根據《建筑工程冬期施工規程》(JGJ/T104-2011)規定，當室外日平均氣溫連續5d穩定低于5℃，即進(jìn)入冬季施工。冬季混凝土的生產(chǎn)與應用具有時(shí)間概念強、質(zhì)量控制環(huán)節多、影響質(zhì)量的因素復雜等特點(diǎn)，混凝土在負溫條件下更易出現質(zhì)量問(wèn)題。本文從混凝土冬季施工的特點(diǎn)、混凝土凍害的產(chǎn)生過(guò)程與影響因素、混凝土冬季施工技術(shù)方案等方面來(lái)分析研究，為混凝土的冬季施工提供了參考依據。
混凝土冬季施工特點(diǎn)
1.混凝土強度普遍偏低且增長(cháng)緩慢
混凝土從制備到失去可塑性是由水泥內部各組分發(fā)生水化引起的，水化反應是一個(gè)復雜的過(guò)程。在水泥水化反應的過(guò)程中，溫度對水泥的水化影響巨大，即溫度越高，水化反應越快。在低溫條件下，硅酸鹽水泥極其組成礦物的水化機理與常溫相比并無(wú)明顯差別，但反應速率會(huì )大大降低。
在溫度較低的情況下，水泥中各組分水化需要較長(cháng)時(shí)間，混凝土后期強度增長(cháng)變化比較慢。研究表明，當環(huán)境溫度低于5℃時(shí)，特別是當溫度降低到0℃時(shí)，存在于混凝土中的自由水慢慢失去流動(dòng)性，逐漸由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)，隨著(zhù)自由水開(kāi)始結冰，參與水泥水化的水減少，單位時(shí)間內放出的水化熱減少，水化熱引起的混凝土自身溫度上升的幅度降低，導致混凝土強度增長(cháng)緩慢。水泥在-10℃時(shí)水化基本中止，此時(shí)混凝土強度也就不再增長(cháng)。
2.早期凍害影響混凝土的耐久性
混凝土的早期凍害主要分為混凝土凝固前受凍和凝結后但未達到足夠強度時(shí)受凍。當環(huán)境溫度低于0℃以下時(shí)，混凝土由于不能產(chǎn)生新的水化熱，存在于混凝土內部的水開(kāi)始結冰，導致混凝土體積發(fā)生膨脹，這種膨脹應力大于混凝土內部形成的抗壓強度和抗強度，當環(huán)境溫度升高時(shí)，內部的冰融化為水，會(huì )在混凝土中產(chǎn)生大量孔隙，使其強度大為降低，使得混凝土受到不同程度的破壞。這種凍害一旦發(fā)生，將會(huì )加速混凝土的膨脹，使混凝土內部產(chǎn)生裂縫，嚴重劣化混凝土的物理、力學(xué)性能和長(cháng)期耐久性能，尤其是對于冬季路面、橋梁、海洋平臺和高層建筑物，它們受早期凍害破壞的影響更為嚴重。因此一般情況下，要注意早期養護，盡量避免混凝土過(guò)早受凍。
3.混凝土的凍融循環(huán)破壞
凍融循壞對混凝土造成的破壞是指內部空隙中含有水分的混凝土在反復凍融循環(huán)作用下而導致的損傷。凍融循環(huán)對混凝土結構易造成凍融循環(huán)裂縫、表層脫落等破壞?；炷帘鶅鲞^(guò)程產(chǎn)生膨脹，融解過(guò)程表現收縮，但未能完全恢復到原來(lái)狀態(tài)而留有殘余約1/3的變形，表明凍融使水泥石結構變得疏松而受到了永久性損傷。在混凝土中引入適量微小的氣泡，并使均勻分布、密閉氣泡的間距在0.25mm以下，在經(jīng)過(guò)凍融循環(huán)作用后，混凝土可恢復到原來(lái)狀態(tài)而沒(méi)有產(chǎn)生殘余變形，因而水泥石結構未變疏松，大大降低凍融循環(huán)的破壞作用。如混凝土先在正溫下硬化并已獲得一定的強度值后再受凍害，則水泥石的結構損傷會(huì )明顯減輕，混凝土的最終強度值也會(huì )更接近不受凍害時(shí)應達到的強度值。
混凝土凍害產(chǎn)生過(guò)程與影響因素
1.混凝土凍害的產(chǎn)生過(guò)程
從本質(zhì)上說(shuō)，混凝土受凍破壞主要取決于混凝土中水的存在形式。眾所周知，溫度低于0℃時(shí)，就會(huì )有液態(tài)的水轉化成固態(tài)的冰。水在液態(tài)是密度為1.0g/cm3，固態(tài)冰的密度為0.9g/cm3。在水結冰的過(guò)程中體積約增大1.1倍，混凝土中的自由水結冰造成混凝土的體積發(fā)生膨脹引發(fā)膨脹應力，這種凍脹力由表面向內部發(fā)展。當膨脹力大于混凝土抗拉強度時(shí)，就會(huì )產(chǎn)生為微裂紋，白天溫度升高時(shí)，冰融化成水又沿著(zhù)裂紋流入混凝土內部，如此循環(huán)加劇混凝土的破壞，導致混凝土內部裂紋增多，最終對混凝土造成不可逆轉的破壞。
混凝土凍脹破壞的外觀(guān)特點(diǎn)是材料體內出現若干冰夾層，彼此平行而垂直于熱流方向。其產(chǎn)生過(guò)程是新澆筑的混凝土結構表面降溫時(shí)，冷流向混凝土材料體內延伸，在深處某水平位置開(kāi)始凍結，一般從較粗大孔中水分開(kāi)始結冰，冰晶形成后從間隙吸水，發(fā)育增長(cháng)，且是不可逆的過(guò)程。表層毛細管中的水分最先凍結，發(fā)生體積膨脹，擠壓未凍結的水分，形成宏觀(guān)規模的移動(dòng)，在毛細孔內產(chǎn)生越來(lái)越大的壓力。水壓超過(guò)混凝土的抗拉強度，就在混凝土中產(chǎn)生微裂紋，裂紋擴展導致混凝土劣化。
2.影響因素
骨料。骨料對混凝土凍害影響的主要因素有骨料的孔隙率、強度、粒徑等。骨料的飽水程度和吸水量，對于骨料的抗凍性能起著(zhù)主要作用。為提高混凝土的抗凍性能，要注意選擇吸水率低的骨料，特別是細骨料。
引氣劑。為使混凝土具有良好的抗凍性能，常常人為的在混凝土中引入一定氣泡，一般情況下引氣為2.5%～4.0%，氣孔斷開(kāi)凍結水的通道，降低混凝土對液體的吸收，隔離的大面積游離水轉變成固態(tài)冰，同時(shí)為凍結水的膨脹提供了補助空間。
水泥。水泥對混凝土抗凍性能影響重大，特別是水泥中C3A含量和礦渣微粉對抗凍性能的評價(jià)非常重要。普通硅酸鹽水泥經(jīng)過(guò)28d標養之后水化程度在85%～90%之間，而同一齡期養護的礦渣水泥的水化速度為30%～65%，因此冬季優(yōu)先選用普通硅酸鹽水泥，且每方膠材最小用量不低于280kg。
水膠比。水膠比對混凝土抗凍性具有直接影響，水膠比越大，混凝土中自由水越多，結冰速度越快，混凝土強度越低，抗凍性越差。降低混凝土膠比，可以降低混凝土中自由水的含量，提高混凝土強度。冬季混凝土水膠比不大于0.55。
施工工藝?；炷恋恼駬v和養護占有特別位置，在澆筑過(guò)程中如果振搗不充分，混凝土就會(huì )產(chǎn)生局部缺陷，容易出現裂縫、抗凍性能降低等問(wèn)題;如果過(guò)振，則會(huì )導致混凝土產(chǎn)生骨料與漿體的分離，局部水膠比過(guò)大，表層混凝土抗凍性能大大降低等問(wèn)題。所以現場(chǎng)施工時(shí)既不能漏振，更不能過(guò)振，振搗器應避免在一處長(cháng)期振搗。如果養護不充分，導致混凝土早期失水過(guò)多，降低了水化程度，從而降低混凝土強度，對混凝土抗凍性能產(chǎn)生不良影響。
外部環(huán)境。在混凝土冬季施工過(guò)程中，混凝土凍害受溫度的影響，特別是最低溫度、溫差變化速度和冷暖交替頻率的影響更為明顯。
混凝土冬季施工技術(shù)方案
為了使混凝土在低溫環(huán)境中免遭凍害，我們必須強化各部門(mén)的質(zhì)量意識，推行全過(guò)程的質(zhì)量管理，制定嚴格的混凝土冬季施工技術(shù)方案，從混凝土的生產(chǎn)、施工等各個(gè)環(huán)節采取相應的技術(shù)措施，從而確保冬季混凝土質(zhì)量。
1.冬季混凝土生產(chǎn)
施工方提前一天將供貨信息告知攪拌站，以便于有充分的時(shí)間做好原材料、技術(shù)等方面的準備工作。明確混凝土所需各種原材料的性能指標，如石子的種類(lèi)、粒徑，防凍劑的種類(lèi)、摻量等;明確本工程所需混凝土的強度等級、坍落度、澆筑的準確部位等;同時(shí)標明混凝土的特殊要求，如抗滲、抗凍、早強、防凍、自密實(shí)等特性。
攪拌站根據《生產(chǎn)任務(wù)單》明確本次混凝土的澆筑部位和澆筑方式，以便根據需要控制混凝土的出機狀態(tài);混凝土澆筑前應查看施工現場(chǎng)的準備工作是否到位，并根據現場(chǎng)情況規劃出合理的運輸路線(xiàn)，有效減少混凝土的運輸和等待時(shí)間，降低混凝土的坍落度損失，保障混凝土的施工質(zhì)量。
調整配合比：根據氣溫、膠凝材料需水量、水泥溫度、運距等具體因素選用合適的外加劑與摻防凍劑量;嚴格控制骨料質(zhì)量，不使用含有冰、雪和凍塊的骨料，降低骨料中有害物質(zhì)的含量，調整骨料的顆粒級配，保證混凝土的泵送性能。
延長(cháng)攪拌時(shí)間：為確?；炷涟韬衔锏膭蛸|(zhì)性，冬季摻防凍劑拌制的混凝土比常溫攪拌時(shí)間延長(cháng)10s后出機。
做好測溫記錄：認真測量大氣、砂石、外加劑、水的溫度、大氣最高和最低溫度、混凝土出機溫度等。同時(shí)，收集未來(lái)3d～7d的天氣預報情況，對未來(lái)3～7天內出現氣溫突降做好充分的技術(shù)準備。
2.冬季混凝土運輸
合理安排車(chē)輛，保證混凝土出機后迅速運往現場(chǎng)澆筑，盡量縮短運輸和停置時(shí)間。調度員應加強與施工現場(chǎng)聯(lián)系，掌握施工速度，控制派車(chē)數量，不宜同一個(gè)工地派車(chē)過(guò)多，防止混凝土在現場(chǎng)等待時(shí)間過(guò)長(cháng)，混凝土入模溫度過(guò)低。一般情況下，控制混凝土在60min內澆筑完畢，可確保入模溫度大于5℃。氣溫低于-5℃時(shí)，混凝土運輸車(chē)罐體應包裹保溫罩，以防止混凝土的熱量損失。攪拌運輸車(chē)刷車(chē)后，一定要將洗刷水徹底放凈，避免水膠比過(guò)大造成的混凝土性能劣化。
3.冬季混凝土澆筑
混凝土在澆筑過(guò)程中，應準確判斷坍落度的大小，嚴禁在施工現場(chǎng)向混凝土中二次加水，造成混凝土中自由水過(guò)多，增大凍害發(fā)生的可能性。如存在質(zhì)量問(wèn)題，應及時(shí)將問(wèn)題反饋給技術(shù)部門(mén)，并積極協(xié)調，避免處理不及時(shí)造成更大的質(zhì)量問(wèn)題。泵送前應對泵及管進(jìn)行保溫，在泵體料斗、泵管上包裹阻燃草簾被。泵送過(guò)程中注意控制混凝土拌合物入模溫度不低于5℃，并應有保溫措施。注意泵送間歇時(shí)間不宜過(guò)長(cháng)，防止混凝土因停滯時(shí)間過(guò)長(cháng)造成混凝土入模溫度過(guò)低。對梁板等板面結構混凝土，應派專(zhuān)人在混凝土終凝時(shí)進(jìn)行收面抹壓工作，以有效消除裂紋。
分層澆筑時(shí)，已澆筑層的混凝土溫度在未被上一層混凝土覆蓋前不應低于2℃?？刂茲仓r(shí)間，盡量安排在中午澆筑混凝土，最大限度地減少澆筑時(shí)的熱量損失。
4.冬季混凝土保溫
混凝土澆筑完畢后，應立即用塑料薄膜及保溫材料覆蓋，以有效保溫。保溫材料覆蓋要壓實(shí)、嚴密，大風(fēng)天應檢查保溫覆蓋情況，發(fā)現問(wèn)題及時(shí)修復。
施工單位應加強對混凝土所處的環(huán)境氣溫及混凝土內部溫度的監測。當混凝土溫度降到規定溫度時(shí)，混凝土強度必須達到受凍臨界強度。在混凝土強度未達到1.2MPa前，不得在其上踩踏、支模和加荷。
冬季施工應采用木質(zhì)模板，適當延長(cháng)對混凝土的正溫養護時(shí)間，并加強對混凝土保溫、防凍、防風(fēng)、防失水等措施。特別是對剪力墻、長(cháng)墻等不易覆蓋保溫的工程部位要加強保溫工作，宜采用木模、膠合模板，梁板宜用5cm厚木板，如必須采用鋼模板，應特別注重保溫，防止混凝土降溫速度過(guò)快造成混凝土裂縫或者混凝土凍害。
5.冬季混凝土的養護
蓄熱養護法。在室外氣溫不低于-15℃時(shí)，采用蓄熱法，是指混凝土澆筑后，利用原材料加熱以及水泥水化放熱，并采用適當的保溫措施延緩混凝土冷卻，在混凝土溫度降到0℃以前達到受凍臨界強度。養護時(shí)混凝土達到臨界強度之前，每4～6h測溫一次。蓄熱法對于減少混凝土早期水化放熱量的流失，使混凝土在早期保持一定溫度，保證混凝土在受凍之前達到臨界強度。
負溫養護法。即在混凝土中摻入防凍劑，使其在負溫條件下能夠不斷硬化，在混凝土溫度降到防凍劑規定溫度前達到受凍臨界強度的施工方法。該方法適用于不宜加熱保溫的一般混凝土結構工程。養護時(shí)混凝土達到臨界強度之前，每2h測溫一次。
6.冬季混凝土拆模
冬季施工時(shí)，由于外界環(huán)境溫度低，混凝土強度的增長(cháng)幅度相對較慢，模板的拆除與常溫有較大的區別，模板和保溫層應在混凝土冷卻到5℃后方可拆除，緩拆為宜;防止早拆?；蛞虿鹉r(shí)混凝土內外溫差大于20℃，導致氣溫急劇冷卻造成混凝土表層龜裂。值得注意的是，如有凍害現象，應暫停拆除模板，待凍害現象消除后方可繼續拆除模板。拆模后禁止在混凝土表面澆水養護。拆模后應檢查混凝土表面是否受凍、粘連，混凝土結構的收縮邊縫、邊角是否脫落，施工縫處有無(wú)受凍痕跡。拆模后的混凝土應及時(shí)覆蓋一層塑料薄膜，再加其他保溫材料，防止冬季施工過(guò)程中的混凝土出現裂縫。
結 語(yǔ)
綜上所述，對混凝土冬季施工技術(shù)方案的研究具有現實(shí)意義，在冬季低溫條件下，從混凝土的生產(chǎn)、施工等各個(gè)環(huán)節采取相應的技術(shù)措施，對混凝土進(jìn)行保溫和保質(zhì)，減少氣候環(huán)境對建筑工程施工的影響，為冬季工程施工提供技術(shù)保障，保證建筑工程的施工質(zhì)量，促進(jìn)建筑工程技術(shù)的發(fā)展。(潘淑花)
