預拌混凝土冬期生產與施工措施

董欣偉，余春榮，宋亞飛，耿加會

（1.河南金諾混凝土有限公司，河南　許昌　461000；2.建筑材料工業(yè)技術情報研究所，北京　100024；3.河南省建筑科學研究院有限公司，河南　鄭州　450000；4.舞陽縣惠達公路工程有限公司；河南　漯河　462400）

預拌混凝土冬期生產與施工措施

董欣偉1，余春榮2，宋亞飛3，耿加會4

（1.河南金諾混凝土有限公司，河南許昌461000；2.建筑材料工業(yè)技術情報研究所，北京100024；3.河南省建筑科學研究院有限公司，河南鄭州450000；4.舞陽縣惠達公路工程有限公司；河南漯河462400）

冬期混凝土的生產、運輸、澆筑以及后期的養(yǎng)護具有區(qū)別于其他季節(jié)的特殊性，冬期溫度低，水泥水化速度慢，達到抵抗凍害臨界強度的時間較長，如不采取有效的措施，很容易發(fā)生混凝土凍害現(xiàn)象，而且這種凍害一旦發(fā)生，具有不可逆轉性。為了減少冬期施工的質量事故，筆者結合自身生產經(jīng)歷來討論冬期施工需要注意的問題。

冬期施工；臨界強度；混凝土澆筑；養(yǎng)護

1　冬期施工的定義

混凝土冬期施工中的“冬期”在概念上有別于日常生活中的“冬季”，它是工程施工過程中的一個特殊時期。依據(jù)JGJ 104—2011 《建筑工程冬期施工規(guī)程》的規(guī)定，當室外日平均氣溫連續(xù) 5d 穩(wěn)定低于 5℃ 即進入冬期施工，這時需要根據(jù)天氣變化及時采取相應措施防止因降溫、大風等氣候變化引起混凝土凍害。

水泥完全水化僅需要其重量 25% 左右的水，商品混凝土為了滿足施工性能需要多余的自由水來滿足工作性的要求，混凝土中自由水的增多是混凝土發(fā)生凍害的主要原因。眾所周知，溫度低于 0℃ 時，就會有液態(tài)的水轉化成固態(tài)的冰。水在液態(tài)是表觀密度為 1.0g/cm3，固態(tài)冰的表觀密度為0.9g/cm3。在水結冰的過程中體積約增大 1.1 倍，混凝土中的自由水結冰造成混凝土的體積發(fā)生膨脹引發(fā)膨脹應力，這種凍脹力由表面向內部發(fā)展。當膨脹力大于混凝土抗拉強度時，就會產生為微裂紋，白天溫度升高時，冰融化成水又沿著裂紋流入混凝土內部，如此循環(huán)加劇混凝土的破壞，導致混凝土內部裂紋增多，最終對混凝土造成不可逆轉的破壞。

2　混凝土凍害對混凝土性能的影響

混凝土終凝后遇到凍害，混凝土內部因混凝土中自由水結冰膨脹造成混凝土內部產生較多的裂紋，這種情況下，混凝土受凍試件比未受凍試件強度損失 50% 之多；混凝土的早期凍害還造成混凝土與鋼筋的黏結力嚴重降低，且具有不可逆轉性；混凝土早期受凍后，混凝土內部裂縫增多，混凝土的空隙率提高，混凝土滲透性損失嚴重，透水性增加。

3　混凝土受凍臨界強度

我們把冬期澆筑的混凝土在受凍以前必須達到的最低強度，按照我國 JGJ/T 104—2011《建筑工程冬期施工規(guī)程》做出規(guī)定，采用蓄熱法、暖棚法加熱法等進行施工，采用硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥受凍強度應達到設計強度的 30%，采用礦渣水泥、粉煤灰水泥、復合水泥應大于設計強度的40%；當室溫不低于 -15℃ 時，受凍臨界強度不小于 4MPa。

4　冬期施工應采取的技術措施

4.1冬期施工配合比控制

混凝土中水膠比的大小直接影響混凝土可凍水的含量，水膠比越大，混凝土中自由水越多，結冰速度越快，混凝土強度越低，抗凍性越差。降低混凝土水膠比，可以降低混凝土中自由水的含量，提高混凝土強度。冬期混凝土生產，應提高減水劑用量，盡量減小水灰比，降低坍落度。

各國對冬期施工的配合比水膠比均做出規(guī)定：美國ACI318 要求潮濕條件下凍融混凝土，最大水膠比應為 0.45，其他構件為 0.5；日本建筑學會對受凍混凝土最大水膠比為0.55；德國相關標準中也規(guī)定最大水膠比不小于 0.5，大于 0.5必須引氣；我國規(guī)定水膠比不宜大于 0.55，膠凝材料不小于280kg/m3，根據(jù)商品混凝土生產實際，強度等級不小于 C25的混凝土水膠比均可以滿足要求。

砂石應清潔，不得含有冰、雪、凍塊及其他易凍裂物質。砂石中含有冰及凍塊，在生產過程中砂中的凍塊不容易被攪拌開，影響混凝土的均勻性。另外，凍塊及冰在混凝土攪拌出機后，水泥水化放出熱量，融化凍塊和冰的過程中要吸收一部分熱量，造成混凝土澆筑入模時溫度降低，冰及凍塊融化的水造成混凝土坍落度變大并改變原來的水膠比。造成出機坍落度滿足設計要求，運至工地坍落度過大，甚至離析分層。

水泥水化是混凝土內部熱量的主要來源，研究表明水泥用量增加 10kg/m3，混凝土內部水化溫度增加 1℃?；炷猎缙跍囟鹊纳撸鄳铀龠_到臨界強度的時間。在冬期施工中遇到氣溫驟降的大風冷天，應適當提高水泥用量10～20kg/m3，并適當降低粉煤灰等礦物摻合料的摻量。粉煤灰取代水泥量小于 30% 時，對混凝土抗凍性能影響不大，超過 30%，其抗凍性能變差。

在混凝土外加劑中復合使用防凍劑或早強劑，對提高混凝土早期強度，加快水泥水化，降低混凝土自由水的冰點有重要的作用。如摻加堿金屬或堿金屬的硝酸鹽或亞硝酸鹽均對水泥水化起促進作用，亞硝酸鈉的摻入還可以對混凝土內部鋼筋形成保護膜防止鋼筋的銹蝕，所以使用氯鹽防凍劑常復合亞硝酸鈉。三乙醇胺能夠促進 C3A 的水化加速鈣礬石的形成，三乙醇胺與氯鹽復合作為早強劑，早強效果更佳，如：三乙醇胺 0.02%～0.05% ＋氯化鈉 0.3%～0.5% ＋亞硝酸鈉 1%～2%。如果在外加劑中復合引氣劑，應控制混凝土的含氣量在 3%～5%。

4.2混凝土攪拌

在冬期應盡可能對攪拌站（樓）的氣路、水路采取保溫措施，并在生產結束將水路、氣路中的水排空，防止凍壞。攪拌站砂石儲料斗下部用保溫棉簾密封，也可確保氣路和電磁閥處于常溫下工作?；炷劣蒙笆蠎鍧?，不應含有冰、雪等凍塊。每天生產結束時，砂石儲料斗中剩余料通過傳輸帶和攪拌機將其排出儲料倉，返回砂石料場，防止砂石凍結物堵塞下料口。同時應保持攪拌站主機室室溫為不低于5℃。

進入冬期混凝土生產，在生產前應提前打開皮帶，觀察運轉情況。主機轉送信號是否正常，冬期生產應延長攪拌時間 10～15s 以保證混凝土的均勻性。值班人員應測定混凝土出機和出罐溫度，每班 2 次。

4.3混凝土運輸

在混凝土澆筑過程中，調度室應加強與施工現(xiàn)場聯(lián)系，掌握施工澆筑速度，控制派車數(shù)量，不宜同一個工地派車過多，防止混凝土在現(xiàn)場等待時間過長，混凝土入模溫度過低。一般情況下，控制混凝土在 60min 內澆筑完畢，可確保入模溫度大于 5℃。氣溫低于 -5℃ 時，混凝土運輸罐車外部應設保溫罩，以防止混凝土的熱量損失。

4.4混凝土澆筑與養(yǎng)護

（1）施工單位應提前告知澆筑信息

冬期施工氣溫較低，施工單位應提前 12h 通知攪拌站澆筑時間、澆筑部位及放量，以便于攪拌站有充足的時間準備原材料、設備及人員安置。

（2）澆筑前防護措施

施工單位應對施工現(xiàn)場準備充足的覆蓋材料，并關注澆筑當天及澆筑后兩天內的天氣變化情況，在遇到雨雪天氣前，應用塑料布或土工布對已綁鋼筋表面覆蓋，防止雨雪落入模板中。一旦出現(xiàn)鋼筋表面或模板中有冰雪，宜采用熱風機將冰雪清除干凈，避免鋼筋表面有結冰現(xiàn)象，消弱混凝土對鋼筋的握裹力。氣溫低時，應用熱風機預熱鋼筋和模板。

（3）混凝土的澆筑

混凝土在澆筑過程中，應注意泵送間歇時間不宜過長，防止混凝土因停滯時間過長造成混凝土入模溫度過低。在施工過程中不得向混凝土中加水，造成混凝土中自由水過多，增大凍害發(fā)生的可能性。在混凝土初凝前后應及時對混凝土表面進行搓壓，以防產生收縮裂紋。對梁板等板面結構混凝土，應安排專人在混凝土終凝時進行收面抹壓工作，以有效消除裂紋。不得在混凝土強度達到 1.2N/mm2前，進入混凝土表層施工，模板拆除應根據(jù)混凝土強度的發(fā)展，按相關規(guī)定進行并及時采取保溫措施。

（4）保溫養(yǎng)護

冬期施工時，混凝土運至施工現(xiàn)場應立即澆筑，加快施工速度減少混凝土熱量損失。此外澆筑與振搗的間歇時間不宜大于 15min。梁板結構邊澆筑，邊抹壓，邊覆蓋塑料薄膜和保溫材料；柱及剪力墻由于保溫質量不易保證，應采取可靠的保溫、防風措施。

在室外氣溫不低于 -15℃ 時，采用綜合蓄熱法，即摻早強劑或防凍劑的混凝土澆筑以后，利用原材料加熱以及水泥水化放熱，并采用適當?shù)谋卮胧┭泳徎炷两禍厮俣?，縮短混凝土達到臨界強度的時間。在混凝土澆筑振搗結束后，遍粘薄膜，并用棉氈覆蓋。早強劑或防凍劑只能起到降低冰點的作用，并不能為混凝土水化提供熱量，混凝土在溫度5℃ 以下水泥水化十分緩慢，當溫度降到 0℃ 以下水泥水化停止，如果長期處于負溫狀態(tài)下，水泥水化停止，一旦溫度低于水的冰點，混凝土就有可能發(fā)生凍害。因此，要消除冬季混凝土加防凍劑后就抗凍的錯誤觀念，不可等到全部澆筑結束再覆蓋，尤其是在下午或晚上施工更要做到，邊澆筑邊覆蓋。夜間溫度低，混凝土溫度下降快，如不及時覆蓋，水泥水化產生的熱量極易散失，混凝土自表層發(fā)生凍害。在夜間 -5℃ 的氣溫下，若不覆蓋混凝土則表層 3～5cm 會發(fā)生凍害。

在冬期施工過程中，應關注天氣預報，冬季氣溫低，混凝土水化緩慢，強度達到受凍臨界強度的時間較長。要注意當天甚至澆筑后兩三天是不是有大風或氣溫驟降的情況，及時采取有力應對措施，特別是對剪力墻、長墻等不易覆蓋保溫的工程部位要加強保溫工作，宜采用木模、膠合模板，梁板宜用 5cm 厚木板，如必須采用鋼模板，應特別注重保溫，防止混凝土降溫速度過快造成混凝土裂縫或者混凝土凍害。柱子、剪力墻電梯間除模板外保溫外，電梯間的上、下口鋪腳手板，上蓋巖棉封閉；柱頭采用 5cm 厚木模板，木模外釘掛巖棉板，表面蓋塑料布，并在塑料布上壓木方或小塊腳手板。正確的保溫覆蓋是確保混凝土冬期施工質量的重要條件，為使混凝土盡快達到抗凍臨界強度，冬期施工應采用木質模板，適當延長對混凝土的正溫養(yǎng)護時間，并加強對混凝土保溫、防凍、防風、防失水等措施。

在混凝土達到抗凍臨界強度之前不得拆除保溫措施，達到臨界強度后，如對混凝土拆除保溫措施，應將混凝土表面用塑料布包裹，防止混凝土失水強度降低（梁板結構表面覆蓋塑料布；柱表面包裹塑料布；基礎盡早回填土；剪力墻建議帶模越冬）。對于高層建筑的冬期施工，應注意地面與高空風速的差異，如地面風力為 2m/s，30m 高空處的風力為6m/s，此時，高空的風力比地面提高了兩級。施工單位一定要注意這種差異，應特別對框架、剪力墻采取保溫措施，對板面結構采取保溫保濕措施。施工單位還應特別注意模板和保溫材料的透風系數(shù)對混凝土質量的影響，防止混凝土發(fā)生凍害。

大多數(shù)人認為初冬、初春溫度高，混凝土不宜發(fā)生凍害，其實不然，初春、初冬晝夜溫差大，白天氣溫在 10℃ 左右，晚上極有可能降到 0℃ 以下，混凝土發(fā)生凍融的次數(shù)比嚴冬要多，對結構混凝土受凍的程度可能更嚴重?；炷僚R界強度應在 12MPa 以上，才可以承受 5 次以上的凍融循環(huán)。因此，更應該注意早期覆蓋，保持混凝土有較長時間的預養(yǎng)期。

保溫材料覆蓋要壓實、嚴密，大風天應檢查保溫覆蓋情況，發(fā)現(xiàn)問題及時修復。當氣溫低于 5℃ 時，嚴禁在混凝土表面灑水養(yǎng)護。

（5）加強混凝土的測溫

在冬期混凝土澆筑后，施工單位應加強對混凝土所處的環(huán)境氣溫及混凝土內部溫度的監(jiān)測?；炷翜y溫孔（孔深為板或墻厚度的 1/2）設置在溫度變化快、易冷卻的工程部位，這樣才具有代表性。在混凝土達臨界強度之前，每 2h 進行一次測溫，達臨界強度后 6h/次?；炷脸跗陴B(yǎng)護溫度，不得低于防凍劑的規(guī)定溫度，達不到規(guī)定溫度時應采取保溫措施。

（6）同條件試件及標養(yǎng)試件

混凝土試件的取樣、制備依照 GB/T 50081－2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》與 GB/T 50080－2011《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》進行執(zhí)行。混凝土澆筑施工現(xiàn)場冬期應留置與混凝土工程結構同樣覆蓋、保溫養(yǎng)護的同條件混凝土試件，以便檢驗混凝土受凍前抗壓強度及后期各齡期的強度。

標準試件制備后，應采取保溫措施控制室內溫度為(20±5)℃ 的環(huán)境中，靜置一晝夜至二晝夜，然后編號、拆模，防止試件受凍，影響試件強度的增長，進而影響后期的強度評定應。試件拆模后立即放入溫度為 (20±2)℃、相對濕度為 95% 以上的標準養(yǎng)護室中進行養(yǎng)護，然后根據(jù)齡期檢驗強度。

5　結語

商品混凝土冬期施工是混凝土施工的一種特殊氣候現(xiàn)象，需要施工方與商品混凝土生產企業(yè)高度重視，正確認識并采取切實有效的施工措施。為保障混凝土質量需要，要求各方嚴格執(zhí)行 JGJ/T 104—2011《建筑工程冬期施工規(guī)程》的施工要求。對于天氣突變的情況應加強雙方的溝通，商討應對措施。

［通訊地址］河南省許昌市許南公路七公里處（461000）

董欣偉，工程師，河南金諾混凝土有限公司。