冬季混凝土施工受凍問題分析

北方廣大地區(qū)有較長的寒冷季節(jié)，這些地區(qū)混凝土的冬季施工是必不可少的。從多年的施工實踐及研究的結果認識到，當環(huán)境溫度降至 5℃再不回升連續(xù) 5天以上時，只要采取適當?shù)氖┕し椒ǎ�避免新施工的混凝土不要早期受凍。使施工后的外露混凝土降�?℃以下，就會使工程有其它季節(jié)一樣好的效果。

1 冬季混凝土施工受凍問題分析

1.1 溫度與砼強度的關系

混凝土搗拌澆灌后之所以能逐漸凝結和有高的溫度，是由本身水化作用的結果。而水泥水化作用的速度除與混凝土組合材料和配合比有關外，主要是隨著溫度的高低而變化。當溫度升高時，水化作用加快，強度增長也快；而當溫度降至 0℃時，存在于混凝土中的游離水有一部分開始結冰，逐漸由液相變?yōu)楣滔啵�這時水泥水化作用基本停止，強度也不再上升。溫度繼續(xù)下降，當混凝土中的水全部結成冰，由液相變?yōu)楣滔鄷r，體積膨脹約9%，同時產(chǎn)生大約 20kN/m 的側壓力。這個應力值一般大于混凝土澆筑后內(nèi)部形成的初期強度值，致使混凝土受到程度不同的早期破壞而降低強度。此外當水結成冰后會在骨料和鋼筋表面產(chǎn)生顆粒較大的冰凌，這種冰凌會減弱水泥漿與骨料同鋼筋的粘結力，也會影響混凝土的抗壓強度。當氣溫回升冰融化后又會在混凝土內(nèi)部留下眾多的空隙和孔洞，降低混凝土的密實性和耐久性。

1.2 砼應預防早期凍害

由此可見在冬季混凝土施工中，水的形態(tài)變化是影響混凝土強度增長的關鍵因素。分析國內(nèi)外關于水在混凝土中的形態(tài)的一些資料可以看出，新澆灌的混凝土立刻凍結時，有80%以上的水變成冰，液相不足20%，水化反應極其微弱了；當混凝土經(jīng)過 24h的標準養(yǎng)護后再凍結，只有 60% 的水變成冰；當混凝土強度達到設計標準的50% 以上時，即使溫度降至-40℃以下，而含水量也維持在 60% 以下，還有 40% 的水未轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔啵�水化作用也能繼續(xù)進行。可以得出這樣一個結論：混凝土在澆灌后有一段養(yǎng)護期，對加速水化作用極為重要，因而應預防早期凍害。當混凝土在受凍前只有1h的養(yǎng)護期，強度損失會超過50%；在受凍前得到6h的養(yǎng)護期，強度損失不超過20。

混凝土在正溫氣候條件下繼續(xù)養(yǎng)護，其強度增長幅度是不相同的。對于預養(yǎng)期長初期強度達到 R28的 28% ～35% 的混凝土受凍后，后期強度基本不受影響；而塒于預養(yǎng)期較短，強度達到R28的 15% ～17% 時的混凝土受凍后，后期強度會受到一定影響，只能達到設計強度的 85% ～90% 。

只要混凝土在正溫下養(yǎng)護一定時間，使混凝土有一段水化時間，就不怕凍害的影響。混凝土不致受凍害的最低臨界強度國內(nèi)外有許多研究成果，我國的鋼筋混凝土施工及驗收規(guī)范(GB50204-92)第 7.1.2條明確規(guī)定：硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥的構件為設計的 30%，礦渣硅酸鹽水泥為設計的 40%，但 C8 級及 C8 級以下的混凝土不得低于 50kgf/cm2。可見受凍臨界強度與水泥品種和后期增長有一定關系。

2 混凝土冬季施工方法及措施

2.1 根據(jù)實際情況確定合適的施工方法

從以上淺析認識到，在冬季混凝土施上中，一般要解決和處理好以下幾個問題：一是如何確定混凝上最短最佳的養(yǎng)護齡期；二是如何防止混凝土早期受凍；三是如何使凍后混凝土的后期強度能達到設計的需要。在實際施工中，在根據(jù)施工現(xiàn)場氣溫變化、工程結構部位和數(shù)量、工期要求期限、水泥品種、外加劑、保溫材料性能和現(xiàn)場條件、供熱來源等情況，采取合適的施工方法和組織措施。一般情況下，同樣一個工程可以有多種方法和措施來保證工期和質(zhì)量，但最佳方案必須滿足工期短、造價低且質(zhì)量有保證。

只要混凝土在正溫下養(yǎng)護一定時間，使混凝土有一段水化時間，就不怕凍害的影響。混凝土不致受凍害的最低臨界強度國內(nèi)外有許多研究成果，我國的鋼筋混凝土施工及驗收規(guī)范(GB50204-92)第 7.1.2條明確規(guī)定：硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥的構件為設計的 30%，礦渣硅酸鹽水泥為設計的 40%，但 C8 級及 C8 級以下的混凝土不得低于 50kgf/cm2。可見受凍臨界強度與水泥品種和后期增長有一定關系。

2 混凝土冬季施工方法及措施

2.1 根據(jù)實際情況確定合適的施工方法

從以上淺析認識到，在冬季混凝土施上中，一般要解決和處理好以下幾個問題：一是如何確定混凝上最短最佳的養(yǎng)護齡期；二是如何防止混凝土早期受凍；三是如何使凍后混凝土的后期強度能達到設計的需要。在實際施工中，在根據(jù)施工現(xiàn)場氣溫變化、工程結構部位和數(shù)量、工期要求期限、水泥品種、外加劑、保溫材料性能和現(xiàn)場條件、供熱來源等情況，采取合適的施工方法和組織措施。一般情況下，同樣一個工程可以有多種方法和措施來保證工期和質(zhì)量，但最佳方案必須滿足工期短、造價低且質(zhì)量有保證。

2.2 目前條件下冬季施工采取的施工措施

2.2.1 調(diào)整最佳配合比

在氣溫 0℃左右時施工，應選用普通硅酸鹽水泥，其硅酸三鈣含量不低于 50%，細度達到4900/cm2細目篩余量< 15% 的水泥。這種水泥水化熱反應早，使早期強度提高快，一般三天的強度大約等于普通硅酸鹽水泥 7天的強度，效果較明顯；盡量降低水灰比，實際上是減少游離水，增加 水泥用量，增加幅度在50kgf/m3左右較合適，從而增加水化熱量，減短齡期使強度增長快；摻入早強劑和減水劑，提高早期強度，但摻量必須經(jīng)過試驗確定，計量以水泥重為依據(jù)，一般不超過水泥用量的 5%，少摻既無效果又浪費，多摻量反而會降低強度，另外增加含氣量。混凝土中加入4% ～6% 的含氣含量，可以截斷滲水通道，使孔隙互相封閉形成連貫毛細孔，從而提高混凝土內(nèi)密實性和耐久性。

2.2.2 采用蓄熱法

主要適用于氣溫≥-15℃且結構較厚大的現(xiàn)澆混凝土工程對原材料砂石和水進行加熱，使混凝土在攪拌、運輸和澆筑完成后．還儲備有相當?shù)臒崃浚�以使水化放熱加快，并加強對混凝土的保溫，以保持在溫度降�?0℃以前具有一定的抗凍能力。使用蓄熱法應是結構體積厚大，外露面積越小，通過表面散熱損失也會少，蓄有熱量則較多。因此要注意內(nèi)部少量降溫，且應注意保護外露及角邊以防受凍。此法工藝簡單，費用又少而可以有足夠的養(yǎng)護期限。

2.2.3 外加熱法

適用于氣溫在-15℃ 以下環(huán)境施工，而構件并不厚大的工程。通過加熱施工現(xiàn)場周圍的空氣，保持混凝土的環(huán)境溫度，或者直接對構件加熱，使混凝土處在正溫下正常硬化。使用熱源有火爐、蒸氣、暖棚、電及紅外線等工藝。

火爐加熱在較小的工地上應用。方法簡單但室溫不會很高且較干燥，特別是爐子里明火和聚集煙放出的二氧化碳會使新澆混凝土表面易碳化，影響表面光潔，是一種較原始的方法。

蒸氣加熱是采用蒸氣的溫度和濕度養(yǎng)護混凝土。此法比較簡單且易控制使得溫度均勻，廣泛應用在大型預制構件廠，一般小型工地施工不易辦到。但需要專門鍋爐設備和場地。熱損失大，費用高，工作環(huán)境也差。

暖棚法即在現(xiàn)場搭設工棚，使構件或基礎在棚內(nèi)正常溫度下施工。費用較高，因需建棚和加溫，常用于一些重點項目。

電加熱法是將鋼筋作為電極，戲?qū)㈦姛崞髻N在混凝上表面，使電能變?yōu)闊崮埽�以提高混凝土溫度。這種方法簡單方便，熱損失較少也容易控制。當構件較遠時．電加熱比蒸氣加熱要方便靈活，但耗電量大費用高。

2.2.4 防凍法

目前生產(chǎn)的防凍劑可應用在-10℃及其以下氣溫中施工。它是采用降低冰點，使混凝上中的水在負溫下仍處于液相狀態(tài)，使水化作用能繼續(xù)進行，從而改善孔結構，達到強度增長不受影響的目的。防凍法分為早強、負溫防凍和結構法等，常用防凍劑是亞硝酸鈉，它不但可以降低冰點，而且是極好的防銹劑，費用低，大小工地皆可使用。

2.2.5 綜合法

是同時采用任意的兩種以上保溫及防凍措施進行施工。應根據(jù)結構類型等特點，施工隊伍素哽和當?shù)啬茉礌顩r來確定方案，有以蓄熱為主輔以早期防凍的蓄熱綜合法，有以加熱為主輔以防凍，也有以防凍為主輔以蓄熱等。