混凝土冬季施工技术探讨

　　摘要：本文通过对混凝土拌合物的凝结硬化原理分析，主要从混凝土冬季施工原理、施工特点、施工常见方法、施工工艺、质量控制与预防的角度分析影响混凝土冬季施工质量的各种因素，结合进度、质量、提出了合理的建议与预防措施，保证冬季混凝土施工质量。

　　关键词：混凝土,冬季施工,运输,养护,浇筑,预防措施

　　一、混凝土冬季施工的一般原理

　　混凝土浇筑后逐渐凝结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，逐渐由液相变为固相，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由液相变为固相时，水泥水化作用基本停止，此时强度就不再增长。

　　水变成冰后，体积约增大9%，同时产生约2500kg/cm²的冰胀应力。这个应力值常常大于水泥石内部形成的初期强度值，使混凝土早期受冻破坏而降低强度。此外还会在骨料和钢筋表面上产生颗粒较大的冰凌，减弱水泥浆与骨料和钢筋的粘结力，从而影响混凝土的抗压强度。当冰凌融化后，又会在混凝土内部形成空隙，而降低混凝土的密实性及耐久性。

　　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。混凝土化冻后继续养护，其强度还会增长，不过增长的幅度大小不一。预养期长,后期强度几乎没有损失;而预养期短，混凝土受冻后，后期强度都有不同程度的损失。由此可见，混凝土冻结前，要使其有一段预养期，加速水泥的水化，使混凝土获得不遭受冻害的临界强度，即可达到预期效果。

　　混凝土受冻临界强度应符合下列规定：采用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥配制时，应为设计强度标准值的30%，采用矿渣硅酸盐水泥配制的混凝土，应为设计强度标准值的40%，但混凝土强度等级为C10及以下时，不得小于5MP.

　　二、 混凝土冬期施工特点

　　2.1冬季混凝土施工易造成工程质量事故且事故隐蔽性、滞后性强。

　　2.2 混凝土冬季施工的计划性和准备工作时间性强。往往有一些质量事故的发生,都是由于这一环节跟不上,仓促施工造成的。

　　三、混凝土冬季常用施工方法

　　从上述分析可以知道，在冬季混凝土施工中，主要解决三个问题：一是如何确定混凝土最短的养护龄期，二是如何防止混凝土早期冻害，三是如何保证混凝土后期强度和耐久性满足要求。在实际工程中，应根据实际情况来选择合理的施工方法。目前，基本上采用以下4种方法。

　　3.1调整配合比方法(主要适用于在0℃左右的混凝土施工)，具体做法：

　　3.1.1使用早强硅酸盐水泥。该水泥水化热较大且在早期放出的强度高。

　　3.1.2尽量降低水灰比，稍增水泥用量，从而增加水化热量，缩短达到临界强度的时间。

　　3.1.3掺用引气剂。在保持混凝土配合比不变的情况下，加入引气剂后生成的气泡，相应增加了水泥浆的体积，提高拌和物的流动性，改善其粘聚性及保水性，缓冲混凝土内水结冰所产生的水压力，提高混凝土的抗冻性。

　　3.1.4掺加早强外加剂，缩短混凝土的凝结时间，提高早期强度。

　　3.1.5选择颗粒硬度高和缝隙少的集料，使其热膨胀系数和周围砂浆膨胀系数相近。

　　3.2 蓄热法

　　主要用于气温-10℃左右，结构比较厚大的工程。做法是：对原材料(水、砂、石)进行加热，使混凝土在搅拌、运输和浇灌以后，还储备有相当的热量，以使水泥水化快，并加强对混凝土的保温，以保证在温度降到0℃以前使新浇混凝土具有足够的抗冻能力。

　　3.3 外部加热法

　　主要用于气温-10℃以上，而构件并不厚大的工程。通过加热混凝土构件周围的空气，将热量传给混凝土，使混凝土处于正温条件下硬化。

　　3.4 抗冻外加剂法

　　在-10℃以上的气温中，对混凝土拌和物掺加一种能降低水的冰点的化学剂，使混凝土在负温下仍处于液相状态，水化作用能继续进行，从而使混凝土强度继续增长。

　　上述4种冬季施工方法都有利有弊，其适用范围都受一定条件的制约。应根据工地现有条件，采用一种或两种以上施工方法结合作用。

　　四、混凝土冬季施工工艺

　　4.1 混凝土的基本要求

　　4.1.1 冬季施工的混凝土宜选用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥,水泥标号不宜低于32.5,每立方米混凝土中的水泥用量不宜少于300kg,水灰比不应大于0.6,并加入早强剂,有必要时应加入防冻剂。

　　4.1.2 为减少冻害,应将配合比中的用水量降至最低限度,办法是:控制坍落度,加入减水剂,优先选用高效减水剂。

　　4.1.3 模板和保温层,应在混凝土冷却到5℃后方可拆除,当混凝土与外界温差大于20℃时,拆模后的混凝土表面,应临时覆盖,使其缓慢冷却。

　　4.1.4 未冷却的混凝土有较高的脆性,所以结构在冷却前不得遭受冲击荷载或动力荷载的作用。

　　4.2 混凝土的拌制

　　4.2.1 拌制混凝土用的骨料必须清洁,不得含有冰雪和冻块,以及易冻裂的物质.

　　4.2.2 拌制掺外加剂的混凝土时应根据外加剂的形态(粉剂或液体),分别采用合理的方法使用，且搅拌时间应取常温搅拌时间的1.5倍。

　　4.2.3混凝土中添加防冻剂时,严禁使用高铝水泥

　　4.2.4。严格控制混凝土水灰比,由骨料带入的水分及外加剂溶液中的水分均应从拌合水中扣除。

　　4.2.5混凝土拌合物的出机温度不宜低于10℃,入模温度不得低于5℃。

　　4.3 混凝土的运输和浇筑

　　4.3.1 混凝土搅拌场地应尽量靠近施工地点,以减少材料运输过程中的热量损失,同时正确选择运输用的容器。

　　4.3.2 混凝土浇筑前,应清除模板和钢筋上特别是新老混凝土(如梁,柱交接处)交接处的冰雪及垃圾.

　　4.3.3 当采用商品混凝土时,在浇筑前,应了解商品混凝土中掺入抗冻剂的性能,并做好相应的防冻保暖措施。

　　4.3.4 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,不应低于计算规定的温度也不得低于2℃。

　　4.3.5 现场除了留置好常规试块，同时按规定留置好测临界强度的试块。。

　　4.4 混凝土的养护

　　4.4.1 冬季浇筑的混凝土,由正温转入负温养护前,混凝土的抗压强度不应低于设计强度的40%,对于C10以下的混凝土不得小于5Mpa。

　　4.4.2浇筑完的混凝土表面应先覆盖塑料薄膜,上部再覆保温材料，采用的保温材料(草袋,麻袋),应保持干燥。拆模后的混凝土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。

　　4.4.3 在模板外部保温时,除基础可随浇筑随保温外,其它结构必须在设置保温材料后方可浇筑混凝土。

　　五、冬季施工的质量控制

　　混凝土冬季施工，尤其是在寒冷地区，为防止混凝土早期受冻，一般都要求混凝土有较高的浇筑温度。对于大体积混凝土，浇筑以后其表面温度虽然较低，内部温度却因水泥水化热而上升。如果浇筑温度超过允许值，则应从加强浇筑以后的保温措施以减少内外温差。根据规范中规定混凝土的浇筑温度应符合设计要求。在大体积混凝土的浇筑温度，在温和地区不宜低于3℃，在寒冷地区不宜低于5℃，一般为5℃~8℃。

　　5.1 混凝土冬季施工早期质量控制

　　白天气温为正温，夜间气温为负温，本阶段的施工重点为骨料的保温及浇筑过程中的温度控制。混凝土浇筑尽量在白天进行，混凝土用热水搅拌并尽量减少倒运次数。浇筑后的混凝土及时覆盖保温。当日平均气温降至零下时，不能满足混凝土的浇筑及养生条件、工人劳动条件恶化，会影响混凝土的质量和工期。为确保工程顺利进行及混凝土的正常浇筑本阶段尽量采用搭设暖棚的方法进行施工。

　　5.2混凝土拌合料的加热

　　通过加热混凝土材料，使混凝土在搅拌、运输和浇筑以后，还蓄有相当的热量，具有适当的温度，以便不致受到冻害，并在一定的养护条件下硬化，逐步增长到所要求的强度。

　　5.2.1 拌合水的加热：

　　水的加热温度一般不超过80℃，极限可达到100℃，但应安排好投料顺序。加热的水不能与水泥直接接触，以免引起水泥的速凝与“假凝”。

　　5.2.2当将水加热到最高温度时还满足不了混凝土拌合温度的要求时，应考虑加热骨料。本工程所用砂石料用蒸汽直接加热法对粗骨料进行加热。

　　5.2.3 外加剂加热：

　　外加剂不得用蒸汽直接加热，外加剂加热应在稀释桶内进行，稀释外加剂的水使用热水，热水温度应以不上丧失外加剂的作用为限。

　　5.2.4水泥不允许以任何方式加热。

　　5.3防冻剂的使用

　　混凝土冬季施工拌合掺加防冻剂，使混凝土能在负温下硬化，并在规定的时间内达到足够的强度，使混凝土最终达到与常温养护相同的质量水平，这也是混凝土冬季施工方法的一种。防冻外加剂掺量或配制混凝土的水溶液的浓度，随混凝土的浇筑温度与养护温度不同而不同。混凝土的浇筑与养护温度越低，需要的溶液浓度就越高。

　　5.4混凝土的养护

　　在冬季施工条件下，若工程作业面全部覆盖在暖棚之下另有锅炉加热，在混凝土浇筑后可在混凝土表面覆盖上一层草帘子以起保温的作用，并洒水以保持表面湿润。

　　5.5混凝土冬期施工测温

　　5.5.1冬期施工的测温范围

　　冬期施工的测温范围：大气温度，水泥、水、砂子、石子等原材料的温度，砼棚室内温度，砼出罐温度、入模温度，砼入模后初始温度和养护温度等。

　　5.5.2测温方法和要求

　　根据测温点布置测温图，测温时按测温孔编号顺序进行。温度计插入测温孔后，堵塞住孔口，留置在孔内3~5min，然后迅速从孔中取出，使温度计与视线成水平，仔细读数，并记入测温记录表，同时将测温孔用保温材料按原样覆盖好。

　　现场测温结束时间：砼达到临界强度，且拆模后砼表面温度与环境温差≤15℃、砼的降温速度不超过5℃/h、测温孔的温度和大气温度接近。

　　六、混凝土冬季施工的质量通病以及预防措施

　　6.1 钢筋的锈蚀与混凝土裂缝

　　由于钢筋的氧化锈蚀伴生体积膨胀,致使混凝土沿主筋或箍筋方向产生裂缝。其次,水泥的安定性不良,混凝土的水灰比太大,早期强度低,失水太快也会引起开裂。混凝土内部水分由边缘向中心移动,形成压力也将引起轴向裂缝。

　　预防措施:(1)严格控制氯盐的掺量。 (2)限定量的氯盐掺入时应充分溶解或搅拌均匀,以防止偏折引起局部钢筋锈蚀。3.控制水泥质量和混凝土混合物水灰比,增大其密度性,防止水分转移。

　　6.2 结构疏散与水分转移

　　水分转移及结构疏散的混凝土,以表面呈冰晶、土黄色,砂浆骨料结合脆弱,声音空哑等为特征。同时由于混凝土内部压力差、温度、湿度差,使水分自边缘向中心移动造成空隙。

　　预防措施:(1)适当掺用以防冻剂-减水剂-早强剂-引气剂组成的复合外加剂,减少水灰比 (2)混凝土表面“冰封”利用其湿水性均为有效。

　　6.3 表面起灰

　　所谓“表面起灰”是以砂浆和粗骨料相脱离,表面起灰,骨料裸露为特征。主要是由于混凝土混合物水灰比太大,离析,泌水严重,粘聚性、保水性差,加上养护温度低,水泥水化趋于停止,混凝土水分迅速外离,导致表面起灰。

　　预防措施:严格控制水灰比,延长混凝土混合物搅拌时间,表面覆盖塑料薄膜保水。

　　6.4 结晶腐蚀-混凝土表面返霜

　　混凝土硬化后,某种外加剂溶液通过毛细管的作用渗到混凝土表面,而混凝土表面的水分则逐渐蒸干,此种情况还将影响混凝土与饰面层的结合。

　　预防措施

　　(1)适当控制外加剂的用量(最好不要超过水泥重量5~7%)

　　(2)外加剂充分溶解后适当延长搅拌时间。

　　(3)混凝土浇灌后,立即在其表面覆盖1~2层薄膜塑料。严防混凝土水分外移。

　　结语

　　随着科学技术的发展和施工工艺水平的提高，混凝土冬季施工将会出现更加便捷有效的方法，因此，应根据实际情况，选择合理的施工方法，以获得最优良的施工质量，但也应认识到，冬季施工无论采取什么样的措施，对混凝土浇筑质量都有不同程度的影响，应当避免或减少冬季施工时间，如果无法避免应确保混凝土的冬季施工各个环节紧密相连，各个部门要相互协调，现场施工人员要发挥积极作用，使工程在不利的施工条件下确保工程质量。

　　参考文献

　　[1]建筑工程冬期施工规范[S].

　　[2]钢筋混凝土结构设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社

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　　[4]吴钟瑾 建筑材料[M] 北京：水利电力出版社.2003

　　[5]袁光裕 水利工程施工[M] 北京：水利电力出版社.2004

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