冬季建筑工程施工混凝土技術(shù)及措施研究

王剛

（山西文信工程項(xiàng)目管理有限公司，山西長(zhǎng)治 046000）

0 引言

在現(xiàn)代建筑工程中，混凝土是必不可少的材料。無(wú)論是預(yù)制混凝土還是現(xiàn)澆混凝土，一般均需避免在冬季施工。這是因?yàn)榛炷聊踢^(guò)程中對(duì)環(huán)境溫度、土體內(nèi)外溫差均有嚴(yán)格要求，如果環(huán)境溫度不達(dá)標(biāo)，便有可能導(dǎo)致混凝土內(nèi)外出現(xiàn)裂縫，嚴(yán)重影響混凝土澆筑質(zhì)量乃至建筑整體質(zhì)量。但完全避免在冬季進(jìn)行混凝土施工很不現(xiàn)實(shí)，故必須圍繞建筑工程冬季混凝土施工重點(diǎn)難點(diǎn)、相關(guān)問題及處理技術(shù)措施展開分析。

1 冬季建筑工程中混凝土施工綜合分析

1.1 冬季建筑工程中混凝土施工的關(guān)注重點(diǎn)

建筑工程中的混凝土施工如果在冬季（特別是北方冬季氣溫更低的地區(qū)）進(jìn)行，則施工人員必須重點(diǎn)關(guān)注以下事項(xiàng)。

（1）在低溫（甚至達(dá)到0℃以下，我國(guó)北方地區(qū)冬季最低溫度可能達(dá)到-40～-30℃）環(huán)境下，混凝土澆筑作業(yè)完成后，混凝土體的強(qiáng)度形成發(fā)展速度極其緩慢，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于正常溫度下。

（2）如果混凝土剛剛澆筑后便受凍（早期受凍），則混凝土的性能將會(huì)嚴(yán)重受損，即使勉強(qiáng)凝固，其抗拉、抗壓縮能力也會(huì)大打折扣，無(wú)法滿足建筑需求。

（3）建筑工程現(xiàn)場(chǎng)管理人員必須對(duì)混凝土的冬季施工后的性能、抗凍融、抗腐蝕能力、耐久性、經(jīng)濟(jì)性等進(jìn)行綜合考慮，維持動(dòng)態(tài)平衡。

（4）冬季混凝土施工期間極易受低溫環(huán)境影響而產(chǎn)生溫度裂縫。

（5）冬季混凝土施工方法不止一種，現(xiàn)場(chǎng)管理人員應(yīng)充分考慮不同施工技術(shù)的適用性和優(yōu)缺點(diǎn)，選擇最佳施工技術(shù)。

（6）冬季混凝土施工對(duì)混凝土的原材料、配合比、溫度控制、施工期間的保溫、施工后的養(yǎng)護(hù)及拆模作業(yè)等均有特殊的要求，不能沿用常溫環(huán)境下的標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 冬季建筑工程中混凝土施工的基本原理

冬季混凝土施工的基本原理如下。

（1）隨著環(huán)境溫度的下降，水泥的水化速度會(huì)大幅度降低。特別是硅酸鹽水泥，如果低于其額定使用溫度10℃以上，則水化作用基本停止。

（2）混凝土一旦在臨界抗凍強(qiáng)度前受凍，則混凝土力學(xué)性能、耐久性能極有可能損失殆盡，完全失去效用。

（3）若要在冬季低溫環(huán)境下做好混凝土施工工作，可以通過(guò)設(shè)置保溫措施、降低混凝土水膠比、添加減水劑、早強(qiáng)劑、引氣劑、抗凍劑等外加劑的方式，使混凝土澆筑后的早期強(qiáng)度及早期抗凍性能有效提升，從而滿足冬季施工的要求。

直線方程(7)和(8)構(gòu)成對(duì)參數(shù)xA的線性約束。將點(diǎn)集SFA和SCD內(nèi)點(diǎn)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成新坐標(biāo)系下的坐標(biāo),為簡(jiǎn)化符號(hào),在不引起歧義的情況下,這里仍用(xP,yP)表示點(diǎn)集內(nèi)的P點(diǎn)在新坐標(biāo)系下的坐標(biāo)。

（4）不同類型的混凝土，其原材料中的水泥礦物對(duì)水化速度、水化熱量具有決定性影響。其中，從高到低的排布順序如下：①硫鋁酸鈣。②鋁酸三鈣。③硅酸三鈣。④鈣鋁酸四鈣。⑤硅酸二鈣。此外，其他混凝土礦物摻合料對(duì)混凝土水化作用及水化熱量的生成也會(huì)產(chǎn)生一定的影響，具體而言，硅灰最高、礦渣粉其次、粉煤灰最差。

（5）混凝土硬化后，其抗凍融性與混凝土的水膠比、含氣量、飽水度、環(huán)境凍融次數(shù)等均有極深聯(lián)系，會(huì)在一定程度上決定混凝土冬季澆筑后早期是否受凍。

（6）混凝土澆筑后，如果內(nèi)外溫度差過(guò)大，或是環(huán)境溫度在短時(shí)間內(nèi)急劇降低、因干燥而導(dǎo)致收縮過(guò)大，都會(huì)導(dǎo)致混凝土裂縫，這是冬季混凝土施工中必須重點(diǎn)預(yù)防的事項(xiàng)。

總體來(lái)看，如果能夠?qū)κ┕さ貐^(qū)的環(huán)境溫度、混凝土內(nèi)水泥水化作用速度、水化熱量的高低次序、摻加的礦物摻合料的性能進(jìn)行綜合分析，做好平衡工作，可確保冬季混凝土施工質(zhì)量。

1.3 混凝土的早期受凍問題

上述混凝土冬季施工中的諸多問題中，嚴(yán)重程度最高的問題是混凝土早期受凍問題，該問題一旦發(fā)生，混凝土的性能會(huì)發(fā)生不可逆的降低，施工大概率以失敗告終[1]。基于此，必須對(duì)混凝土冬季施工中與早期受凍有關(guān)的事項(xiàng)進(jìn)行重點(diǎn)分析。對(duì)于混凝土來(lái)說(shuō)，是否進(jìn)入“冬期”需基于下列標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行判斷：混凝土結(jié)構(gòu)所處環(huán)境的晝夜平均氣溫在連續(xù)3d 內(nèi)，降低均超過(guò)5℃。此外，在任何情況下，環(huán)境溫度降低至-3℃時(shí)均意味著進(jìn)入冬期。有研究表明，冬季澆筑混凝土后，如果在短時(shí)間內(nèi)迅速受凍，則混凝土體的抗壓強(qiáng)度損失率至少會(huì)達(dá)到25%，最多能夠達(dá)到50%；如果在進(jìn)入受凍臨界強(qiáng)度（一般是混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度的30%，即混凝土澆筑后，如果強(qiáng)度未達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的30%時(shí)，意味著早期受凍）前受凍，則抗壓強(qiáng)度損失率會(huì)降低，但至少也會(huì)達(dá)到10%。如果混凝土澆筑后經(jīng)過(guò)多次受凍、融化、再受凍、再融化作用，那么整體強(qiáng)度損失值會(huì)進(jìn)一步提升。混凝土早期受凍后，并不只有混凝土澆筑體的性能受到影響，與混凝土緊密相聯(lián)的鋼筋的粘接強(qiáng)度、抗拉彎強(qiáng)度、抗凍性、抗?jié)B性等都會(huì)出現(xiàn)較大損失，最終導(dǎo)致建筑鋼筋混凝土整體結(jié)構(gòu)的性能全方位降低。

2 提高冬季建筑工程混凝土施工質(zhì)量的技術(shù)措施分析

2.1 冬季混凝土施工抗凍性要求及提高抗凍性的有效技術(shù)措施

混凝土冬季施工時(shí)，必須確?；炷恋目箖鲂赃_(dá)到相關(guān)要求。具體如下：①混凝土自身的飽和含水率應(yīng)該至少達(dá)到90%。②如果環(huán)境溫度變化頻繁，出現(xiàn)“升溫→降溫→再升溫→再降溫”的情況，則必須嚴(yán)格防止混凝土在這個(gè)過(guò)程中被“累進(jìn)破壞”。③冬季施工地區(qū)如果在我國(guó)華北甚至更北地區(qū)，則應(yīng)被視為“寒冷地區(qū)”，對(duì)混凝土的抗凍性提出了更高的要求——56d 混凝土抗凍等級(jí)必須至少達(dá)到300。

冬季混凝土施工期間，提高混凝土抗凍性的技術(shù)措施如下。①降低混凝土的水膠比，能夠顯著提高混凝土的抗凍性。研究表明，水膠比高于0.4 時(shí)，礦物摻合料將會(huì)對(duì)混凝土的抗凍性產(chǎn)生十分不利的影響，因此必須嚴(yán)格控制礦物摻量。②應(yīng)選用抗凍性較強(qiáng)的粗骨料。需注意，這一環(huán)節(jié)十分重要，必須引起重視。例如，選用具有較強(qiáng)吸水性的砂巖粗骨料作為混凝土填料時(shí)，則在混凝土凍結(jié)的過(guò)程中，這種粗骨料由于膨脹規(guī)模超過(guò)其他填料，會(huì)嚴(yán)重破壞水泥石，故不能選用。

2.2 適合在冬季選用的建筑工程混凝土施工技術(shù)

2.2.1 混凝土蓄熱法及綜合蓄熱施工技術(shù)

式中：M——混凝土體表面系數(shù)，可經(jīng)由混凝土體表面散熱速度與混凝土體積進(jìn)行除法計(jì)算后得出；m——環(huán)境溫度。當(dāng)不等式（1）的條件成立時(shí)，意味著當(dāng)前環(huán)境溫度會(huì)對(duì)地下混凝土體造成損害。

蓄熱法的主要運(yùn)用流程如下。

（1）應(yīng)拌制混凝土之前，應(yīng)使用不超過(guò)80℃的熱水對(duì)砂石等填料進(jìn)行預(yù)加熱作業(yè)。如果加熱對(duì)象不包括砂石等填料，只有水泥時(shí)，使用的熱水溫度可超過(guò)80℃。在拌制混凝土?xí)r，首先需要將砂石投入水中，攪拌均勻后將水泥投入其中，總攪拌時(shí)間相較于常溫環(huán)境下，應(yīng)提升近一半。還應(yīng)注意，混凝土入模溫度不能超過(guò)5℃，如果是細(xì)薄結(jié)構(gòu)，則入模溫度不應(yīng)超過(guò)10℃。

（2）所有原材料在使用前都應(yīng)在暖棚上持續(xù)預(yù)熱。攪拌設(shè)備內(nèi)部的環(huán)境溫度應(yīng)該在10℃以上，從混凝土拌制現(xiàn)場(chǎng)到澆筑作業(yè)施工區(qū)域，運(yùn)輸混凝土的設(shè)備必須全程具有良好保溫性能，不能使混凝土在運(yùn)輸途中出現(xiàn)明顯降溫的情況。

（3）適合冬季混凝土施工的原材料配合比應(yīng)達(dá)到如下要求：①水膠比應(yīng)盡量低、坍落度應(yīng)盡量小。②選擇水泥和礦物摻合料時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)考慮冬季施工契合性以及耐久性[2]。

2.2.2 混凝土加熱施工技術(shù)

上文提到的暖棚也可在加熱法中用于加熱混凝土。如果使用暖棚時(shí)，棚底溫度最低值應(yīng)控制在5℃，表面應(yīng)保持濕潤(rùn)狀態(tài)。如果選用蒸汽加熱法，則養(yǎng)護(hù)溫度不宜過(guò)高，以60℃為上限值。如果選用電熱法，可使用的工具中，性價(jià)比最高的是電熱毯。此外，還可以選擇遠(yuǎn)紅外輻射、電極電熱、電磁感應(yīng)等方式。需要注意，選用加熱法時(shí)，混凝土表面溫度升高速度較快，反而可能對(duì)混凝土體造成其他損害。基于此，必須對(duì)升溫速度、養(yǎng)護(hù)溫度、與設(shè)備及人身安全有關(guān)的事項(xiàng)進(jìn)行全方位評(píng)估，確保安全性。

2.2.3 混凝土摻外加劑施工技術(shù)

冬季混凝土施工時(shí)，可以在拌制混凝土的過(guò)程中加入外加劑，達(dá)到提高混凝土性能的目的。具體而言。

（1）減水劑。如引起減水劑、早強(qiáng)減水劑、高效減水劑等，都可以有效降低水用量，這意味著混凝土的水膠比也能夠明顯降低，從而使混凝土澆筑后早期的強(qiáng)度和耐久度均可有效提升。但在使用早強(qiáng)減水劑時(shí)，還應(yīng)注意這種外加劑的負(fù)面作用。例如，某些早強(qiáng)減水劑的主要成分是氯鹽，如果使用不當(dāng)很可能導(dǎo)致混凝土內(nèi)部的鋼筋受到嚴(yán)重銹蝕。還有一些早強(qiáng)減水劑中含有硫酸鈉，有可能與堿性骨料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而導(dǎo)致混凝土性能受損。因此，使用減水劑時(shí)必須進(jìn)行系統(tǒng)性考量，避免弄巧成拙。

（2）防凍劑。這種試劑的作用是能夠有效降低液相冰點(diǎn)，從而使混凝土能夠抵抗更低的環(huán)境溫度。但問題在于，如果防凍劑添加量較大，則混凝土體的耐久性會(huì)在不同程度上降低。因此應(yīng)嚴(yán)格控制防凍劑的用量。

2.3 混凝土冬季施工中裂縫產(chǎn)生原因及其處理技術(shù)

2.3.1 因溫差變形引起的混凝土冬季干裂

冬季混凝土施工期間，核心防控目標(biāo)之一還是裂縫。無(wú)論外因?yàn)楹?，裂縫發(fā)生的根本原因如下：混凝土受到的拉應(yīng)變作用力超過(guò)其極限抗拉強(qiáng)度，導(dǎo)致土體裂開。一般情況下，混凝土的抗壓強(qiáng)度為自身強(qiáng)度的1/12～1/10，極限抗拉強(qiáng)度為40～150 微應(yīng)變。而混凝土的干縮率通常為300～600 微應(yīng)變，當(dāng)溫度變化達(dá)到20℃時(shí)便能夠產(chǎn)生200 微應(yīng)變，故抗裂性較差，出現(xiàn)裂縫的概率較高。環(huán)境溫度過(guò)低、內(nèi)部水化作用導(dǎo)致的高溫容易使混凝土內(nèi)外溫差過(guò)大，進(jìn)而出現(xiàn)裂縫[3]。

2.3.2 因溫差及干縮雙重作用引起的混凝土表面裂縫

與溫差同時(shí)產(chǎn)生作用的另一個(gè)原因是混凝土內(nèi)部的鋼筋受到銹蝕、硫酸鹽腐蝕、堿性骨料反應(yīng)時(shí)，都有可能導(dǎo)致內(nèi)部局部膨脹，加上外部荷載或基礎(chǔ)不均勻沉降，都可能產(chǎn)生干縮變形，進(jìn)而造成開裂。

2.3.3 解決措施

防止混凝土冬季施工出現(xiàn)裂縫的有效措施如下。①冬季混凝土入模溫度不能低于5℃。②新混凝土與巖土、舊混凝土之間的溫度差值不可超過(guò)20℃。③養(yǎng)護(hù)混凝土的水文應(yīng)根據(jù)混凝土表面溫度而定——養(yǎng)護(hù)水溫應(yīng)適當(dāng)?shù)陀诨炷馏w表面溫度，但差值必須控制在15℃以內(nèi)。④混凝土養(yǎng)護(hù)期間，中心與表層、表層與環(huán)境溫度之間的差值均需控制在20℃之內(nèi)[4]。

2.4 建筑工程冬季混凝土施工中的其他注意事項(xiàng)

冬季混凝土施工期間的其他阿注意事項(xiàng)如下：①上述所有措施都不具有絕對(duì)性，即不可能適用于所有情況。基于此，現(xiàn)場(chǎng)管理人員必須對(duì)多方面的情況進(jìn)行綜合考量，之后制定完善的應(yīng)對(duì)措施。②與混凝土冬季施工有關(guān)的技術(shù)方案均需經(jīng)過(guò)熱工計(jì)算并完成經(jīng)濟(jì)分析，通過(guò)后方可執(zhí)行。③用于圍護(hù)混凝土體的保溫材料、保溫層的厚度、邊角地區(qū)的處理等均應(yīng)得到系統(tǒng)性考量，養(yǎng)護(hù)方法、持續(xù)時(shí)間等不可隨意決定。④應(yīng)加強(qiáng)冬季混凝土施工質(zhì)量檢驗(yàn)工作，原材料、環(huán)境溫度、混凝土澆筑后溫度變化情況均應(yīng)得到監(jiān)控，避免出現(xiàn)計(jì)劃外情況[5]。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，建筑工程冬季混凝土施工期間，主要受低溫環(huán)境的影響，導(dǎo)致混凝土在澆筑、凝固過(guò)程中容易出現(xiàn)各種各樣的問題。由此造成的結(jié)果是混凝土澆筑體極其容易出現(xiàn)裂縫，進(jìn)而對(duì)施工質(zhì)量、建筑體使用壽命、施工進(jìn)度等造成干擾。為解決上述問題，施工人員應(yīng)對(duì)冬季混凝土施工的流程進(jìn)行全面了解，之后采取有效措施，降低低溫環(huán)境對(duì)混凝土澆筑過(guò)程造成的影響。此外，冬季混凝土施工面臨的問題不止裂縫一種，施工人員還應(yīng)在其他方面做好相關(guān)工作，最終達(dá)到確保施工質(zhì)量的目的。