混凝土冬期施工原理及防范措施

王榮利

我國許多地方有較長的寒冷季節(jié)，受自然氣候影響，加之工程建設(shè)進(jìn)度需要，有時不可避免要進(jìn)行冬期施工，由于在冬期施工中，長時間的持續(xù)負(fù)低溫，大的溫差、強(qiáng)風(fēng)、降雪和反復(fù)的冰凍，經(jīng)常會造成建筑施工的質(zhì)量事故。雖然冬期施工會對混凝土質(zhì)量帶來不利影響，只要采取適當(dāng)?shù)氖┕し椒ǎ?同樣會取得較好的時施工效果。

1.混凝土的凍害及冬期施工原理

混凝土受凍害損傷可以分為兩種情況：（1）剝落脫皮是由于凍融引起的混凝土表面材料的損傷；（2）內(nèi)部損傷是表面沒有可見效應(yīng)而在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生的損害，它導(dǎo)致 混凝土性質(zhì)改變（如動彈性模量降低）。至于新拌混凝土受凍害后則會導(dǎo)致混凝土凍脹破壞。

根據(jù)當(dāng)?shù)貧鉁刭Y料，當(dāng)室外日平均氣溫連續(xù)5天穩(wěn)定低于5℃即進(jìn)入冬期施工。新澆筑混凝土中的水可分兩部分：一是吸附在組成材料顆粒表面和毛細(xì)管中的水，這部分水能使水泥顆粒起水化作用，稱為“水化水”；二是存在于組成材料顆?？障吨g的水，稱為“游離水”，它只對混凝土澆筑時的和易性起作用，在某種意義上說，混凝土強(qiáng)度的增長取決于在一定溫度條件下水化水與水泥的水化作用及游離水的蒸發(fā)。因此，混凝土強(qiáng)度增長速度在濕度一定時就取決于溫度的變化。當(dāng)溫度降至混凝土冰點(diǎn)溫度（新澆混凝土冰點(diǎn)為-0.3至-0.5℃）以下時，混凝土中的游離水開始結(jié)冰，氣溫降至-4℃時，水化水開始凍結(jié)，水與水泥可以產(chǎn)生水化反應(yīng)，而冰卻不能與水泥進(jìn)行水化反應(yīng)，使得水泥水化反應(yīng)不充分甚至停止。結(jié)冰后的水體積膨脹約8%～9%，從而在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生強(qiáng)大的冰脹應(yīng)力，使強(qiáng)度尚低的混凝土內(nèi)部產(chǎn)生微裂隙，同時降低水泥與砂石和鋼筋的粘結(jié)力，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和耐久性降低。受凍的混凝土在解凍后，其強(qiáng)度雖能繼續(xù)增長，但已不能達(dá)到原設(shè)計(jì)的強(qiáng)度等級。試驗(yàn)證明，混凝土的早期凍害是由于內(nèi)部的水結(jié)冰所致?；炷猎跐仓罅⒓词軆觯箟簭?qiáng)度損失約50%，抗拉強(qiáng)度損失約40%。如果混凝土受凍前已經(jīng)具備抵抗凍脹應(yīng)力的強(qiáng)度，則混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)就不致遭受凍結(jié)的損害。

防止混凝土冬期施工中早期凍害的措施有兩類：一是早期增強(qiáng)。主要是提高混凝土的早期強(qiáng)度，使之盡早達(dá)到混凝土受凍臨界強(qiáng)度。具體措施有：使用早強(qiáng)水泥或超早強(qiáng)水泥，摻早強(qiáng)劑或超早強(qiáng)劑，早期保溫蓄熱，早期短時加熱等；二是改善混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。具體做法是增加混凝土的密實(shí)度，排除多余的游離水，或摻入減水型引氣劑，提高混凝土的抗凍能力。還可摻防凍劑，降低混凝土的冰點(diǎn)溫度。

2.混凝土在冬期施工時應(yīng)采取的措施

2.1混凝土冬期施工對材料的要求

冬期施工中配制混凝土用的水泥，應(yīng)優(yōu)先選用活性高、水化熱大的硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥.水泥強(qiáng)度等級不應(yīng)低于42.5級。最小水泥用量不宜少于300Kg/m3。水灰比不應(yīng)大于0.6.使用礦渣硅酸鹽水泥時，宜采用蒸汽養(yǎng)護(hù)，摻用防凍劑的混凝土嚴(yán)禁使用高鋁水泥。

混凝土所用骨料必須清潔，不得含有冰雪等凍結(jié)物及易凍裂的礦物質(zhì)。冬期骨料所用貯備場地應(yīng)選擇地勢較高不積水的地方。

2.2混凝土冬期施工的攪拌及運(yùn)輸

混凝土拌制應(yīng)采取加熱水法，水箱四壁用120mm磚砌體砌筑圍護(hù)以提高水溫，混凝土施工時間每隔半小時測量一次水溫、混凝土入模溫度及環(huán)境溫度，并做好溫度記錄。梁板中的冰雪凍塊在混凝土澆筑之前一定要將其熔化并將水放掉；確保無凍塊，混凝土在澆注過程中在模板下面間隔6m設(shè)一火盆對模板底部進(jìn)行烘烤，時間要求從混凝土澆筑時間開始制混凝土澆筑完成72小時內(nèi)不間斷。操作人員注意防火！

混凝土不宜露天攪拌，應(yīng)盡量搭設(shè)暖棚；優(yōu)先先用大容量的攪拌機(jī)，以減少混凝土的熱量損失。攪拌前用熱水或蒸汽沖洗攪拌機(jī)。冬期混凝土的拌合時間應(yīng)比常溫規(guī)定時間延長50%。經(jīng)加熱后的材料投料順序?yàn)椋合葘⑺蜕笆度氚韬?，然后加入水泥。這樣可防止水泥與高溫水接觸時產(chǎn)生假凝現(xiàn)象。混凝土拌合物的出機(jī)溫度不宜低于10℃.為減少運(yùn)輸時間和距離，應(yīng)使用大容積運(yùn)輸工具并采取必要的保溫措施。保證混凝土入模溫度不低于5℃。

2.3混凝土冬期施工的澆筑

混凝土在澆筑前，應(yīng)清除模板和鋼筋上的冰雪和污垢，盡量加快混凝土的澆筑速度，防止熱量損失過多。遇下雪天氣綁扎鋼筋，綁好鋼筋的部分應(yīng)加蓋塑料布，減少集雪清理難度。砼澆筑前及時將模板上的冰、雪清理干凈。泵送砼的管道采取保溫材料包裹，保證砼在運(yùn)輸中，不得有表層凍結(jié)、砼離析、水泥漿流失、坍落度損失等現(xiàn)象。冬期不得在強(qiáng)凍脹性的地基土上澆筑混凝土；當(dāng)在弱凍脹性地基土上澆筑混凝土?xí)r，地基土應(yīng)進(jìn)行保溫，以免受凍。對加熱養(yǎng)護(hù)的現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土的澆筑程序和施工縫位置，應(yīng)能防止在加熱養(yǎng)護(hù)時產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力。當(dāng)分層澆筑厚大的整體結(jié)構(gòu)時，已澆筑層的混凝土溫度，在被上層混凝土覆蓋前，不得低于2℃。冬期施工混凝土振搗應(yīng)采用機(jī)械振搗，振搗時間應(yīng)比常溫時有所增加。

2.4混凝土冬期施工中外加劑的應(yīng)用

氯鹽類外加劑：氯化鈉、氯化鈣價(jià)格便宜、但對鋼筋有銹蝕作用，在下列工作環(huán)境中的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中不得摻用氯鹽：在高濕度空氣環(huán)境中使用的結(jié)構(gòu)；處于水位升降部位的結(jié)構(gòu)；露天結(jié)構(gòu)或經(jīng)常受水淋的結(jié)構(gòu)；有鍍鋅鋼材或鋁鐵相接觸部位的結(jié)構(gòu)，以及有外露鋼筋、預(yù)埋件而無防護(hù)措施的結(jié)構(gòu)；與含有酸、堿和硫酸鹽等侵蝕性介質(zhì)相接觸的結(jié)構(gòu)；使用過程中經(jīng)常處于環(huán)境溫度為60℃以上的結(jié)構(gòu)；使用冷拉鋼筋或冷拔低碳鋼絲的結(jié)構(gòu)；薄壁結(jié)構(gòu)、中級或重級工作制吊車梁、屋架、落錘或鍛錘基礎(chǔ)等結(jié)構(gòu)；電解車間和直接靠近直流電源的結(jié)構(gòu)；直接靠近高壓的結(jié)構(gòu)；預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。

（1）硫酸鈉-氯化鈉復(fù)合外加劑：有硫酸鈉2%、氯化鈉1%～2%和亞硝酸鈉1%～2%組成。這種外加劑不能用于高溫濕熱環(huán)境及預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)中。

（2）亞硝酸鈉-硫酸鈉復(fù)合外加劑：由亞硝酸鈉2%～8%加硫酸鈉2%組成。這種外加劑在負(fù)溫下有較好的促凝作用，能使混凝土強(qiáng)度較快增長，且對混凝土有塑化作用，對鋼筋無銹蝕作用。

（3）三乙醇胺復(fù)合外加劑：由三乙醇胺0.5%、氯化鈉0.5%～1%、亞硝酸鈉0.5%～1.5%組成。三乙醇胺在早期正溫條件下起早強(qiáng)作用，當(dāng)混凝土內(nèi)部溫度下降到0℃以下時，氯鹽又在其中起抗凍繼續(xù)硬化的作用。

3.混凝土冬期施工的常用養(yǎng)護(hù)方法

3.1蓄熱法

其要點(diǎn)為：不是連續(xù)澆筑的工程，盡量采用上午澆筑，下午氣溫較高時蓄熱的辦法，力爭提高混凝土的初期強(qiáng)度；每隔2～4h檢查一次溫度，做好記錄，如發(fā)現(xiàn)混凝土溫度低于施工方案計(jì)劃的溫度時，應(yīng)采取補(bǔ)加覆蓋材料、人工加熱等補(bǔ)充措施。

3.2暖棚法

常適用于嚴(yán)寒天氣施工的地下室、人防工程或建筑面積不大而混凝土工程又很集中的工程。用此種方法養(yǎng)護(hù)混凝土?xí)r應(yīng)注意：暖棚內(nèi)的溫度不得低于5℃，并應(yīng)保持混凝土表面濕潤；如采用火爐熱源，必須設(shè)排煙裝置，以防二氧化碳影響混凝土的性能；熱源如屬于干熱性質(zhì)，應(yīng)同時設(shè)置水盆，以提高室內(nèi)濕度；熱源應(yīng)均勻布置，使棚內(nèi)各部位溫度一致；應(yīng)安排專人管理熱源，防止發(fā)生火災(zāi)。

3.3蒸汽加熱法

（1）蒸汽孔道的留設(shè)：內(nèi)部通氣法留孔的方法與后張法預(yù)應(yīng)力筋留孔法相似。混凝土終凝后抽出預(yù)埋管，形成通氣孔道，再用短管連接蒸汽管道。管道布置的原則是使加熱溫度均勻，埋設(shè)施工方便，留孔位置應(yīng)在受力最小的部位，孔道的總界面面積不應(yīng)超過結(jié)構(gòu)截面面積的2.5%；（2）蒸養(yǎng)溫度的確定：硅酸鹽及普通水泥拌制的混凝土，蒸養(yǎng)溫度不得超過80℃，對礦渣水泥和火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥拌制的混凝土可提高到85～95℃；（3）降溫時間的確定：在降溫階段會引起混凝土失水，表面干縮。如降溫過快，內(nèi)外溫差會使混凝土表面產(chǎn)生裂縫。蒸汽加熱時應(yīng)采用低壓飽和蒸汽，加熱應(yīng)均勻，混凝土達(dá)到強(qiáng)度后，應(yīng)排除冷凝水，把砂漿灌入孔內(nèi)，將預(yù)留孔堵死。

3.4電加熱法

應(yīng)使用交流電，不得使用直流電。電極的形式、尺寸、數(shù)量及配置應(yīng)能保證混凝土各部位加熱均勻，且僅應(yīng)加熱到設(shè)計(jì)的混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的50%。內(nèi)部電極法適用于梁、注、厚度大于150mm的板、墻及設(shè)備基礎(chǔ)。含筋較少的墻、柱、梁，大型柱基礎(chǔ)以及厚度大于200mm單側(cè)配筋的板；表面電極法適用于條形基礎(chǔ)、墻及保護(hù)層大于50mm的大體積結(jié)構(gòu)和地面等。

【參考文獻(xiàn)】

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