冬季混凝土施工技術(shù)和質(zhì)量控制

□崔恩貴（河南省人民勝利渠管理局）

根據(jù)我國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑工程冬季施工規(guī)程》JGJ104-97規(guī)定，當(dāng)室外日平均氣溫連續(xù)五天穩(wěn)定低于5℃，即滿足冬季施工條件。而地處我國(guó)豫北地區(qū)的海河流域，有較長(zhǎng)的寒冷季節(jié)，每年平均有120d左右處于冬季施工。由于受工期制約，流域范圍內(nèi)許多工程的混凝土冬季施工是不可避免的。筆者根據(jù)多年施工經(jīng)驗(yàn)和理論知識(shí)的積累，對(duì)冬季混凝土的施工總結(jié)如下：

1.混凝土受凍機(jī)理與早期受凍類型

混凝土拌和物澆筑后之所以能逐漸凝結(jié)和硬化，直至獲得最終強(qiáng)度，是由于水泥水化作用的結(jié)果。而水泥水化作用的速度除與混凝土本身組成材料和配合比有關(guān)外，主要是隨著溫度的高低而變化的。當(dāng)溫度升高時(shí)，水化作用加快，強(qiáng)度增長(zhǎng)也較快；而當(dāng)溫度降低到0℃時(shí)，存在于混凝土中的水有一部分開始結(jié)冰，參與水泥水化作用的水減少了，因此水化作用減慢，強(qiáng)度增長(zhǎng)相應(yīng)較慢。溫度繼續(xù)下降，當(dāng)存在于混凝土中的水完全變成冰，水泥水化作用基本停止，此時(shí)強(qiáng)度就不再增長(zhǎng)。根據(jù)以上受凍機(jī)理的分析，可以根據(jù)受凍時(shí)間將混凝土早期受凍分為三種類型：

第一，新拌混凝土澆筑后，初凝前迅速凍結(jié)，水泥來不及水化，強(qiáng)度為0。此時(shí)水泥處于“休眠”狀態(tài)，恢復(fù)正溫后養(yǎng)護(hù)后，水泥會(huì)繼續(xù)正常水化，強(qiáng)度可以重新發(fā)展，直到與未受凍相同，沒有強(qiáng)度損失。但因?yàn)檫@種條件在施工中很難出現(xiàn)，同時(shí)水分迅速在原地凍結(jié)成微小的冰晶，有凍脹的危險(xiǎn)。

第二，新澆灌混凝土初凝后，在水泥水化膠凝期間受凍。此時(shí)混凝土水分在負(fù)溫影響下重新分布，在混凝土內(nèi)部生成較大的扁平冰聚體，由于冰晶體積膨脹而排擠凝膠體和水泥顆粒，破壞了水泥水化所形成的結(jié)晶骨架，同時(shí)由于粗骨料和鋼筋的導(dǎo)熱系數(shù)較大，總是首先冷卻，因此大量的冰聚體聚集在骨料和鋼筋的周圍，一旦混凝土轉(zhuǎn)入正常溫度，冰聚體消融，就會(huì)在原位置上留有空隙，給混凝土造成了嚴(yán)重的物理損害，后期強(qiáng)度損失可達(dá)20%～40%。

第三，新澆灌混凝土的水泥水化進(jìn)入凝聚——結(jié)晶階段，已經(jīng)達(dá)到能抵抗凍融破壞的程度。此時(shí)混凝土受凍后其后期強(qiáng)度一般沒有損失或損失最多不超過5%，耐久性基本上不降低。這一臨界強(qiáng)度，根據(jù)大量試驗(yàn)證明，硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥配制的混凝土為設(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的30%，礦渣水泥配制的為40%，但C10及C10以下的混凝土不得低于5MPa。

2.混凝土冬季施工方法

根據(jù)對(duì)混凝土早期受凍機(jī)理的分析，混凝土中水的形態(tài)變化是影響混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)的關(guān)鍵。國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)水在混凝土中的形態(tài)進(jìn)行大量的試驗(yàn)研究結(jié)果表明，新澆混凝土在凍結(jié)前有一段預(yù)養(yǎng)期，可以增加其內(nèi)部液相，減少固相，加速水泥的水化作用。試驗(yàn)研究還表明，混凝土受凍前預(yù)養(yǎng)期愈長(zhǎng)，強(qiáng)度損失愈小。

2.1 蓄熱法和綜合蓄熱法

蓄熱法是混凝土組成材料（水和骨料）進(jìn)行適當(dāng)加熱、攪拌，使?jié)仓缶哂幸欢ǖ臏囟龋炷脸尚秃笤儆帽夭牧蠂?yán)密覆蓋，用以減緩混凝土冷卻的速度，以達(dá)到抗凍臨界強(qiáng)度或預(yù)期的強(qiáng)度。綜合蓄熱法是在混凝土拌和物中摻有少量的防凍劑，原材料預(yù)先加熱，使拌和物澆筑后的溫度一般達(dá)到10℃以上，當(dāng)構(gòu)件截面尺寸<300mm時(shí)達(dá)到13℃以上。通過高效的保溫圍護(hù)和人工加熱，使混凝土終凝后才冷卻到0℃。然后逐漸與環(huán)境氣溫相平衡，由于防凍劑作用，混凝土在負(fù)溫中繼續(xù)硬化。在南四湖二級(jí)壩二閘加固改造工程護(hù)岸鋼筋混凝土擋土墻施工過程中采用了這種方法，施工時(shí)當(dāng)?shù)貧鉁乇３衷?10℃以上，經(jīng)試驗(yàn)顯示混凝土質(zhì)量完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

蓄熱法和綜合蓄熱法具有方法簡(jiǎn)單，不需混凝土加熱設(shè)備，節(jié)約能源，混凝土在較低溫度下自然硬化，其最終強(qiáng)度損失小，耐久性較高、質(zhì)量好、費(fèi)用低的優(yōu)點(diǎn)。但施工需要一套嚴(yán)密的措施和制度，且適宜日最低溫度≥-10℃或極地最低溫度≥-15℃的條件下施工。

2.2 暖棚法

在建筑物周圍或腳手架的外圍，用保溫材料搭起大棚，或在室內(nèi)用保溫材料將門窗堵嚴(yán)等通過人工制造一個(gè)封閉的空間，再通過加熱使棚內(nèi)保持正溫，混凝土的澆筑與養(yǎng)護(hù)均在棚內(nèi)進(jìn)行。棚內(nèi)各測(cè)點(diǎn)溫度不得<5℃，且注意在混凝土結(jié)構(gòu)與暖棚之間留有足夠的空間，使暖氣流通。

本法施工操作與常溫?zé)o異，勞動(dòng)條件好，工作效率高，同時(shí)混凝土質(zhì)量有可靠的保證，不易發(fā)生凍害。但搭設(shè)暖棚需要大量木材、鋼材、保暖材料和人工，供熱需要大量能源，費(fèi)用較大，且由于棚內(nèi)溫度一般較低（通常不超過10℃），混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)緩慢。適用于天氣比較嚴(yán)寒，建筑物面積體積較小且集中的工程，尤其適用于混凝土量較大的地下工程。

2.3 加熱法

對(duì)于結(jié)構(gòu)構(gòu)件不是很厚大的工程，通過加熱混凝土構(gòu)件周圍的空氣，將熱量傳給混凝土，或直接對(duì)混凝土加熱，使混凝土處于正溫條件下能正常硬化。

2.3.1 蒸汽加熱法

蒸汽加熱法是在結(jié)構(gòu)或構(gòu)件周圍用保溫材料圍護(hù)，構(gòu)成密閉的空間，或利用坑道、地槽上部遮掩，四周用土或砂壓嚴(yán)，構(gòu)成蒸汽室，然后通過蒸汽加熱混凝土。此法施工方便簡(jiǎn)單，設(shè)施靈活，養(yǎng)護(hù)時(shí)間短，但耗氣量大，溫度不易均勻。適用于現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制數(shù)量多、尺寸較大的構(gòu)件或現(xiàn)澆地面以下墻、柱、基礎(chǔ)等的加熱養(yǎng)護(hù)。

2.3.2 電加熱法

電加熱法是利用電極系在混凝土結(jié)構(gòu)的內(nèi)部或表面，或者利用電熱毯鋪設(shè)在鋼模背面等多種方法使電能轉(zhuǎn)化為熱能，以提高混凝土的溫度。此加熱方法簡(jiǎn)單，加熱溫度均勻，混凝土質(zhì)量好，且熱損失較少，易控制，但是電能消耗量大，成本較高。據(jù)了解，在南四湖二級(jí)壩第三節(jié)制閘閘墩澆筑施工時(shí)采用電熱毯鋪設(shè)的方法施工，取得了較為成功的效果。

2.3.3 遠(yuǎn)紅外加熱法

遠(yuǎn)紅外加熱法是利用遠(yuǎn)紅外加熱器向新澆筑的混凝土輻射遠(yuǎn)紅外線，將輻射能轉(zhuǎn)化為熱能，對(duì)混凝土進(jìn)行密封輻射加熱，使其在較短時(shí)間內(nèi)獲得要求的強(qiáng)度。

2.3.4 摻外加劑法

摻外加劑法用防凍劑配制混凝土并采用原材料加熱，使混凝土拌和料出機(jī)時(shí)具有一定的正溫，澆筑后混凝土不再加熱，僅做保護(hù)性的覆蓋以防止風(fēng)雪侵襲。混凝土終凝前，其本身溫度已經(jīng)降到0℃，并迅速與環(huán)境氣溫相平衡。然后在負(fù)溫中硬化并達(dá)到受凍臨界強(qiáng)度或受荷強(qiáng)度。防凍劑由防凍成分、早強(qiáng)成分和減水、引氣成分復(fù)合組成。其中防凍成分是保證混凝土中液相水的存在，早強(qiáng)成分是促進(jìn)水泥強(qiáng)化，減水引氣成分是用來減少拌和用水量。

此法具有施工簡(jiǎn)單方便，混凝土澆筑不不需加熱，保溫簡(jiǎn)單，節(jié)約能耗，費(fèi)用低的優(yōu)點(diǎn)，但混凝土硬化慢，早期強(qiáng)度低。適用于零星的、不易蓄熱保溫也不易采取加熱措施，并對(duì)強(qiáng)度增長(zhǎng)速度要求不高的結(jié)構(gòu)，但不得用于與酸、堿等侵蝕液接觸的結(jié)構(gòu)及高溫環(huán)境、高濕度和靠近高壓電源的結(jié)構(gòu)、預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)、動(dòng)力荷載作用的設(shè)備基礎(chǔ)。

3.冬季混凝土施工的質(zhì)量控制措施

第一，確定冬季施工項(xiàng)目，編制冬季混凝土施工方案，確保冬季施工所用的材料、設(shè)備、工具、能源的落實(shí)。方案審批后要組織有關(guān)人員學(xué)習(xí)、技術(shù)交底。第二，進(jìn)行冬季混凝土施工的項(xiàng)目，必須復(fù)核圖紙，并征求設(shè)計(jì)單位的意見，確保在技術(shù)上的可行性，質(zhì)量上的可靠性，經(jīng)濟(jì)上的合理性，安全上的保證性。第三，組織管理人員、技術(shù)人員和施工人員等進(jìn)行培訓(xùn)，明確崗位職責(zé)。第四，做好冬季混凝土及摻外加劑的試配、試驗(yàn)工作，提出恰當(dāng)?shù)氖┕づ浜媳取５谖澹瑖?yán)格控制混凝土的拌制和運(yùn)輸。拌制混凝土的骨料必須清潔，不得含有冰塊和冰雪，以及易凍裂的物質(zhì)。外加劑的摻入量必須符合使用要求和規(guī)范規(guī)定。混凝土的攪拌場(chǎng)地盡量靠近澆筑位置，以減少混凝土在運(yùn)輸途中的熱量損失。第六，分層澆筑混凝土?xí)r，已澆筑層在未被上一層的混凝土覆蓋前，不得低于計(jì)算規(guī)定的溫度，也不得<2℃。第七，冬季澆筑的混凝土，由正溫轉(zhuǎn)入負(fù)溫養(yǎng)護(hù)前，混凝土的抗壓強(qiáng)度≥設(shè)計(jì)強(qiáng)度的40%，對(duì)于C10以下的混凝土≥5MPa。第八，采用的保溫材料（草袋、麻袋）應(yīng)保持干燥。在模板外部保溫時(shí)，除基礎(chǔ)可隨澆筑保溫外，其它結(jié)構(gòu)必須在設(shè)置保溫材料后方可澆筑混凝土。鋼模表面可先掛草簾、麻袋等保溫材料并扎牢，然后再澆筑混凝土。第九，保溫材料不宜直接覆蓋在剛澆筑完畢的混凝土面層上，可先覆蓋塑料薄膜，上部再覆草袋、麻袋等保溫材料。保溫材料的鋪設(shè)厚度為：一般情況下0℃以上鋪一層；0℃以下鋪二層或三層；大體積混凝土澆筑及二次抹面壓實(shí)后應(yīng)立即覆蓋保溫，其保溫層厚度，材質(zhì)應(yīng)根據(jù)計(jì)算確定。拆模后的混凝土也應(yīng)及時(shí)覆蓋保溫材料，以防混凝土表面溫度的驟降而產(chǎn)生裂縫。

4.結(jié)語

為了確保冬季混凝土工程質(zhì)量，要嚴(yán)抓現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)施工環(huán)節(jié)，加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的管理；督促現(xiàn)場(chǎng)將各項(xiàng)冬季施工措施落實(shí)到位。澆筑前要查詢天氣預(yù)報(bào)，盡量選擇好的天氣進(jìn)行施工，施工中要對(duì)混凝土的澆筑和養(yǎng)護(hù)進(jìn)行嚴(yán)格的控制。除了要嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行混凝土施工和養(yǎng)護(hù)工作外，還要做好混凝土施工方法的選擇和分析質(zhì)量控制要點(diǎn)等，以避免混凝土在冬季施工過程中留下質(zhì)量隱患，確保混凝土的工程質(zhì)量。

[1]江正榮，朱國(guó)梁.簡(jiǎn)明施工手冊(cè)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2005.

[2]李東升.混凝土冬季施工[M].北京：中國(guó)水利水電出版社,2001.