混凝土冬期施工質量控制

張 濤

(山西四建集團質量監(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日實施。該規(guī)程是在總結了冬期的施工實踐經驗，參考了國際標準和國外先進標準，廣泛征求了意見的基礎上，修訂而成。規(guī)程的發(fā)布，將對今后冬期施工中貫徹執(zhí)行國家的技術經濟政策，作到技術先進、安全適用、經濟合理、確保質量、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構——框架、框剪、剪力墻、筒體、筏板、箱形基礎或一般構件:樓梯、圈梁、構造柱、陽臺、雨篷等都有在冬期條件下進行施工的可行性。

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

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

《規(guī)程》對“受凍臨界強度”在“術語”中解釋:“冬期澆筑的混凝土在受凍以前必須達到的最低強度”。也就是說:混凝土早期遭受凍結，結構受到破壞，后期強度會受到一定損失，凍結時間越早，損失越大。因此究竟什么時間凍結，或者強度達到多少，混凝土再遭受凍結時對強度損失很小，或不損失。這就是關于“混凝土受凍臨界齡期和臨界強度”的概念。

所謂“臨界強度”，就是指新澆灌的混凝土達到某一強度時，遭到凍結，但當恢復正溫養(yǎng)護后，混凝土的后期強度還能繼續(xù)增長，并達到某一要求值(一般應達到95%及其以上的強度等級時所需要的最低初期強度值，損失值不超過5%)。

1 負溫度對混凝土的凍害及破壞機理

混凝土是一種人造石材，屬于多孔結構，容易受到負溫度襲擊遭受凍害。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、與工程結構混凝土耐久性有關;

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，使混凝土性能和強度受到損失或損害。這是施工問題，是對混凝土的施工方法、養(yǎng)護方案的評價尺度。

上述兩種凍害，在工程上的評價和檢驗指標不盡相同，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的主要因素。“成也在水，敗也在水”。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，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%，冰點溫度－78℃)。有毛細管內的毛細水，是產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，對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%的化學結合水，是永遠不凍的。當大氣溫度使正在施工的混凝土溫度降低，使水由液態(tài)變成固相結構時，會放出333．6 J熱量，而密度由1降至0．917，使水泥石內部的毛細孔中的水分結冰，體積膨脹大約達9%，產生冰晶壓力，使混凝土出現(xiàn)凍脹變形，內部結構產生微裂縫(受凍的混凝土表面顏色灰白，融化后，無粘結力，強度酥松，刻劃掉渣，完全的混凝土通體受凍，工程上實不多見)。混凝土經早期受凍后，不僅對抗壓強度有一定的損害，而且對其他性能，如鋼筋粘結強度;抗拉強度;抗凍性能及抗?jié)B性都有一定的損害。

大量試驗和實踐表明，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，凍結很快，水分都還存在，水泥處于“休眠”狀態(tài)，恢復正溫養(yǎng)護后，強度發(fā)展上升，無損失或損失很小。混凝土幼齡受凍，即水泥初凝后，水化膠凝期間受凍(約水泥水化反應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。雖經以后正溫養(yǎng)護，強度損失仍然很大，可達20%～50%以上。混凝土成令受凍，是混凝土達到抗凍臨界強度的受凍，此時混凝土已具有抗凍的能力，混凝土受一次凍結后對強度的損失最多不超過5%，對抗壓強度沒有重大影響。所以在混凝土的幼齡期(水泥水化進入凝聚結晶階段)，對其進行一定正溫時間的預養(yǎng)護(達到一定預養(yǎng)強度)，再讓其遭受凍結，強度損失就不同了(因正溫預養(yǎng)護時間長短不同而異)，就可使其做到強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內絕對不能讓其受凍(水泥凝結、硬化有四個階段:初始反應期(5 min左右)、休止期(2 h左右)、凝結期(10 h左右)、硬化期(10 h～24 h)，主要在24 h內完成)。正溫預養(yǎng)階段(常溫的正溫指1℃ ～35℃，冬施為5℃ ～35℃，實際養(yǎng)護溫度多在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℃的時間至少應保持72 h，以使混凝土達到受凍的臨界強度。具體工程的混凝土結構冬期施工應進行方案編制，熱工計算，確定覆蓋保溫材料和厚度，預養(yǎng)周期、測溫觀察等。

2 抗凍臨界強度的規(guī)定

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

3 混凝土的正溫預養(yǎng)護方法

混凝土受凍臨界強度為負溫條件下混凝土冬期施工的重要質量控制指標之一。工程實踐中多采用蓄熱法、暖棚法、綜合蓄熱法進行混凝土的冬期施工，多年經驗證明，是安全可靠的，也是容易實施和掌握的方法。規(guī)范中還提出電加熱法、蒸氣養(yǎng)護法、負溫法等。

蓄熱法養(yǎng)護混凝土和鋼筋混凝土結構工程，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;同時又在構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有正溫度的環(huán)境，從而達到混凝土抗凍的臨界強度或設計上和施工上要求的強度。綜合蓄熱法是通過保溫圍護結構，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外加劑或者進行短期加熱等綜合措施，使混凝土溫度在降至冰點(摻防凍劑的降低冰點)前達到受凍臨界強度或受荷強度。

3．1 養(yǎng)護技術方法

3．1．1 蓄熱法的三個主要環(huán)節(jié)

1)原材料加熱。應以熱水為主，其次熱砂;

2)混凝土養(yǎng)護。保溫材料覆蓋棉被、棉毯、塑料布;

3)熱工計算，加強測溫。

蓄熱法最適宜于初冬及開春兩個階段。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的結構中采用。

3．1．2 綜合蓄熱法養(yǎng)護混凝土的三個關鍵技術條件

1)氣溫條件:最低氣溫－15℃以內。

2)結構體型條件:表面系數(shù)5m－1～15m－1。

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

其中，M為混凝土結構表面系數(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構工程和混凝土構件比較集中的工程。要求暖棚內各測點的溫度不得低于5℃。

3．3 混凝土負溫養(yǎng)護法

適用于不易加熱保溫，且對強度增長要求不高的一般混凝土結構工程。要求按澆筑后5 d內的預計日最低氣溫選用防凍劑，起始養(yǎng)護溫度不應低于5℃。

4 混凝土冬期施工總體安排要求

冬期施工總體思路:對混凝土冬期施工應進行策劃，哪些工程要施工，可施工幾層結構(一般從當年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，初冬和嚴冬的不同措施，熱工計算結果(采用哪種保溫材料，覆蓋厚度，預養(yǎng)護天數(shù));暖棚、熱源材料是否安放，是否覆蓋保溫材料進場，堆放在哪里;測溫孔的選擇及布置，測溫用具準備好沒有;選擇哪種模板體系(剪力墻結構的墻、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);用哪家商品混凝土，是否召開冬施技術交底、施工組織會議(甲、乙、監(jiān)理、商混凝土廠家，商討施工要求、供應配合等問題);是否安排好施工班組勞動組織，具體澆筑混凝土的順序，施工流程作業(yè)人員;防火應急預案等。要做好一切“戰(zhàn)前”準備，確保混凝土的冬期施工質量。

［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．