寒冷地區混凝土冬季施工方法研究

劉建軍

【摘要】我國北方氣候寒冷，每年都有較長的時間處于溫度較低的冬季。在進行工程施工時，大多數情況下會受到工期限制而必須在冬季進行施工。冬季溫度較低，對混凝土施工有著較大的影響，致使混凝土施工過程更為復雜，同時特別容易出現混凝土質量問題。本文對寒冷地區混凝土冬季施工方法進行了相應的研究，希望對相關人士有所幫助。

【關鍵詞】寒冷地區；混凝土；施工方法

一、前言

寒冷地區冬季施工受溫度的影響，工程施工很難進行，施工過程中工程的質量便是決定施工能否正常進行的重要因素。隨著市場經濟快速發展，解決好寒冷地區冬季施工問題對于減少工程造價，加快國民經濟建設勢在必行。因此，如何解決好冬季施工面臨的困境，保障施工的質量對于國民經濟的持續增長、社會的高速發展都是相當必要的。冬季施工中，嚴格控制混凝土的施工質量就成為了重中之重。

二、冬季混凝土工程施工的一般原理

混凝土拌和物澆灌后之所以能逐漸凝結和硬化，直至獲得最終強度，是由于水泥水化作用的結果。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外，主要是隨著溫度的高低而變化的。當溫度升高時，水化作用加快，強度增長也較快；而當溫度降低到0℃時，存在于混凝土中的水有一部分開始結冰，逐漸由液相（水）變為固相（冰）。這時參與水泥水化作用的水減少了，因此，水化作用減慢，強度增長相應較慢。溫度繼續下降，當存在于混凝土中的水完全變成冰，也就是完全由液相變為固相時，水泥水化作用基本停止，此時強度就不再增長。

水變成冰后，體積約增大9%，同時產生很大的冰脹應力。這個應力值常常大于水泥石內部形成的初期強度值，使混凝土受到不同程度的破壞（即早期受凍破壞）而降低強度。此外，當水變成冰后，還會在骨料和鋼筋表面上產生顆粒較大的冰凌，減弱水泥漿與骨料和鋼筋的粘結力，從而影響混凝土的抗壓強度。當冰凌融化后，又會在混凝土內部形成各種各樣的空隙，而降低混凝土的密實性及耐久性。

由此可見，在冬季混凝土施工中，水的形態變化是影響混凝土強度增長的關鍵。國內外許多學者對水在混凝土中的形態進行大量的試驗研究結果表明，新澆混凝土在凍結前有一段預養期，可以增加其內部液相，減少固相，加速水泥的水化作用。試驗研究還表明，混凝土受凍前預養期愈長，強度損失愈小。

三、混凝土冬季施工的材料儲備保溫和加溫

1、注意混凝土材料的保溫工作

混合料在運輸途中，若保溫措施不當極易受凍，因此必須在進入冬期之前就安排砂石混合料進場，并且在冬期開始前用棉氈、草袋覆蓋保溫，將砂石料溫度始終維持在0℃以上，防止其遭受凍害影響。在保溫運輸途中，如有冰雪、凍塊混入攪拌機，會在一定程度上降低混合料溫度；難以融化、粉碎的凍塊會堵塞輸料口，降低混凝土拌和質量。外加劑、水泥使用前不必直接加溫，為防止其受凍，須妥善存放在暖棚、庫房內。另外，水源儲備問題也是冬期施工必須考慮的。

2、施工材料的拌合加溫

攪拌站要搭建保溫暖棚來維持砂石料的正常溫度，同時要適當加溫混凝土拌合料，拌合水加熱溫度，根據混凝土拌合物混合溫度和計算控制。水的加熱溫度控制在80℃以內。若骨料無需加熱，則允許水溫超過80℃，但是要先投入骨料和已加熱的水進行攪拌均勻，再加水泥，以免熱水直接接觸水泥影響拌和質量。若加熱水達不到預期要求，可均勻加熱骨料，溫度不宜超過60℃。片石摻用前須預熱。使用水泥前先將其存放在暖棚里預熱，但切忌直接加熱，以免破壞拌和效果。每次工作完華后，攪拌筒內必須用粗石子加清水洗干凈，按出料方法操作，把筒內積水排盡，同時也要對攪拌筒外表及底座周圍的水泥殘渣進行沖洗，正確處理和保養能延長攪拌筒的使用壽命。

四、混凝土配合設計和澆筑

1、合理的混凝土配合比

由實驗室通過實驗確定，除滿足確定、耐久性要求和節約原材料外，應該具有施工要求的和易性。因此要實驗室設計合理的配比，必須提供合格的水泥、砂、石。水泥控制強度，砂控制細度、含水率、含泥量等，石控制含水率及含泥量等。只有材料達到合格要求，才能做出合理的混凝土配合比，才能使施工得以正常合理的進行，達到設計和驗收標準。

2、混凝土的澆筑

澆筑之前，要對模板以及鋼筋做認真清理，并在清理后及時澆筑混凝土，然后立即覆蓋保溫；拌合物的容器應該具備保溫措施，混凝土在澆筑過程中要盡量提高速度，以防止混凝土內的熱量散失過快。混凝土的入模溫度一般取15℃～20℃，養護前的溫度不得低于2℃。且不得在強凍脹地基上澆筑混凝土，當在弱凍脹地基上澆筑混凝土時，應對基土采取一系列保溫措施，以免遭凍，當在非凍脹性地基土上澆筑混凝土時，混凝土在受凍前，其抗壓強度不得低于臨界強度。對于現澆結構，要注意混凝土的澆筑程序和施工縫的位置，防止在加熱養護時產生較大的溫度應力，破壞結構。

五、冬季混凝土拌制和運輸

通常情況下，對混凝土進行冬季施工時，硅酸鹽水泥或者普通硅酸鹽水泥是首選，在水泥標號方面不低于32.5，每立方米混凝土水泥用量不少于300公斤，水灰比控制在0.6，同時加入早強劑，必要時加入防凍劑。對混凝土進行冷卻，當溫度達到5℃后，進行拆模。當混凝土與外界之間的溫差超過20℃時，為了確保施工質量，拆除模板后，需要將遮擋物覆蓋在混凝土的表面實施保溫，對混凝土在一定程度上進行緩慢冷卻。在拌制混凝土混合物的過程中，為了保持骨料的清潔，需要清除骨料中含有的冰雪、凍塊、易凍裂的物質等。如果加入的外加劑中含有鉀、鈉等離子，活性骨料在這種情況下不能使用。在拌制混凝土時，需要加入外加劑，外加劑的狀態不同，需要采取不同的拌制措施。例如，對于粉劑外加劑，通常情況下需要與混合料一起進行攪拌；對于液體外加劑，通常情況下需要加入水與混合料一起攪拌。當施工現場的溫度處于0℃左右時，可以將早強劑添加到混凝土中，同時按照使用要求及規范規定確定摻量。在拆模過程中，通過提高混凝土的設計等級，進而在一定程度上滿足混凝土在時間方面存在限期的要求。對于摻有外加劑的混凝土，在攪拌時間方面，其攪拌時間通常是常溫的1.5倍；溫度方面，出機溫度和入模溫度分別不低于10℃和5℃。

六、冬季混凝土施工的具體工藝方法

1、調整配合比方法

使用硅酸鹽早強混凝土或者使用硫鋁酸鹽早強混凝土。在負溫下施工時，為使混凝土加速硬化，在混凝土中也適宜摻入亞硝酸鈉。施工方法為：

（1）選擇硫鋁酸鹽早強水泥，可以采用熱水拌和，水溫不超過50℃，混凝土拌合物溫度宜為5～15℃。水泥不得直接加熱或者直接與30℃以上熱水接觸。

（2）采用機械攪拌時，混凝土出罐時應注意攪拌桶內的拌合物倒凈，每隔0.5～1h刷罐一次，以免殘留物積累后造成“鑄罐”現象。

（3）拌合物應該在30min內澆注完畢。混凝土入模溫度不應該低于2℃。當拌合物失去流動性以后不得加水二次攪拌。

（4）澆注完畢后應該在混凝土表面覆蓋一層塑料薄膜防止失水，并應根據氣溫情況適當保溫。

（5）環境氣溫為零下時，應使混凝土在養護初期的12硯4h內保持正溫，以保證強度的增長。梁柱接頭除保溫外，還應在澆筑前進行預熱，以減少熱損失。

（6）硫鋁酸鹽水泥混凝土施工時，養護溫度不得高于30℃。硫鋁酸鹽水泥應加強保管，不得與其他品種水泥混合使用。

2、蓄熱法

做法是：對原材料（水、砂、石）進行加熱，使混凝土在攪拌、運輸和澆灌以后，還儲備有相當的熱量，以使水泥水化放熱較快，并加強對混凝土的保溫，以保證在溫度降到0℃以前使新澆混凝土具有足夠的抗凍能力。此法工藝簡單，施工費用不多，但要注意內部保溫，避免角部與外露表面受凍，且要延長養護齡期。

蓄熱法具有經濟簡便節能等優點，混凝土在較低的溫度下硬化，其最終強度損失少，耐久性能較高，可以獲得較優質量的制品。但使用蓄熱法施工強度增長較慢，因此易于選用強度較高水化熱較大的硅酸鹽水泥普通硅酸鹽水泥或快硬硅酸鹽水泥，同時選用導熱系數小廉價耐用的保溫材料。

3、外部加熱法

通過加熱混凝土構件周圍的空氣，將熱量傳給混凝土，或直接對混凝土加熱，使混凝土處于正溫條件下能正常硬化。

（1）火爐加熱。一般在較小的工地使用，方法簡單，但室內溫度不高，比較干燥，且放出的二氧化碳會使新澆混凝土表面碳化，影響質量。

（2）蒸汽加熱。混凝土的蒸汽加熱分為兩種情況，一是讓蒸汽與混凝土直接接觸，利用蒸汽的濕熱作用來養護混凝土，二是將蒸汽作為熱載體，通過某種形式的散熱器使熱量傳導給混凝土，使混凝土升溫。前者有蒸汽室和蒸汽套法以及內部通氣法，而毛管法和熱模則屬于后者。

（3）電加熱。一般可以分為電熱毯加熱法、工頻渦流加熱法和線圈感應加熱法三類。

電熱毯加熱法是以電熱毯作為加熱元件，使用于以鋼模板澆注的構件。電熱毯由四層玻璃纖維布中間夾以電阻絲制成。

工頻渦流加熱法在鋼模板的外側鋪設鋼管，鋼管與頂面緊貼并且焊牢，管內穿以導線，當導線中有電流通過時，在管壁上產生熱效應，使混凝土升溫。

線圈感應加熱法是用絕緣電纜纏繞在梁、柱構件的表面以形成線圈，通電后使鋼模板、鋼筋或者構件內所含的型鋼發熱升溫并加熱混凝土。優點是易于控制，加熱均勻。

4、抗凍外加劑法

（1）提高早期強度。摻入防凍劑后可在規定的施工環境溫度下最大限度的提高早期強度。利用防凍劑中的早強和減水成分使混凝土早期強度盡快提高，當混凝土的強度達到或者超過了臨界強度之后，就不會發生凍害了。

（2）防治混凝土受凍破壞。防凍劑中的有效組分之一是降低冰點的物質。它的主要作用是使混凝土中的水分盡可能低的溫度下結冰，防止水分凍結而產生的凍漲力破壞混凝土結構。它的另外一個作用是干擾冰晶的生長發生變異，從而減少了凍漲力。同時保證了一部分不結冰的水分，以維持水化反映的進行，保證了負溫下混凝土強度的增長。冬期施工的混凝土結構工程，應根據混凝土防凍劑的品種，選擇防凍劑的用量圈。

5、暖棚法

暖棚法就是在混凝土澆筑倉上搭設暖棚，棚內通常用蒸汽排管或暖風機供熱，使棚內溫度保持在0～5℃左右，混凝土的澆注和養護均在棚內進行。本法的優點是：操作和施工與常溫無異，勞動條件好，勞動效率較高。混凝土質量有可靠保證，不易發生凍害。缺點是：暖棚搭設需要大量材料和人工，供熱需要大量能源，費用較高。暖棚法適用于混凝土工程較為集中的區域，尤其適用于混凝土工程較多的地下工程。當日平均氣溫低于-10℃時，暖棚法不易奏效。

6、綜合蓄熱法熱模法

綜合蓄熱法是對混凝土原材料進行加熱，以提高混凝土的入模溫度，成型后對其表面進行覆蓋保溫。同時，利用水泥的水化熱和摻外加劑的方法使混凝土在受凍前達到抗凍臨界強度，轉入負溫后強度繼續增長。綜合蓄熱法可以看作是一種復合了幾種常見冬季施工工藝的養護方法。綜合蓄熱法養護工藝簡單，費用低。技術上可行優先采用。

七、結束語

在寒冷地區冬季的混凝土施工存在很多的局限條件，由于溫度低，水化作用、和易性都受到很大的影響，混凝土強度受到水泥與水化水間的水化作用和游離水的蒸發作用很大程度的影響，這使得冬季混凝土施工難度增大。因此，做好冬季施工工作，需要分析混凝土冬季施工的特點，施工前做好防范措施，施工過程中采用適當的施工操作方法，并在混凝土澆筑完成后及時做好養護工作。相信只要采取科學有效的施工管理工作，對施工技術人員做好培訓工作，嚴格按照混凝土冬季施工的流程進行施工，就一定能確保混凝土冬季施工的質量。

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