試析混凝土工程冬季施工技術防范對策

曾蕃青

（河南省信陽建筑總公司，河南 信陽464000）

試析混凝土工程冬季施工技術防范對策

曾蕃青

（河南省信陽建筑總公司，河南 信陽464000）

建筑工程施工中不同環境條件下對混凝土施工技術也提出了不同要求，尤其是冬季溫度較低時，由于水的形態變化而影響到混凝土凝結強度，為此，加強冬季混凝土施工的技術防范，從現場施工特點、負溫等方面提出有效的措施和建議。

混凝土；冬季施工；溫度；要求；建議

混凝土是建筑工程施工中重要的材料之一，在工程施工中通過水泥來將砂、石子等集料按照一定的配比要求，經攪拌凝聚而成型。建筑工程中混凝土的強度是依靠水泥與水之間的水化作用而產生的，當環境溫度較高時，水泥水化作用加快，當溫度較低時，水泥水化速度降低，使得混凝土的強度也受到影響。冬季相對環境溫度較低，對于新澆筑的混凝土來說，一旦遭遇低溫冰凍，很容易因水的形態變化而致水泥顆粒與冰發生其他反應，從而因孔隙間冰的膨脹作用（當水結成冰時，其體積可膨脹約9%）而降低混凝土的強度值，也對建筑工程施工造成惡劣影響。

1 冬季進行混凝土施工時的作業特點

從混凝土施工要求來看，冬季施工中新澆筑混凝土的防凍是關鍵，特別是在溫度較低的情況下，為了避免硬化初期的冰凍，必須從施工方案上、養護方法上積極應對，以確保施工效果的實現。通常在冬季進行混凝土施工時，需要從以下幾個方面應對：一是從混凝土的作用機理看，混凝土凝結硬化過程的關鍵是水泥的水化作用，而水化的前提是在必要的環境溫度條件下進行的，由于冬季氣溫較低，水的活性受到干擾，從而降低了水泥的水化速度和效果。尤其是零下溫度水的固化結冰，對水泥的凝結造成直接影響，因冰的膨脹造成混凝土強度的降低；二是從混凝土初凝期的養護環境要求看，通常情況下，在5℃下持續養護28天的養護效果僅有標準養護效果的60%，而當溫度降低至0℃以下時，因冰的膨脹而致骨料與鋼筋表面產生冰凌，降低了鋼筋與骨料間的黏結力，為此確保混凝土凝聚期適宜的環境溫度也是關鍵；三是冬季混凝土施工的防范措施多以預熱、保溫，以及采取加熱的方式提高施工環境的溫度，因此對施工技術到施工費用上也提出了更高要求，通常冬季施工成本要比平時增加30%～50%的費用；四是混凝土施工質量問題的出現多在春融期發生，因發生較晚，處理質量問題的難度就相對較大，因此冬季澆筑混凝土，對施工方案的可靠性要求較高；五是我國北方氣候容易受到寒流的影響，特別是大風加劇，都會給冬季混凝土施工及養護帶來更多的問題，如養護期的失水問題等。

2 溫度對混凝土凝結作用機理的影響分析

2.1 混凝土攪拌期水的冰潔與相變

水固化成冰的過程是放熱過程，而冰的融化過程是吸熱過程。在臨界點0℃時，每1 000克的水凝結成冰需要釋放33萬焦耳的熱量，同理，1 000克的冰融化成水將要吸收33萬焦耳的熱量。常壓下純水的冰點是0℃，而對于混凝土攪拌期水泥砂漿里、主要存在于水泥顆粒間的水，常壓下當溫度降低至零下3℃時才能凝結成冰。另外，由于水泥砂漿中水泥顆粒對拌和水的吸收作用，使其冰點溫度發生變化，特別是水泥毛細管的涵養作用，只有外界溫度更低時才能使得這些滲入到水泥顆粒間的水結成冰（零下40℃以上）。冬季混凝土攪拌過程中增加防凍劑，使得混凝土混合料的熔點更低，以確保拌和水能夠保持液相水平。對于硬化水泥漿體來說，一部分拌和水與水泥發生化學反應，另一部分拌和水則游離在凝膠體間的空隙中，對于這些游離水，水化程度越高時，孔隙越小，硬化水泥漿體的含水率將減少。

2.2 負溫對混凝土硬化過程的影響

混凝土在澆筑初期如果受到冰凍，將導致混凝土一系列的物理、力學變化，大大降低混凝土的強度，從而影響工程施工質量。為此，在冬季實施混凝土澆筑作業時，對澆筑前期、硬化初期的保溫防范尤為重要。在混凝土硬化初期，拌和水與混凝土之間的飽和度較高，溫度一旦降低將誘發冰凍，從而對混凝土中的飽和水產生膨脹影響。據測試，當混凝土凝固初期因冰凍而帶來的混凝土強度值將損失近50%。對混凝土澆筑期及硬化初期的保溫養護，關系到混凝土施工質量的可靠性。

混凝土硬化之后的養護期間，偶爾遭遇一次冰凍通常不會造成明顯的影響，只有反復多次的冰凍后才會破壞混凝土的凝結質量。充分硬化的混凝土結構體中，水泥砂漿中游離的水含量決定了其抗凍能力，如果水泥砂漿的孔隙率較大，則毛細孔間的連通性導致游離水的量較大，從而誘發冰凍的危險較高，而要改善混凝土的抗凍能力，必須從強化混凝土的密實度和有效降低混凝土的滲透性入手，如減少水灰比值，適當提升水泥的用量；混凝土在干燥的環境下不易受到冰凍，在混凝土中增加一定量的引氣劑，使得混凝土內部容納無數的小氣泡，可以有效地吸收游離水而減少內部的靜力作用，從而減少和避免冰凍，以改善和提高硬化后的混凝土抗凍性能。

3 改善冬季混凝土施工的有效措施和方法

3.1 蓄熱法以加熱的方法來確保混凝土施工條件

控制冬季混凝土施工作業的環境溫度，可以通過對原材料加熱等方式，確保作業溫度保持一定的要求，從而減少因溫度過低而誘發的冰凍危害，特別是大型建筑工程結構施工時，更要發揮蓄熱法的優勢。需要注意的是，在對原材料進行加熱，需要做好各工序的銜接，如在對水、砂、石進行加熱時，要確保混凝土在攪拌期、運輸期，以及澆筑前后保持相對的熱量值，以便于確保水泥水化作用的有效發揮；對冬季混凝土溫度的保持，要做好相應的防范，如覆蓋保溫布、延長混凝土的養護期，避免混凝土外露而引起冰凍。同時，蓄熱法因施工技術簡單有效，對冬季混凝土施工成本較低，是較為理想的施工方法。

3.2 外部加熱法來構筑混凝土施工溫度條件

外部加熱法的實施通常適宜在零下10℃以上，特別是對于大結構的施工工程來說，為了獲得較為理想的凝結環境，從構件周圍的空氣進行加熱，實現對混凝土及其相關材料整體得到適宜的溫度。在加熱措施上，有火爐加熱法，通過施工現場引入火爐，提高施工現場的整體溫度值，促進混凝土快速有效硬化，通常施工工地空間較小時采用火爐加熱法，其方法較為簡單，其缺點是溫度提升速度慢，易干燥，明火和煙氣內大量的二氧化碳，對新澆筑的混凝土會造成表面碳化影響。蒸汽加熱法的工作原理是利用蒸汽的溫度和濕度促進混凝土的硬化效果。在蒸汽加熱過程中，加熱均衡且易控制，不足是必須依靠專用的鍋爐設備，而且加熱成本較高，僅適宜較為大型的施工項目，另外蒸汽加熱法熱量的散失較為嚴重，也給施工作業帶來不利。電加熱方法是在混凝土施工中，將鋼筋作為電極或者采用外加電熱器的方式促進混凝土表面溫度的提升，將電能轉換為熱能電加熱法對設備的要求不高，熱損失較少，與蒸汽加熱法相比更易控制且靈活方便，不足是對電能的消耗較大，施工成本較高，也增加了施工環境中的風險和事故率。暖棚加熱法是針對冬季氣溫較低時，在工地上空搭建暖棚，既可以防范熱量散失，又能為施工作業創造溫度與濕度都相宜的環境，不足是搭建周期較長，且成本較高。紅外線加熱法是利用高溫電加熱或氣體紅外線發生器對混凝土進行有效的密封輻射加熱處理，以改善混凝土的凝結和養護條件。

3.3 依靠混凝土各集料間的配合比來優化凝結能力

冬季混凝土施工作業適應外界環境條件上，可以通過對各集料的配比增強混凝土質量，其適宜的作業溫度是0℃。具體施工中需要注意：一是對水泥品次的選擇，要結合抗凍能力來選擇高硅酸鹽水泥，其水泥水化放熱較大，特別有助于對混凝土早期抗凍能力的提升，同時其自身凝結效果較好，通常3天的抗壓強度相當于普通水泥7天的強度；二是對水灰比的控制，適當降低水灰比，減少游離水含量，增加水泥的用量，從而縮短到齡期的混凝土強度；三是摻入一定量的引氣劑，通過引氣劑的滲入，有助于混凝土在攪拌期能夠釋放相當數量的微小氣泡，在混凝土進入硬化后仍然能夠保持較多的氣泡，以改善混凝土的抗凍性能，冬季施工作業時，微小氣泡能夠增加混凝土的體積，促進混凝土攪拌的均衡流動，也提升了粘聚性和保水性，最大化地減緩了游離水的冰凍速度，也增強了冬季混凝土施工的抗凍標準；四是加入早強外加劑，早強劑是在混凝土硬化初期增強其早期強度，并對后期的養護帶來益處，其主要原理是在初凝期能夠較好地改善水泥的水化速度，大大縮短凝結時間，促進混凝土在固化早期就具有較強的硬度。不同的早強劑其摻入量也不一致，如復合早強試水劑其用量約為5%，硫酸鈉早強劑其用量約為2%。五是對混合集料顆粒大小與強度來說，盡量選擇硬度高且縫隙小的集料，使其膨脹系數與砂漿膨脹系數相近，從而減少膨脹差。

3.4 抗凍外加劑法提高負溫對水的液相作用

使用抗凍劑主要是針對環境溫度低于零下10℃時的混凝土工程施工，常用的抗凍劑有氯化鈉、氧化鈣，以及亞硝酸鈉與氯化鈉的復合劑，以增強混合物的冰點值，提高混凝土在負溫下的液相狀態。

4 結語

對于建筑工程冬季作業防范混凝土冰凍措施的研究，一直是建筑界研究和探討的焦點。本文結合現場施工實際，選擇合適的施工方案和方法，以實現冬季混凝土施工的最佳效果。

[1]郝臣君.寒冷地區冬季混凝土施工質量控制研究[D].西安：科技大學，2012.

[2]王鵬偉，李鎮.混凝土冬季施工常見凍害及預防[J].混凝土世界，2012（11）.

TU742

A

1671-0037（2014）02-70-2

2014年1月6日。

曾蕃青（1967-），男，一級建造師，研究方向：項目施工技術與管理。