混凝土冬季施工技术浅析

混凝土冬季施工技术浅析

秦四云

宁安市河道管理站

我省位于祖国东北边陲，是中国位置最北、纬度最高的省份。它介于东经121°11'一135°05'，北纬43°26'-53°33'之间。气候属寒温带大陆性季风气候，四季分明，冬季漫长。全省年平均气温在5℃～-4℃之间。无霜期为100天-160天，我省大部分地区的初霜冻在9月下旬出现，终霜冻在4月下旬至5月上旬结束，因而我省有较长的寒冷季节。

一、混凝土冬季施工的一般原理

混凝土拌和物浇注后之所以能逐渐凝结和硬化，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本身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。

混凝土凝固过程与周围的温度和湿度有密切的关系，温度越低，水化和凝固的速度就越慢，当温度降低到0℃时，水化作用几乎停止，这是由于存在于混凝土中的水有一部分开始结冰，逐渐由液态（水）变为固态（冰）。这时参与水泥水化作用的水减少了，因此，水化作用减慢，强度增长相应较慢；当温度在0℃以下时，存在于混凝土中的水完全变成冰，也就是完全由液态变为固态时，水泥水化作用完全停止，此时强度就不再增长了。水变成冰后，体积约增大9%，同时产生约2500千克每平方厘米的冰胀应力。这个应力值常常大于水泥石内部形成的初期强度值，使混凝土受到不同程度的破坏（即早期受冻破坏）而降低强度。此外，当水变成冰后，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各种各样的空隙，而降低混凝土的密实性及耐久性。，

当温度升高，冰融化后，水化作用仍将恢复。但混凝土受冻越早，其强度发展越慢，后期强度损失也越大。如果混凝土在浇筑后3～6小时遭受冻结，则强度至少降低50%以上，而且难以挽回。如果混凝土在浇筑后2～3天内遭受冻结，则强度会降低15%～20%左右。当混凝土强度达到设计强度50%以上（在常温下养护3～5天）再受冻时就对它的强度没有多大的影响，只不过强度增长比较慢，等到气温升高开冻以后仍能继续上升。并且能够到达和不受冻时一样的强度。如果日平均气温在5℃以下或最低气温在-3℃以下时，混凝土施工必须采用冬季施工措施，要使混凝土在强度到达设计强度50%以前不遭受冻结。

二、混凝土冬季施工措施选择

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，要根据施工时的气温情况，工程结构状况（工程量、结构厚大程度与外露情况），工期紧迫程度，水泥的品种及价格，早强剂、减少剂、抗冻剂的性能及价格，保温材料的性能及价格，热源的条件等，来选择合理的施工方法。一般来说，对于同一个工程，可以有若干个不同的冬季施工方案。一个理想的方案，应当用最短的工期、最低的施工费用，来获得最优良的工程质量，也就是工期、费用、质量最佳化。目前，施工中基本上采用以下几种方法。

（一）调整配合比方法和掺外加剂方法

主要适用于在0℃左右的混凝土施工。具体做法：①选择适当品种的水泥是提高混凝土抗冻的重要手段。试验结果表明，应使用早强硅酸盐水泥（大体积混凝土除外），该水泥水化热较大，且在早期放出强度最高，一般3天抗压强度大约相当于普通硅水泥7天的强度，效果较明显。②尽量降低水灰比，稍增水泥用量，从而增加水化热量，缩短达到龄期强度的时间。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。④掺加外加剂，在混凝土中掺入氯化钙或氯化钠等促凝剂，可以降低水分的冻结温度，提高混凝土的早期强度。通常当气温在5︿-5℃之间，加相当水泥重量2%的氯化钙，即可解决冬季混凝土的施工问题。

（二）原材料加热法

原材料加热法就是对拌制混凝土的骨料和水进行预热，然后再加入拌和机内进行拌合。通常状况下以对水加热最为简单。相对来说也好控制，而且水的比热约为骨料的5倍，加热效率也非常高。在日平均气温为-2︿-5℃时，可以只加热水拌合，当气温再低时才能考虑加热骨料，值得注意的是水泥绝对不能加热。

水的加热方法，一般小型工程可以用大锅或烧水锅炉直接加热，大型工程多选择用蒸汽加热。应注意的是水的加热温度不能超过80℃，并且要先将热水和骨料拌合后再加入水泥，以免水泥产生“假凝”（当水温超过80℃时，水泥颗粒表面形成一层薄的硬壳，使得混凝土和易性变差，而且后期强度低，这种现象叫做“假凝”）。

砂石加热的温度最高不能超过100℃，平均温度不宜超过65℃，并且应做到加热均匀，最简单的方法是把骨料堆放在钢板上用火烘炒，缺点是效率低，热量损失大，加热不均匀，一般多用于工程量少的小型工程，对于工程量大的大中型工程，常用蒸汽直接加热骨料，就是直接将蒸汽通到需要加热的砂石堆中，砂石堆表面要用帆布等盖好。防止热量损失。这种方法的优点是加热快，而且可以充分利用蒸汽中的热量；缺点是使砂石的含水量增加，而且含水不均匀，拌合时的加水量不利于控制。

（三）蓄热法

此法在水利工程中得到广泛的应用。主要用于日最低平均温度不低于-10℃，浇筑块表面率（表面积与体积比）小于5时的大体积混凝土工程。采用此法最合适不过了。做法是将浇筑好的混凝土在养护期间用保温材料加以覆盖，尽可能把混凝土在浇筑时所包含的热量和凝固过程中产生的水化热蓄积起来，以延缓混凝土的冷却速度，使混凝土在达到抗冻强度以前，始终保持正温。像草帘、锯末、稻草、炉渣、珍珠岩、麦秸等都是常用的保温效果好，而且价格便宜的保温材料。

此法工艺简单，施工费用不多，但要注意内部保温，避免角部与外露表面受冻，且要延长养护龄期。

（四）加热养护法

主要用于气温低于-10℃，当使用蓄热法不能满足要求，而构件体积较小的工程可以采用加热养护法，通过加热混凝土构件周围的空气，将热量传给混凝土，或直接对混凝土加热，使混凝土处于正温条件下能正常硬化。主要有以下方法：

①暖棚法。就是利用保温材料搭成暖棚，把整个结构围护起来，并在暖棚内点燃炉火或装设暖气管，保证棚内有较高的温度。此法费工费料，仅适用于天气比较寒冷，建筑物体积不大的场合，如预制混凝土板就有用此法的。

②蒸气加热。用蒸气使混凝土在湿热条件下硬化。此法较易控制，加热温度均匀。而且还能得到适当的湿度促进水化作用，使混凝土构件硬化更快，但因其需专门的锅炉设备，费用较高。这种方法常用来养护混凝土预制构件。

③电加热。将钢筋作为电极，或将电热器贴在混凝土表面，便电能变为热能，以提高混凝土的温度。此法简单方便，热损失较少，易控制，不足之处是电能消耗量大。

④红外线加热。以高温电加热器或气体红外线发生器，对混凝土进行密封幅射加热。

上述几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。但在严寒地区往往是同时使用，如在加热水拌制混凝土的同时，掺入早强剂，并采用蒸汽养护，效果非常显著。所以实际施工中应根据工地现有条件，采用几种方法结合施工。