混凝土冬期施工質(zhì)量控制

張 濤

(山西四建集團(tuán)質(zhì)量監(jiān)控部，山西太原 030012)

0 引言

JGJ/T 104-2011建筑工程冬期施工規(guī)程(以下簡稱《規(guī)程》)，已于2011年4月22日發(fā)布，2011年12月1日實(shí)施。該規(guī)程是在總結(jié)了冬期的施工實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，參考了國際標(biāo)準(zhǔn)和國外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)，廣泛征求了意見的基礎(chǔ)上，修訂而成。規(guī)程的發(fā)布，將對(duì)今后冬期施工中貫徹執(zhí)行國家的技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策，作到技術(shù)先進(jìn)、安全適用、經(jīng)濟(jì)合理、確保質(zhì)量、節(jié)能環(huán)保，發(fā)揮很大的作用。

冬期施工中最有現(xiàn)實(shí)意義和值得研究的課題之一就是混凝土的施工。大量的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)——框架、框剪、剪力墻、筒體、筏板、箱形基礎(chǔ)或一般構(gòu)件:樓梯、圈梁、構(gòu)造柱、陽臺(tái)、雨篷等都有在冬期條件下進(jìn)行施工的可行性。

冬期施工最主要的目的就是加快進(jìn)度，縮短工期，為下步施工的順利按期完成，或某一結(jié)構(gòu)施工段尚未完成恰又進(jìn)入冬期，為確保結(jié)構(gòu)整體質(zhì)量而必須進(jìn)行的施工。冬期施工最不利的是增加施工費(fèi)用和施工措施不當(dāng)，或嚴(yán)寒時(shí)節(jié)氣溫過低難以施工作業(yè)時(shí)，影響或降低工程質(zhì)量，造成強(qiáng)度降低或粗制濫造，外形失控的質(zhì)量狀況。

而混凝土工程能否在冬期進(jìn)行施工，關(guān)鍵在于所采取的正溫預(yù)養(yǎng)階段的措施怎樣，其目的是使混凝土在遭受凍結(jié)前達(dá)到臨界強(qiáng)度值，從而不影響混凝土后期強(qiáng)度的增長。

《規(guī)程》對(duì)“受凍臨界強(qiáng)度”在“術(shù)語”中解釋:“冬期澆筑的混凝土在受凍以前必須達(dá)到的最低強(qiáng)度”。也就是說:混凝土早期遭受凍結(jié)，結(jié)構(gòu)受到破壞，后期強(qiáng)度會(huì)受到一定損失，凍結(jié)時(shí)間越早，損失越大。因此究竟什么時(shí)間凍結(jié)，或者強(qiáng)度達(dá)到多少，混凝土再遭受凍結(jié)時(shí)對(duì)強(qiáng)度損失很小，或不損失。這就是關(guān)于“混凝土受凍臨界齡期和臨界強(qiáng)度”的概念。

所謂“臨界強(qiáng)度”，就是指新澆灌的混凝土達(dá)到某一強(qiáng)度時(shí)，遭到凍結(jié)，但當(dāng)恢復(fù)正溫養(yǎng)護(hù)后，混凝土的后期強(qiáng)度還能繼續(xù)增長，并達(dá)到某一要求值(一般應(yīng)達(dá)到95%及其以上的強(qiáng)度等級(jí)時(shí)所需要的最低初期強(qiáng)度值，損失值不超過5%)。

1 負(fù)溫度對(duì)混凝土的凍害及破壞機(jī)理

混凝土是一種人造石材，屬于多孔結(jié)構(gòu)，容易受到負(fù)溫度襲擊遭受凍害。混凝土凍害分兩種:

1)已硬化使用的混凝土受到凍融、凍害(硬化受凍)為抗凍性問題、與工程結(jié)構(gòu)混凝土耐久性有關(guān);

2)混凝土澆筑的硬化階段(可分為混凝土初齡受凍、幼齡受凍、成齡受凍)遭受初期凍害，使混凝土性能和強(qiáng)度受到損失或損害。這是施工問題，是對(duì)混凝土的施工方法、養(yǎng)護(hù)方案的評(píng)價(jià)尺度。

上述兩種凍害，在工程上的評(píng)價(jià)和檢驗(yàn)指標(biāo)不盡相同，我們主要考慮和解決的是混凝土冬期施工工藝問題。

混凝土中水是使水泥水化和硬化凝結(jié)的主要因素?！俺梢苍谒瑪∫苍谒?。水泥的四種礦物熟料(硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣、鐵鋁酸四鈣)與水發(fā)生水解水化反應(yīng)，生成水泥石。完全的、充分的水化需要的用水量為40%，其余水分殘留在水泥石的各種孔隙中。有膠凝孔中的膠凝水(約占水泥重量的15%，冰點(diǎn)溫度－78℃)。有毛細(xì)管內(nèi)的毛細(xì)水，是產(chǎn)生凍害的主要因素之一。還有混凝土中的氣泡水，為大孔水，在－0．2℃ ～－0．5℃下即開始凍結(jié)，對(duì)混凝土早期受凍影響大。至于水泥水解水化作用占水泥重量25%的化學(xué)結(jié)合水，是永遠(yuǎn)不凍的。當(dāng)大氣溫度使正在施工的混凝土溫度降低，使水由液態(tài)變成固相結(jié)構(gòu)時(shí)，會(huì)放出333．6 J熱量，而密度由1降至0．917，使水泥石內(nèi)部的毛細(xì)孔中的水分結(jié)冰，體積膨脹大約達(dá)9%，產(chǎn)生冰晶壓力，使混凝土出現(xiàn)凍脹變形，內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生微裂縫(受凍的混凝土表面顏色灰白，融化后，無粘結(jié)力，強(qiáng)度酥松，刻劃掉渣，完全的混凝土通體受凍，工程上實(shí)不多見)?；炷两?jīng)早期受凍后，不僅對(duì)抗壓強(qiáng)度有一定的損害，而且對(duì)其他性能，如鋼筋粘結(jié)強(qiáng)度;抗拉強(qiáng)度;抗凍性能及抗?jié)B性都有一定的損害。

大量試驗(yàn)和實(shí)踐表明，若混凝土澆筑后在初凝前或剛初凝立即受凍，混凝土初齡受凍，凍結(jié)很快，水分都還存在，水泥處于“休眠”狀態(tài)，恢復(fù)正溫養(yǎng)護(hù)后，強(qiáng)度發(fā)展上升，無損失或損失很小?；炷劣g受凍，即水泥初凝后，水化膠凝期間受凍(約水泥水化反應(yīng)2 h之后)，工程中混凝土絕大部分早期受凍都屬于這種類型。雖經(jīng)以后正溫養(yǎng)護(hù)，強(qiáng)度損失仍然很大，可達(dá)20%～50%以上?；炷脸闪钍軆?，是混凝土達(dá)到抗凍臨界強(qiáng)度的受凍，此時(shí)混凝土已具有抗凍的能力，混凝土受一次凍結(jié)后對(duì)強(qiáng)度的損失最多不超過5%，對(duì)抗壓強(qiáng)度沒有重大影響。所以在混凝土的幼齡期(水泥水化進(jìn)入凝聚結(jié)晶階段)，對(duì)其進(jìn)行一定正溫時(shí)間的預(yù)養(yǎng)護(hù)(達(dá)到一定預(yù)養(yǎng)強(qiáng)度)，再讓其遭受凍結(jié)，強(qiáng)度損失就不同了(因正溫預(yù)養(yǎng)護(hù)時(shí)間長短不同而異)，就可使其做到強(qiáng)度損失顯著減少或不損失。因此混凝土冬期施工“避免其早期受凍”尤為重要。一般情況下，混凝土澆筑后24 h內(nèi)絕對(duì)不能讓其受凍(水泥凝結(jié)、硬化有四個(gè)階段:初始反應(yīng)期(5 min左右)、休止期(2 h左右)、凝結(jié)期(10 h左右)、硬化期(10 h～24 h)，主要在24 h內(nèi)完成)。正溫預(yù)養(yǎng)階段(常溫的正溫指1℃ ～35℃，冬施為5℃ ～35℃，實(shí)際養(yǎng)護(hù)溫度多在5℃ ～15℃之間，規(guī)程規(guī)定入模溫度不低于5℃，而獲取的養(yǎng)護(hù)混凝土的熱源溫度也不可能很高)混凝土由入模溫度→升至最高溫度→降至0℃的時(shí)間至少應(yīng)保持72 h，以使混凝土達(dá)到受凍的臨界強(qiáng)度。具體工程的混凝土結(jié)構(gòu)冬期施工應(yīng)進(jìn)行方案編制，熱工計(jì)算，確定覆蓋保溫材料和厚度，預(yù)養(yǎng)周期、測(cè)溫觀察等。

2 抗凍臨界強(qiáng)度的規(guī)定

我國抗凍臨界強(qiáng)度值的發(fā)展趨勢(shì)越來越先進(jìn)，而且根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)形式和使用條件分別規(guī)定了不同要求的數(shù)值。對(duì)冬期澆筑的混凝土受凍臨界強(qiáng)度要求參照《規(guī)程》中6．1．1條的規(guī)定。

3 混凝土的正溫預(yù)養(yǎng)護(hù)方法

混凝土受凍臨界強(qiáng)度為負(fù)溫條件下混凝土冬期施工的重要質(zhì)量控制指標(biāo)之一。工程實(shí)踐中多采用蓄熱法、暖棚法、綜合蓄熱法進(jìn)行混凝土的冬期施工，多年經(jīng)驗(yàn)證明，是安全可靠的，也是容易實(shí)施和掌握的方法。規(guī)范中還提出電加熱法、蒸氣養(yǎng)護(hù)法、負(fù)溫法等。

蓄熱法養(yǎng)護(hù)混凝土和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)工程，是利用混凝土中加熱原材料的熱量和水泥在硬化過程中放出的熱量;同時(shí)又在構(gòu)件散熱表面上加以覆蓋保溫材料，使混凝土的溫度緩慢冷卻，保證混凝土在一定期限內(nèi)有正溫度的環(huán)境，從而達(dá)到混凝土抗凍的臨界強(qiáng)度或設(shè)計(jì)上和施工上要求的強(qiáng)度。綜合蓄熱法是通過保溫圍護(hù)結(jié)構(gòu)，使混凝土加熱拌制所獲得的初始熱量緩慢冷卻，并充分利用水泥水化熱和摻用相應(yīng)外加劑或者進(jìn)行短期加熱等綜合措施，使混凝土溫度在降至冰點(diǎn)(摻防凍劑的降低冰點(diǎn))前達(dá)到受凍臨界強(qiáng)度或受荷強(qiáng)度。

3．1 養(yǎng)護(hù)技術(shù)方法

3．1．1 蓄熱法的三個(gè)主要環(huán)節(jié)

1)原材料加熱。應(yīng)以熱水為主，其次熱砂;

2)混凝土養(yǎng)護(hù)。保溫材料覆蓋棉被、棉毯、塑料布;

3)熱工計(jì)算，加強(qiáng)測(cè)溫。

蓄熱法最適宜于初冬及開春兩個(gè)階段。最適宜于氣溫不低于－20℃地面以下工程及表面系數(shù)不大于5的結(jié)構(gòu)中采用。

3．1．2 綜合蓄熱法養(yǎng)護(hù)混凝土的三個(gè)關(guān)鍵技術(shù)條件

1)氣溫條件:最低氣溫－15℃以內(nèi)。

2)結(jié)構(gòu)體型條件:表面系數(shù)5m－1～15m－1。

3)保溫條件:散熱系數(shù)L(圍護(hù)層的總傳熱系數(shù)與結(jié)構(gòu)表面系數(shù)的乘積)為50 kJ/(m3·h·K)～ 200 kJ/(m3·h·K)。

其中，M為混凝土結(jié)構(gòu)表面系數(shù)，M=F/V，F(xiàn)為混凝土的冷卻表面積，m2，V為混凝土的體積。

3．1．3 綜合蓄熱法的三種方法

1)蓄熱法+外加劑(防凍劑、早強(qiáng)劑減水劑)。

2)蓄熱法+外加劑+短期加溫(蒸汽、電熱加溫)。

3)蓄熱法短期加熱(熱砂覆蓋、電熱、暖棚加熱)。

3．2 暖棚法

暖棚法施工適用于地下結(jié)構(gòu)工程和混凝土構(gòu)件比較集中的工程。要求暖棚內(nèi)各測(cè)點(diǎn)的溫度不得低于5℃。

3．3 混凝土負(fù)溫養(yǎng)護(hù)法

適用于不易加熱保溫，且對(duì)強(qiáng)度增長要求不高的一般混凝土結(jié)構(gòu)工程。要求按澆筑后5 d內(nèi)的預(yù)計(jì)日最低氣溫選用防凍劑，起始養(yǎng)護(hù)溫度不應(yīng)低于5℃。

4 混凝土冬期施工總體安排要求

冬期施工總體思路:對(duì)混凝土冬期施工應(yīng)進(jìn)行策劃，哪些工程要施工，可施工幾層結(jié)構(gòu)(一般從當(dāng)年11月中旬開始至翌年二月春節(jié)前，至多2層～3層);采用哪種冬施方法，冬施方案編制，初冬和嚴(yán)冬的不同措施，熱工計(jì)算結(jié)果(采用哪種保溫材料，覆蓋厚度，預(yù)養(yǎng)護(hù)天數(shù));暖棚、熱源材料是否安放，是否覆蓋保溫材料進(jìn)場(chǎng)，堆放在哪里;測(cè)溫孔的選擇及布置，測(cè)溫用具準(zhǔn)備好沒有;選擇哪種模板體系(剪力墻結(jié)構(gòu)的墻、頂板采用軟模一次支頂成形的方案，形成封閉的空間，利于混凝土的保溫養(yǎng)護(hù));用哪家商品混凝土，是否召開冬施技術(shù)交底、施工組織會(huì)議(甲、乙、監(jiān)理、商混凝土廠家，商討施工要求、供應(yīng)配合等問題);是否安排好施工班組勞動(dòng)組織，具體澆筑混凝土的順序，施工流程作業(yè)人員;防火應(yīng)急預(yù)案等。要做好一切“戰(zhàn)前”準(zhǔn)備，確?；炷恋亩谑┕べ|(zhì)量。

［1］JGJ/T 104-2011，建筑工程冬期施工規(guī)程［S］．

［2］董艷梅．淺談混凝土的冬季施工方法［J］．山西建筑，2011，37(4):104-105．