2018浅谈混凝土冬季施工方法

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　　摘要：简要介绍混凝土冬季施工的定义，阐述混凝土冬季施工的原理，并综述了混凝土冬季施工的技术措施及冬季施工混凝土的养护方法。
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　　关键词：混凝土; 冬季施工; 技术措施; 养护
　　引言
　　随着经济的发展，生产力的极大提高，我国城市建设的规模不断扩大，混凝土成为现代工程中最常见、最普通的一种建筑材料。但是混凝土作为一种水硬性胶凝材料，在0℃以下不能进行水化反应，所以一些城市的城市建设由于受寒冷冬季的影响而不能进行正常施工，严重妨碍了城市建设步伐，延长了施工周期，增加了资金和管理成本，造成资金周转率降低、施工费用大幅增加。此外，在冬季施工中，由于降雪、反复冰冻、长时间的持续负低温的影响，难免导致在施工中会遇到一些问题。因此，冬季混凝土的施工质量控制则成为施工技术人员首要解决的问题。本文主要从以下几方面探讨混凝土冬季施工技术，为冬季施工的混凝土工程提供一定的参考价值。
　　1 冬季施工概念
　　根据中华人民共和国行业标准《建筑工程冬季施工规程》JGJ104-97施工技术规范规定，冬季施工的概念如下：当环境昼夜平均气温（最高和最低气温的平均值或当地时间6 h、14 h、21 h室外气温的平均值）连续3 d低于5℃或最低气温低于-3℃时，此时的施工叫冬季施工[1]。
　　2 混凝土冬季施工的原理
　　1、由于水泥的水化作用使得混凝土拌合物在浇灌之后逐渐凝结、硬化，直至获得最后强度[2]。而水泥水化作用的速度除与自身组成材料、配合比有关外，还受温度高低变化的影响。温度升高，水化作用的速度则随之加快，强度增长也较快；当温度降低到0℃时，存在于混凝土中的一部分水开始结冰，逐渐由液相（水）转变为固相（冰），导致参与水泥水化作用的水减少，水化速度减慢，强度增长相应减慢。当温度继续下降，混凝土中的水则完全变成冰，水化作用基本停止，强度则不再增长。
　　2、当水变成冰后，体积增大约9%，同时产生约2500 kg/cm2的冰胀应力。而水泥石的初期强度常常低于冰涨应力的值，使得混凝土受到不同程度的破坏而强度降低。此外，当水转变成冰后，在骨料和钢筋表面上还会产生颗粒较大的冰凌，导致骨料与水泥浆的粘结力减弱，使混凝土的抗压强度受到影响。冰凌融化后，在混凝土内部又会形成各种各样的空隙，导致混凝土的密实性、耐久性降低。
　　3、由此可知，水的形态变化是影响冬季施工混凝土强度增长的关键。为此，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，新浇注混凝土在冻结前有一段预养期，在预养期内，可以增加内部的液相，减少固相，使水泥的水化作用加速。试验研究还表明，混凝土预养期愈长，强度损失愈小。
　　4、混凝土化冻后（处于正常温度条件下）还应继续养护，其强度会增长，但增长的幅度各不相同。预养期长的混凝土获得初期强度较高，在受冻后，后期强度几乎没有损失。而对于预养期短的混凝土，由于初期获得的强度较低，在受冻后，其强度会受到不同程度的损失。
　　由此可见，如果混凝土在冻结前有一段预养期，则会加速水泥的水化作用，使混凝土获得不遭受冻害的最低强度，一般称为临界强度，即可达到预期效果。对于临界强度，各国规定的取值不同，我国的标准为不低于设计标号的30%，也不得低于35 kg/cm2。
　　3 混凝土冬季施工方法
　　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满足耐久性要求[3]。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，基本上采用以下4 种方法。
　　3.1 调整配合比方法
　　此种方法主要适用于在0℃左右的混凝土施工。具体做法如下：①选择适当品种的水泥。试验结果表明，应使用早强硅酸盐水泥。该种水泥早期强度最高，且水化热较大，一般约3 d抗压强度约相当于普通硅酸盐水泥7 d的抗压强度，作用效果较为明显。②尽量降低水灰比，选择较低的坍落度，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。在混凝土配合比保持不变的情况下，加入引气剂后生成的封闭气泡，增加了水泥浆的体积，使拌和物的流动性提高，粘聚性、保水性得到改善，水结冰所产生的水压力得到缓冲，提高了混凝土的抗冻性。④掺加早强剂、减水剂，缩短混凝土的凝结时间，提高早期强度。其掺入量以水泥质量为依据，一般不超过水泥用量的5%。另外，当混凝土中的含气量达到4%-6%时，可截断渗水通道，使孔隙互相封闭形成连贯毛细孔，从而提高混凝土内密实性和耐久性。⑤选择颗粒缝隙少、硬度高的集料，使其热膨胀系数和周围砂浆膨胀系数相近。
　　3.2 蓄热法
　　此种方法主要适用于结构比较厚大且气温在-10℃左右的工程。具体做法如下：将水、砂、石等原材料进行加热，使混凝土在搅拌、运输、浇灌以后，还有相当的热量得以储备，加快水泥水化放热的速度，以保证使新浇混凝土在温度降到0℃以前具有足够的抗冻能力。此法工艺简单、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。
　　3.3 外部加热法
　　此法主要用于气温-10℃以上，且混凝土构件并不厚大的工程。采用直接对混凝土构件加热，或通过加热混凝土构件周围的空气，将热量传给混凝土，使混凝土在正温条件下正常硬化。主要通过以下几种方式对其加热：①火炉加热。适用于较小的工地，方法简单，缺点是室内温度低，且干燥，放出的二氧化碳会导致新浇混凝土表面碳化，影响施工质量。②电加热。将电热器贴在混凝土表面，或将钢筋做电极，使电能转化成热能，来提高混凝土的温度。这种方法热损失少，简单、方便、易控制。不足之处是电能消耗量大。③蒸气加热。通过蒸气使混凝土在湿热条件下硬化。此法加热温度均匀、易控制。但因需专门的锅炉设备，费用高、热量损失大，且工作条件不理想。④红外线加热。用高温电加热器或气体红外线发生器，以高温电加热器或气体红外线生器，对混凝土进行密封幅射加热。
　　3.4 抗冻外加剂法
　　气温在-10℃以上时，在混凝土拌和物中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，继续进行水化作用，改善其内部孔结构，从而使混凝土强度继续增长。目前常用有复合抗冻剂等。
　　3.5 综合法
　　根据结构类型特点、施工队伍素质、当地能源状况同时采用任意的两种以上保温及防冻措施进行施工。如以蓄热为主辅以早期防冻的蓄热综合法，以加热为主辅以防冻，或以防冻为主辅以蓄热等。
　　4 冬季施工混凝土的养护
　　冬季施工的混凝土在浇筑完以后的养护及保温措施对混凝土的质量起着至关重要的作用。因为冬季施工中混凝土在浇筑后水分的蒸发，取决于周围空气的相对湿度和温度，以及引起混凝土表面空气湿度变化的风度。如，白天饱水的混凝土在晚上温度低的时候会失水；在寒冷气候中浇筑的混凝土，即使在饱和空气中，也会失水。急速的初期水化反应会导致水化物的不均匀分布。在养护温度较低的情况下，由于水化缓慢，具有充分的扩散时间，从而使水化物得以在水泥石中均匀分布。因此，混凝土在浇筑完以后要及时用草帘、麻袋、棉被等覆盖保温。且需保持干燥，即在覆盖物与砼之间垫一层厚的塑料薄膜，以防止覆盖物被水浸湿，且需延缓拆模时间。对于基础、承台等构件可采取用土掩埋的保温措施。
　　参考文献
　　[1]张向阳. 浅析混凝土冬期施工技术措施[J]. 建筑施工, 2010(38). 180-181.
　　[2]许丽萍. 混凝土冬季施工质量控制[J]. 建筑技术, 2011(11): 186.
　　[3]熊坚. 冬季混凝土施工技术探析[J]. 施工技术, 2011(116): 99-100.