冬季混凝土施工技術及預防措施

文佳

（中交路橋建設有限公司，北京 101121）

近年來，中國經濟持續快速發展，國家基礎設施建設繼續改善住宅、公路、鐵路、建筑、石油、天然氣和許多其他領域積極參與國際競爭的大型建設公司工程建設的形勢使得冬季混凝土不得不處理。冬季施工時，混凝土會產生一系列的病害，如凝結時間長、力學性能發展慢、耐久性差等。特別是混凝土拌合物在達到終凝時間之前遭受早期凍害，混凝土的抗壓強度、靜態彈性模量、抗滲性和抗凍性幾乎不再隨齡期發展[1-3]。根據進度計劃，大部分工程可以選擇在冬季繼續施工，以便及時完工。因此，冬季混凝土施工技術至關重要。本文主要依托工程為中交路橋南方工程有限公司貴州省石阡至玉屏（大龍）高速公路土建工程TJ06 標，對于貴州省來說，冬季最低氣溫低于﹣3 ℃的日子少，因此，根據工程所在地的氣候條件，尋求合適的冬季施工技術是非常必要的。

1 工程概況

某合同段工程為貴州省石阡至玉屏（大龍）高速公路土建工程TJ06 標，該工程項目地處中國貴州省石阡縣、岑鞏縣，截至2020 年11 月底，剩余混凝土1.5 萬m3。該工程位于貴州地區，該地區冬季氣溫較低，并在1 月份出現最低氣溫。對于公路建設工程來說，能在冬季進行施工不僅僅能均衡常年的作業，還能使得國民經濟發展加快，這具有極大的經濟價值。

2 低溫對混凝土性能的影響

2.1 早期性能

混凝土的早期物理性能在低溫時降低。實驗結果表明，在冬季低溫環境下澆筑的混凝土的初凝和終凝時間都會增加，尤其會顯著地增加終凝時間。而冬季的低溫環境則會引起水泥表層的水汽冷凝而成水，并因此導致邊緣混凝土的水灰比改變，水分的質量分數也會上升，進而影響水泥的硬度和防水滲性。一般來說，如果新澆筑的混凝土在3～6 h 內受到凍結等損害，其抗壓強度將損失50%以上，如果在終凝2～3 d 后凍結，則其強度只會損失15%～20%[4]。

2.2 強度

冬季低溫度環境條件會減少混凝土材料的水化反應速度。當氣溫約為5 ℃時，水泥砂漿的水化速率就將大幅下降，當氣溫約為0 ℃時，其水化作用就會終止[5]。而由于氣溫的降低，混凝土材料內游離水分就會結冰，造成水泥砂漿內容積擴大，同時也會在水泥砂漿內形成凍脹應力，特別是在水泥砂漿凝結的早期階段其硬度無法抵消凍脹應力，因此造成砂漿內產生裂紋，這就是溫度裂縫。所以，當溫度下降至5 ℃時，必須采取措施防止過早結冰。

2.3 耐久性

環境溫度下降導致混凝土內部形成溫度應力，環境溫度越低溫度應力也越大，內部溫度應力將會逐漸大于混凝土本身的強度，從而在表面產生裂紋。裂縫產生后混凝土的強度將會降低，在后續砼構件的日常使用中會有持續的荷載作用于該構件，在長久反復的荷載作用下，砼構件的接縫將繼續增加并擴大，從而顯著降低混凝土抵抗寒冷、抵抗裂縫、抗滲和長期耐久的能力[6]。

3 冬季混凝土施工質量控制中的前期準備與施工安全教育

3.1 技術與物資準備

冬季混凝土施工較為普遍，但相比其他季節施工而言，冬季施工更容易產生施工質量問題而導致安全隱患發生，所以在冬季混凝土施工之前就要做好各種準備工作，包括技術準備及物資準備。冬季施工較為復雜，需召集各個技術人員對施工圖紙進行復核，同時對冬季低溫問題進行會審并解決可能存在的技術問題。在正式進入冬季施工之前，應組織相關人員進行測溫工作，測溫對象包括大氣溫度、原材料溫度、混凝提澆筑時的溫度及施工時的環境溫度。安排人員對施工時需要用到的水井及水管進行保溫工作，防止低溫對水井及水管造成凍結及破壞。冬季施工方案的制定必須要考慮全面，所制定的方案需包括具體的施工方法、施工人員的專項培訓及合理的施工流程，以使得最后澆筑的混凝土構件滿足要求。其次，冬季混凝土施工中的物資準備同樣很重要，各種物資需要準備齊全，各種設備需要提前維護保養，應該提前備好冬季施工的保溫設備。施工過程中需時刻關注天氣變化情況，掌握并控制施工過程中的溫度變化，防止低溫對混凝土造成凍害，保證整個施工過程中不留任何隱患。

3.2 施工安全

不論是在冬季混凝土施工中還是其他任何時候施工過程中，安全問題始終是最重要的問題，因此在開展冬季施工之前首先要進行安全教育，必須使參與施工的每個成員都樹立足夠的安全意識。必須定期開展安全教育培訓，并且強制要求所有人員參加。施工時必須安排專門的安全管理人員，并制定嚴格有效的安全制度。同時鼓勵并適當嘉獎遵守安全生產等相關規章制度的職工，必要時可對不遵守的人員進行通報批評，以提高全體職員的安全意思，確保整個施工安全。

在整個施工過程中必須重視安全檢查問題。在工程開始之前，必須對需要使用到的各個施工設施及設備進行專項且全面的安全檢查，待專門的檢查部門驗收合格之后方可將設施及設備投入生產使用中。需安排專人定期對施工中的安全情況進行檢查，對檢查后發現不合格的部分進行批評并整改。部門領導需起到帶頭監督作用，領導干部需親自帶頭成立檢查小組，定期進行安全生產檢查，對于施工中遇見的實際問題及隱患制定具體的解決方案。

冬季生產時，低溫會帶來許多的安全隱患，應為施工人員配置相應的防護物品，如防滑靴及保暖衣物等，同時應及時清理堆積的冰雪，對易結冰的道路提前采取應對措施。在冬季施工時會使用較多的熱水來開展保溫工作，施工人員在使用熱水時應防止燙傷。

4 冬季混凝土施工技術

4.1 混凝土施工配合比改進

在冬季生產水泥的過程中，必須注意對水泥配合比的管理。目前的研究表明，想要混凝土抗凍性能好，必須控制并降低混凝土的水灰比。根據現行建筑法規，冬季施工中的水灰比例應控制在0.55 之內，為了確定該技術的效果，在實際施工中應減少水灰的實際比例。在冬季澆筑混凝土階段，既要保證較低的水灰比同時要達到水泥坍落度要求，可按照要求增加一定量的減水劑。在選用水泥時應優先選用硅酸鹽水泥，同時澆筑時間應該選在冬日溫度較高的白天，不宜選在夜晚，因為冬季早晚溫差大，夜晚溫度更低，為控制混凝土溫度將消耗更多的財力物力。

4.2 混凝土原材料溫度控制

在冬季低溫環境下，可以利用加熱器和保溫器來維持混凝土結構原材料的工作溫度。需注意的是不能直接加熱水泥，應儲存在溫室內。當砂石和砂礫等原材料堆積于室外時，冬季易形成水霧或在低溫下結冰，所以在使用原材料前應采用一些辦法提前融化原材料。其他原料和成分也宜在加熱后使用，但攪拌混凝土時必須注意的一點是必須保持水和拌合原料的溫度都不超過拌合要求的最高溫度。可采用水加熱法加熱原材料。在使用原材料時需注意材料內不能混有冰塊等物體，同時需要控制原材料在攪拌時的投料順序并全程控制其溫度。

4.3 改善混凝土拌制和澆筑

為了減少混凝土的熱損失，混凝土攪拌不得在室外進行。如果條件允許，應盡可能提供暖棚。此外，為了提高攪拌功率、節省攪拌時間和提高工作效率，應首選高性能攪拌機。在攪拌過程中應注意投料的先后順序，最好先放骨料和水，然后加入水泥進行攪拌。冬季施工中攪拌混凝土時，時間不能過短，至少應為常溫攪拌時間的1.5 倍。宜在運送水泥的路上采用帶有隔熱功能的容器，以降低運送過程中混凝土的熱量損失，并選擇大型容器以減少倒運次數。在冬季水泥施工時，應該采取措施增加水泥的密實程度，可在施工時按照程序加大振搗強度。施工時，不宜長時間存放混凝土，新拌混凝土運至施工現場后應立即使用，在整個過程中實時監控混凝土的溫度并將其保持在最佳溫度之間。

4.4 冬季混凝土養護措施

4.4.1 負溫養護

顧名思義，負溫養護法就是創造一個0 ℃以下的環境并在該環境中逐步養護混凝土的施工方法，該方法的核心就是控制混凝土內部溫度。使用負溫養護法時需要在混凝土中摻入防凍劑，施工完成后不需要對混凝土進行額外的補償性加熱或者保溫。該工藝相較其他養護方法來說較為簡單、容易操作，同時不需要額外消耗資源進行加熱或者保溫，比較節能、環保；但該方法也有缺點，使用該方法的混凝土強度會較其他養護方法而言增加得緩慢。本方法適用于日平均溫度不低于0 ℃，最低溫高于﹣16 ℃環境中，不適合加熱且對抗壓強度的增加沒有特殊要求的砼構件中。

4.4.2 蓄熱法

目前冬季混凝土澆筑最常見的保護措施之一是蓄熱法。該辦法的關鍵問題是將加熱和調節拌合所用的水和骨料的水溫在40～50 ℃間，并用隔熱材料覆蓋澆筑。該方案具備施工簡便、成本低、產品質量容易提高等優勢。當硅酸鹽水泥澆注溫度高于20 ℃時，應控制硅酸鹽水泥的蓄熱溫度。隔熱材料的傳熱系數應低、經濟、易獲得，如鋸末、爐渣、草簾、草袋等，為防止隔熱性能下降，應確保隔熱物處于干燥狀態。但在混凝土的整個養護過程中，應注意防止風和水對混凝土造成的損害。

4.4.3 暖棚養護法

采用暖棚養護法時，首先需要建造一個大型溫室，并通過通暖氣及加熱爐的方式來提高和保持暖棚的溫度，以保證混凝土的凝固和養護效果。暖棚內的溫度應當較高，應保證棚內地面溫度高于5 ℃，并且時刻灑水來濕潤混凝土表面。使用暖棚養護法有優點也有缺點，優點是可使混凝土凝固效果好同時凍害較少，而它的缺點也很明顯，就是造價及花費較為昂貴且溫室的生產和建設需要大量的勞動力和材料，取暖需要大量的能源，這也是暖棚養護法并不常用的原因。

4.4.4 綜合養護法

綜合養護法目前應用的也比較多，其優點主要是將抗冷劑直接摻入混凝土的拌和物中，并預先加熱原材料同時在運輸及拌和物的生產過程中均進行了保溫，以確保澆注后的混凝土溫度超過10 ℃。采取的保溫措施能將混凝土溫度保持在0 ℃以上并維持1.5 d 左右，在該時間內混凝土已經完成終凝并具有足夠的強度。外界的溫度變化會導致水泥室溫逐漸下降至室外溫度以下，在這過程中抗凍劑也可以促進水泥在負溫度條件下繼續硬化。

冬季混凝土施工已經較為普遍，相對應的養護方式也發展得越來越多，但針對各個實際工程項目，應實際考慮工程環境氣溫、造價等各方面情況，合理選擇最合適的養護方式，以確保施工后混凝土強度能增長到足夠的程度以滿足施工質量要求。

5 結論

冬季混凝土施工情況越來越普遍，相較于其他季節而言，冬季期間的混凝土施工較為麻煩，為了保證冬季混凝土施工質量滿足要求，必須掌握施工過程中的具體結構點和各個環節的質量關鍵控制點。冬季應嚴格按照混凝土施工方案進行混凝土保溫，同時重視混凝土澆筑后的養護方法的選用與管理，以保證混凝土強度能在冬季低溫條件下增長到規范值。在本次石阡至玉屏（大龍）高速公路土建工程中的實際應用證明，即使在冬季施工的低溫條件下，只要針對施工特點和現場條件，對整個混凝土施工環節的保溫及養護措施進行嚴格把控，也可以有效減少混凝土冬季病害并保障混凝土結構的施工質量。