天津地区冬季混凝土施工方法简介

　　摘要：阐述了混凝土的冬季施工原理，并列举了天津地区寒冷季节的混凝土施工方法和养护措施。

　　关键词：天津地区；农村冬季；混凝土；施工；方法

　　天津地区，受工期制约，冬季进行混凝土施工是不可避免的。当日平均气温连续5 d 稳定在5 ℃以下或最低气温连续5 d 稳定在-3 ℃时，施工中应按冬季低温施工混凝土的有关规定执行。采用适当的施工方法，避免新浇混凝土早期受冻，使外露混凝土与冬季气温保持较小温差，也会取得在天暖施工时的效果。

　　1 混凝土冬季施工的一般原理

　　混凝土拌和物浇筑后之所以能逐渐凝结和硬化，直至获得最终强度，是由于水泥水化作用的结果。而水泥水化作用的速度除与混凝土本身组成材料和配合比有关外，主要是随着温度的高低而变化的。当温度升高时，水化作用加快，强度增长也较快；而当温度降低到0℃时，存在于混凝土中的水有一部分开始结冰，逐渐由液相（水）变为固相（水）。这时，参与水泥水化作用的水减少了，因此水化作用减缓，强度增长相应较慢。温度继续下降，当存在于混凝土中的水完全变成冰，也就是完全由液相变为固相时，水泥水化作用基本停止，此时强度就不再增长。

　　水变成冰后，体积约增大9%，同时产生约2 500 kg/cm2 的冰胀应力。这个应力值常常大于水泥石的初期强度值，使混凝土受到不同程度的破坏（即早期受冻破坏）而降低强度。此外，当水变成冰后，还会在骨料和钢筋表面上产生颗粒较大的冰凌，减弱水泥浆与骨料和钢筋的粘结力，从而影响混凝土的抗压强度。当冰凌融化后，又会在混凝土内部形成各种各样的空隙，而降低混凝土的密实性及耐久性。

　　由此可见，在冬季混凝土施工中，水的形态变化是影响混凝土强度增长的关键。国内外许多学者对水在混凝土中的形态进行大量的试验研究结果表明，新浇混凝土在冻结前有一段预养期，可以增加其内部液相，减少固相，加速水泥的水化作用。试验研究还表明，混凝土受冻前预养期愈长，强度损失愈小。

　　混凝土化冻后（即处在正常温度条件下）继续养护，其强度还会增长，不过增长的幅度大小不一。预养期长、获得初期强度较高的混凝土受冻后，后期强度几乎没有损失。而安全预养期短、获得初期强度比较低的混凝土受冻后，后期强度都有不同程度的损失。由此可见，混凝土冻结前，要使其在正常温度下有一段预养期，以加速水泥的水化作用，使混凝土获得不遭受冻害的最低强度，一般称临界强度，即可达到预期效果。对于临界强度，不同地区取值不同。大体积混凝土不应低于7.0 MPa（或成熟度不低于1 800 ℃·h）；非大体积混凝土和钢筋混凝土不应低于设计强度的85%。

　　2 混凝土冬季施工方法的选择

　　从上述分析可以知道，在冬季混凝土施工中，主要解决3 个问题：一是如何确定混凝土最短的养护龄期，二是如何防止混凝土早期冻害，三是如何保证混凝土后期强度和耐久性满足要求。在实际工程中，要根据施工时的气温情况，工程结构状况（工程量、体积结构厚大程度与外露情况即表面系数），工期紧迫程度，水泥的品种及价格，早强剂、减水剂、抗冻剂的性能及价格，保温材料的性能及价格，热源的条件等来选择合理的施工方法。一般来说，同一个工程可以有若干个不同的冬季施工方案。一个理想的方案，应当用最短的工期、最低的施工费用来获得最优良的工程质量，也就是工期、费用、质量最佳化。工程设计中，基本采用以下4 种方法。

　　2.1 调整配合比方法

　　主要适用于气温在0 ℃左右的混凝土施工。具体做法如下：

　　（1）选择适当品种的水泥是提高混凝土抗冻的重要手段。试验结果表明，应使用早强硅酸盐水泥。该水泥水化热较大，且在早期强度最高，一般3 d 抗压强度大约相当于普通硅酸盐水泥7 d 的强度，效果较明显。

　　（2）尽量降低水灰比，不大于0.6。水灰比小，相对水泥用量多，从而增加水化热量，缩短达到龄期强度的时间。

　　（3）掺用引气剂。在保持混凝土配合比不变的情况下，加入引气剂后生成的气泡（微小封闭的稳定气泡），既可提高拌和物的流动性，改善其粘聚性及保水性；又可缓冲混凝土内水结冰所产生的水压力，提高混凝土的抗冻性。

　　（4）掺加早强外加剂，必要时加入防冻剂（根据气温情况确定）。缩短混凝土的凝结时间或降低混凝土的冰点，可以提高早期强度。但对使用碱活性骨料的混凝土，应控制混凝土的总含碱量。

　　（5）选择颗粒强度高、抗冻性好和孔隙率较小的集料，使其热膨胀系数和周围砂浆膨胀系数相近。

　　2.2 蓄热法

　　主要用于气温-10 ℃左右下的结构比较厚大的工程，采取措施提高混凝土的浇筑温度，同时对混凝土表面进行保护。做法是：对原材料（水、砂、石）进行加热，使混凝土在搅拌、运输和浇灌以后，还储备有相当的热量，以使水泥水化放热较快，并加强对混凝土的保温，以保证在温度降到0 ℃以前使新浇混凝土具有足够的抗冻能力。此方法，工艺简单，施工费用低，但要注意混凝土外部保温，避免角部与外露表面受冻，且要延长养护龄期。

　　2.3 外部加热法

　　主要用于气温-10 ℃以上，而构件并不厚大的工程。通过加热混凝土构件周围的空气将热量传给混凝土，或直接对混凝土加热，使混凝土处于正温条件下能正常硬化。

　　（1）火炉加热。一般在较小的工地使用，方法简单，但浇筑仓面温度不高，比较干燥，且放出的二氧化碳会使新浇混凝土表面碳化，影响质量。

　　（2）蒸气加热。用蒸气使混凝土在湿热条件下硬化。此方法，容易控制，加热温度均匀。但因其需专门的锅炉设备，费用较高。且热损失较大，劳动条件亦不理想。此方法，多用于预制混凝土构件生产中。

　　（3）电加热。将钢筋作为电极或将电热器贴近混凝土表面，把电能变为热能，以提高混凝土的温度。此方法，简单方便，热损失较少，易控制，不足之处是电能消耗量大。

　　（4）红外线加热。以高温电加热器或气体红外线发生器，对混凝土进行密封辐射加热。

　　2.4 掺加抗冻外加剂法

　　在-10 ℃以上的气温中，对混凝土拌和物掺加一种能降低水的冰点的化学剂，使混凝土在负温下仍处于液相状态，水化作用能继续进行，从而使混凝土强度继续增长。目前，常用有氧化钙、氯化钠等单抗冻剂及亚硝酸钠加氯化钠复合抗冻剂。一般多用于素混凝土施工中。对含碱活性骨料的混凝土，应控制混凝土的总含碱量，并符合相关规定。

　　上述4 种冬季施工方法都有利有弊，其适用范围都受一定条件的制约。根据工程实际情况，常采用一种或两种以上施工方法。模板和保温层，应在混凝土冷却到5 ℃后方可拆除。当混凝土与外界温差大于20~25 ℃时，拆模后的混凝土表面应临时覆盖，使其缓慢冷却。未冷却的混凝土有较高的脆性，所以结构在冷却前不得遭受冲击荷载或动力荷载的作用。

　　3 混凝土的养护

　　（1）冬季浇筑的混凝土，由正温转入负温养护前，混凝土的抗压强度不应低于设计强度的40%，对于C10 以下的混凝土不得小于5 MPa。

　　（2）采用的保温材料（草袋、麻袋等），应保持干燥。

　　（3）在模板外部保温时，除基础可随浇筑随保温外，其他结构必须在设置保温材料后方可浇筑混凝土。钢模表面可先挂草帘、麻袋等保温材料并扎牢，然后再浇筑混凝土。

　　（4）保温材料不宜直接覆盖在刚浇筑完毕的混凝土层上，可先覆盖塑料薄膜，上部再覆盖草袋、麻袋等保温材料。保温材料的铺设厚度为：一般情况下0 ℃以上铺1 层；0 ℃以下铺2 层或3 层；大体积混凝土浇筑及2 次抹面压实后应立即覆盖保温，其保温层厚度、材质应根据计算确定。

　　（5）拆模后的混凝土也应及时覆盖保温材料，以防混凝土表面温度的骤降而产生裂缝。

　　以上主要列举了天津地区寒冷季节的混凝土施工方法和养护措施，当然冬季混凝土的施工方法不仅限于上述几种，但均要有针对性且在一定范围内采用，以做到有的放矢，确保施工质量。