冬季混凝土施工技術

我國許多地方有較長的寒冷季節。由于受工期制約，許多工程的混凝土冬季施工是不可避免的。國內外對混凝土冬季施工理論和方法的探索研究認為，當環境溫度降到4℃時，只要采用適當的施工方法，避免新澆混凝土早期浸凍，使外露混凝土與冬季氣溫保持較小溫差，也會取得像在天暖施工時的效果。

　　混凝土冬季施工的一般原理

　　混凝土拌和物澆灌后之所以能逐漸凝結和硬化，直至獲得最終強度，是由于水泥水化作用的結果。而水泥水化作用的速度除與混凝土本身組成材料和配合比有關外，主要是隨著溫度的高低而變化的。當溫度升高時，水化作用加快，強度增長也較快；而當溫度降低到0℃時，存在于混凝土中的水有一部分開始結冰，逐漸由液相（水）變為固相（水）。這時參與水泥水化作用的水減少了，因此，水化作用減慢，強度增長相應較慢。溫度繼續下降，當存在于混凝土中的水完全變成冰，也就是完全由液相變為固相時，水泥水化作用基本停止，此時強度就不再增長。水變成冰后，體積約增大9%，同時產生約2500千克每平方厘米的冰脹應力。這個應力值常常大于水泥石內部形成的初期強度值，使混凝土受到不同程度的破壞（即旱期受凍破壞）而降低強度。

　　此外，當水變成冰后，還會在骨料和鋼筋表面上產生顆粒較大的冰凌，減弱水泥漿與骨料和鋼筋的粘結力，從而影響混凝土的抗壓強度。當冰凌融化后，又會在混凝土內部形成各種各樣的空隙，而降低混凝土的密實性及耐久性。

　　由此可見，在冬季混凝土施工中，水的形態變化是影響混凝土強度增長的關鍵。國內外許多學者對水在混凝土中的形態進行大量的試驗研究結果表明，新澆混凝土在凍結前有一段預養期，可以增加其內部液相，減少固相，加速水泥的水化作用。試驗研究還表明，混凝土受凍前預養期愈長，強度損失愈小。混凝土化凍后（即處在正常溫度條件下）繼續養護，其強度還會增長，不過增長的幅度大小不一。對于預養期長，獲得初期強度較高（如達到R28的35%）的混凝土受凍后，后期強度幾乎沒有損失。而對于安全預養期短，獲得初期強度比較低的混凝土受凍后，后期強度都有不同程度的損失。由此可見，混凝土凍結前，要使其在正常溫度下有一段預養期，以加速水泥的水化作用，使混凝土獲得不遭受凍害的最低強度，一般稱臨界強度，即可達到預期效果。對于臨界強度，各國規定取值不等，我國規定為不低于設計標號的30%，也不得低于35千克每平方厘米。混凝土冬季施工方法的選擇

　　從上述分析可以知道，在冬季混凝土施工中，主要解決三個問題：

　　一是如何確定混凝土最短的養護齡期，二是如何防止混凝土早期凍害，三是如何保證混凝土后期強度和耐久性滿足要求。在實際工程中，要根據施工時的氣溫情況，工程結構狀況（工程量、結構厚大程度與外露情況），工期緊迫程度，水泥的品種及價格，早強劑、減少劑、抗凍劑的性能及價格，保溫材料的性能及價格，熱源的條件等，來選擇合理的施工方法。一般來說，對于同一個工程，可以有若干個不同的冬季施工方案。一個理想的方案，應當用最短的工期、最低的施工費用，來獲得最優良的工程質量，也就是工期、費用、質量最佳化。

　　目前，基本上采用以下4種方法。調整配合比方法

　　主要適用于在0℃左右的混凝土施工。具體做法：①選擇適當品種的水泥是提高混凝土抗凍的重要手段。試驗結果表明，應使用早強硅酸鹽水泥。該水泥水化熱較大，且在早期放出強度最高，一般3天抗壓強度大約相當于普通硅水泥7天的強度，效果較明顯。②盡量降低水灰比，稍增水泥用量，從而增加水化熱量，縮短達到齡期強度的時間。③摻用引氣劑。在保持混凝土配合比不變的情況下，加入引氣劑后生成的氣泡，相應增加了水泥漿的體積，提高拌和物的流動性，改善其粘聚性及保水性，緩沖混凝土內水結冰所產生的水壓力，提高混凝土的抗凍性。④摻加早強外加劑，縮短混凝土的凝結時間，提高早期強度。應用較普遍的有硫酸鈉（摻用水泥用量的2%）和MS?F復合早強試水劑（摻水泥用量的5%）。⑤選擇顆粒硬度高和縫隙少的集料，使其熱膨脹系數和周圍砂漿膨脹系數相近。

　　蓄熱法主要用于氣溫?10℃左右，結構比較厚大的工程。做法是：對原材料（水、砂、石）進行加熱，使混凝土在攪拌、運輸和澆灌以后，還儲備有相當的熱量，以使水泥水化放熱較快，并加強對混凝土的保溫，以保證在溫度降到0℃以前使新澆混凝土具有足夠的抗凍能力。

　　此法工藝簡單，施工費用不多，但要注意內部保溫，避免角部與外露表面受凍，且要延長養護齡期。

　　外部加熱法主要用于氣溫?10℃以上，而構件并不厚大的工程。通過加熱混凝土構件周圍的空氣，將熱量傳給混凝土，或直接對混凝土加熱，使混凝土處于正溫條件下能正常硬化。①火爐加熱。一般在較小的工地使用，方法簡單，但室內溫度不高，比較干燥，且放出的二氧化碳會使新澆混凝土表面碳化，影響質量。②蒸氣加熱。用蒸氣使混凝土在濕熱條件下硬化。此法較易控制，加熱溫度均勻。但因其需專門的鍋爐設備，費用較高。且熱損失較大，勞動條件亦不理想。③電加熱。將鋼筋作為電極，或將電熱器貼在混凝土表面，便電能變為熱能，以提高混凝土的溫度。此法簡單方便，熱損失較少，易控制，不足之處是電能消耗量大。④紅外線加熱。以高溫電加熱器或氣體紅外線發生器，對混凝土進行密封幅射加熱。

　　抗凍外加劑在?10℃以上的氣溫中，對混凝密封幅射加熱。

　　抗凍外加劑在?10℃以上的氣溫中，對混凝土拌和物摻加一種能降低水的冰點的化學劑，使混凝土在負溫下仍處于液相狀態，水化作用能繼續進行，從而使混凝土強度繼續增長。目前常用有氧化鈣、氯化鈉等單抗凍劑及亞硝酸鈉加氯化鈉復合抗凍劑。

　　上述4種冬季施工方法都有利有弊，其適用范圍都受一定條件的制約。應根據工地現有條件，采用一種或兩種以上施工方法結合作用。