制，避免由于外加剂造成混凝土的质量受到影响。

3.2 施工混凝土配合比调整技术分析

首先，为了有效增强混凝土的抗冻性能，应结合实际情况选用更适合的水泥品种，如：强硅酸盐水泥的水化热性能就相对较强，且在早期阶段其强度更高。一般情条件下，3 d时拥有的抗压强度值通常都可以等同于普通水泥七天所拥有的强度值。其次，尽可能地降低水灰比例，根据实际需求，酌情增加水泥用量，提升水化热，从而使达到标准强度水平所需要的时间能够得到有效缩短。此外，也可以在保障混凝土标准混凝土的基础上，通过引气剂物质的适当添加来产生气泡增大水泥浆体积，以此来对拌合物的流动性能给予不断优化，促进保水性、粘聚能力的不断提升。同时，也能够降低混凝土内水形成冰所产生的压力，促进材料抗冻性能的逐步提升。

3.3 冬季施工混凝土拌和技术分析

拌和前应对拌和机用热水进行预热，拌和时间应比常温季节适当延长（通过试验确定），确保混凝土拌和均匀，不能夹杂冰屑。拌和时应选用热水拌和，如果热水满足不了温度要求再加热砂石骨料。拌和用水温一般不能超过60 ℃，以免造成假凝现象。如果水温超过60 ℃应改变投料顺序，将骨料与水先拌和，然后加入水泥。骨料的加热一般采用蒸汽加热，但加热最高温度不能超过60 ℃，若采用不加热骨料，则骨料中不能混有冰雪且表面不能结冰。

3.4 冬季施工混凝土浇筑技术分析

3.4.1 混凝土入仓

低温季节施工要提高混凝土浇筑强度，避免混凝土受冻和减少热量的散失。施工期日平均气温在0 ℃以上时，混凝土可在露天浇筑；日平均气温在-5 ℃以下时，应在暖棚内浇筑。混凝土入仓要注意保温，大体积混凝土的浇筑层厚≥30 cm，构件较小的混凝土要采取集中浇筑，保证混凝土蓄热所需要的温度。

3.4.2 外部加热技术

主要是通过加热混凝土构建结构四周的空气，然后向混凝土中传送，或者是根据实际需求，直接加热处理混凝土，保障混凝土材料能够在常温环境下逐渐硬化。一种是运用火炉加热，但这一方式通常只适用于规模较小的施工中，操作便捷简单，但往往很难取得显著效果，且燃烧中产生的二氧化碳也会影响混凝土结构质量；另一种是运用蒸汽加热，这种方法不仅可以为混凝土结构的硬化过程构建出湿热环境，且在具体运用中也很好控制，能够均匀加热，不足是实际运用中，需要运用专门锅炉，因此费用方面会有相对较多的投入，加热中也会损失较多热量。

3.4.3 蓄热技术

在具体运用中先针对所用石料、砂料等方面做好加热处理，以此来确保混凝土材料在运输、搅拌、甚至是完成浇筑后还能够拥有一定热量，来优化水泥水化效果，增强早期混凝土的强度。

3.5 水利工程冬季施工混凝土的养护施工技术分析

在水利工程冬季施工的过程中，混凝土的养护施工是一项必要且重要的施工技术。改变传统形式上的混凝土冬季施工养护技术，在混凝土浇筑的过程中要第一时间进行人工方式的混凝土振浆以及抹平。在水利工程混凝土铺筑完成以后，使用蓄热法保温进行混凝土的养护，需要加厚盖好，降低空气对流对混凝土凝结的影响。通过使用抗冻剂来提升混凝土的施工质量，外露的表面通过使用彩胶布加草袋覆盖的方法，禁止浇水养护。在水利工程混凝土养护初期的温度，要高于防冻剂规定的温度，如果不能达到这一规定的温度时，需要通过一定的保温措施来辅助实施。在遇到雨雪、冷空气等天气的时候，要停止混凝土的施工。