根據(jù)《建筑工程冬期施工規(guī)程》(JGJ/T104-2011)規(guī)定，當(dāng)室外日平均氣溫連續(xù)5d穩(wěn)定低于5℃，即進(jìn)入冬季施工。冬季混凝土的生產(chǎn)與應(yīng)用具有時(shí)間概念強(qiáng)、質(zhì)量控制環(huán)節(jié)多、影響質(zhì)量的因素復(fù)雜等特點(diǎn)，混凝土在負(fù)溫條件下更易出現(xiàn)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(jù)。
一、混凝土冬季施工的特點(diǎn)
（一）混凝土強(qiáng)度普遍偏低且增長(zhǎng)緩慢
混凝土從制備到失去可塑性是由水泥內(nèi)部各組分發(fā)生水化引起的，水化反應(yīng)是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程。在水泥水化反應(yīng)的過(guò)程中，溫度對(duì)水泥的水化影響巨大，即溫度越高，水化反應(yīng)越快。在低溫條件下，硅酸鹽水泥極其組成礦物的水化機(jī)理與常溫相比并無(wú)明顯差別，但反應(yīng)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(zhǎng)時(shí)間，混凝土后期強(qiáng)度增長(zhǎng)變化比較慢。研究表明，當(dāng)環(huán)境溫度低于5℃時(shí)，特別是當(dāng)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)，隨著自由水開(kāi)始結(jié)冰，參與水泥水化的水減少，單位時(shí)間內(nèi)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(dǎo)致混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)緩慢。水泥在-10℃時(shí)水化基本中止，此時(shí)混凝土強(qiáng)度也就不再增長(zhǎng)。
（二）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(jié)后但未達(dá)到足夠強(qiáng)度時(shí)受凍。當(dāng)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(nèi)部的水開(kāi)始結(jié)冰，導(dǎo)致混凝土體積發(fā)生膨脹，這種膨脹應(yīng)力大于混凝土內(nèi)部形成的抗壓強(qiáng)度和抗強(qiáng)度，當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，內(nèi)部的冰融化為水，會(huì)在混凝土中產(chǎn)生大量孔隙，使其強(qiáng)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(nèi)部產(chǎn)生裂縫，嚴(yán)重劣化混凝土的物理、力學(xué)性能和長(zhǎng)期耐久性能，尤其是對(duì)于冬季路面、橋梁、海洋平臺(tái)和高層建筑物，它們受早期凍害破壞的影響更為嚴(yán)重。因此一般情況下，要注意早期養(yǎng)護(hù)，盡量避免混凝土過(guò)早受凍。
（三）混凝土的凍融循環(huán)破壞
凍融循壞對(duì)混凝土造成的破壞是指內(nèi)部空隙中含有水分的混凝土在反復(fù)凍融循環(huán)作用下而導(dǎo)致的損傷。凍融循環(huán)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)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(xiàn)收縮，但未能完全恢復(fù)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(jié)構(gòu)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(fù)到原來(lái)狀態(tài)而沒(méi)有產(chǎn)生殘余變形，因而水泥石結(jié)構(gòu)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(qiáng)度值后再受凍害，則水泥石的結(jié)構(gòu)損傷會(huì)明顯減輕，混凝土的最終強(qiáng)度值也會(huì)更接近不受凍害時(shí)應(yīng)達(dá)到的強(qiáng)度值。
二、混凝土凍害的產(chǎn)生過(guò)程與影響因素
（一）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(zhuǎn)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(jié)冰的過(guò)程中體積約增大1.1倍，混凝土中的自由水結(jié)冰造成混凝土的體積發(fā)生膨脹引發(fā)膨脹應(yīng)力，這種凍脹力由表面向內(nèi)部發(fā)展。當(dāng)膨脹力大于混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生為微裂紋，白天溫度升高時(shí)，冰融化成水又沿著裂紋流入混凝土內(nèi)部，如此循環(huán)加劇混凝土的破壞，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部裂紋增多，最終對(duì)混凝土造成不可逆轉(zhuǎn)的破壞。
混凝土凍脹破壞的外觀特點(diǎn)是材料體內(nèi)出現(xiàn)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(jié)構(gòu)表面降溫時(shí)，冷流向混凝土材料體內(nèi)延伸，在深處某水平位置開(kāi)始凍結(jié)，一般從較粗大孔中水分開(kāi)始結(jié)冰，冰晶形成后從間隙吸水，發(fā)育增長(zhǎng)，且是不可逆的過(guò)程。表層毛細(xì)管中的水分最先凍結(jié)，發(fā)生體積膨脹，擠壓未凍結(jié)的水分，形成宏觀規(guī)模的移動(dòng)，在毛細(xì)孔內(nèi)產(chǎn)生越來(lái)越大的壓力。水壓超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度，就在混凝土中產(chǎn)生微裂紋，裂紋擴(kuò)展導(dǎo)致混凝土劣化。
（二）影響因素
1、骨料。骨料對(duì)混凝土凍害影響的主要因素有骨料的孔隙率、強(qiáng)度、粒徑等。骨料的飽水程度和吸水量，對(duì)于骨料的抗凍性能起著主要作用。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(xì)骨料。
2、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(jié)水的通道，降低混凝土對(duì)液體的吸收，隔離的大面積游離水轉(zhuǎn)變成固態(tài)冰，同時(shí)為凍結(jié)水的膨脹提供了補(bǔ)助空間。
3、水泥。水泥對(duì)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(duì)抗凍性能的評(píng)價(jià)非常重要。普通硅酸鹽水泥經(jīng)過(guò)28d標(biāo)養(yǎng)之后水化程度在85%～90%之間，而同一齡期養(yǎng)護(hù)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。
4、水膠比。水膠比對(duì)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(jié)冰速度越快，混凝土強(qiáng)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(qiáng)度。冬季混凝土水膠比不大于0.55。
5、施工工藝。混凝土的振搗和養(yǎng)護(hù)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(xiàn)裂縫、抗凍性能降低等問(wèn)題;如果過(guò)振，則會(huì)導(dǎo)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(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)既不能漏振，更不能過(guò)振，振搗器應(yīng)避免在一處長(zhǎng)期振搗。如果養(yǎng)護(hù)不充分，導(dǎo)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(qiáng)度，對(duì)混凝土抗凍性能產(chǎn)生不良影響。
6、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。
三、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(qiáng)化各部門(mén)的質(zhì)量意識(shí)，推行全過(guò)程的質(zhì)量管理，制定嚴(yán)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(jié)采取相應(yīng)的技術(shù)措施，從而確保冬季混凝土質(zhì)量。
（一）冬季混凝土的生產(chǎn)
1、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(zhǔn)備工作。明確混凝土所需各種原材料的性能指標(biāo)，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(qiáng)度等級(jí)、坍落度、澆筑的準(zhǔn)確部位等;同時(shí)標(biāo)明混凝土的特殊要求，如抗?jié)B、抗凍、早強(qiáng)、防凍、自密實(shí)等特性。
2、攪拌站根據(jù)《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(jù)需要控制混凝土的出機(jī)狀態(tài);混凝土澆筑前應(yīng)查看施工現(xiàn)場(chǎng)的準(zhǔn)備工作是否到位，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況規(guī)劃出合理的運(yùn)輸路線(xiàn)，有效減少混凝土的運(yùn)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。
3、調(diào)整配合比：根據(jù)氣溫、膠凝材料需水量、水泥溫度、運(yùn)距等具體因素選用合適的外加劑與摻防凍劑量;嚴(yán)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(diào)整骨料的顆粒級(jí)配，保證混凝土的泵送性能。
4、延長(zhǎng)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?cái)嚢钑r(shí)間延長(zhǎng)10s后出機(jī)。
5、做好測(cè)溫記錄：認(rèn)真測(cè)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(jī)溫度等。同時(shí)，收集未來(lái)3d～7d的天氣預(yù)報(bào)情況，對(duì)未來(lái)3～7天內(nèi)出現(xiàn)氣溫突降做好充分的技術(shù)準(zhǔn)備。
（二）冬季混凝土的運(yùn)輸
合理安排車(chē)輛，保證混凝土出機(jī)后迅速運(yùn)往現(xiàn)場(chǎng)澆筑，盡量縮短運(yùn)輸和停置時(shí)間。調(diào)度員應(yīng)加強(qiáng)與施工現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)系，掌握施工速度，控制派車(chē)數(shù)量，不宜同一個(gè)工地派車(chē)過(guò)多，防止混凝土在現(xiàn)場(chǎng)等待時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，混凝土入模溫度過(guò)低。一般情況下，控制混凝土在60min內(nèi)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(yùn)輸車(chē)罐體應(yīng)包裹保溫罩，以防止混凝土的熱量損失。攪拌運(yùn)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。
（三）冬季混凝土的澆筑
混凝土在澆筑過(guò)程中，應(yīng)準(zhǔn)確判斷坍落度的大小，嚴(yán)禁在施工現(xiàn)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(yīng)及時(shí)將問(wèn)題反饋給技術(shù)部門(mén)，并積極協(xié)調(diào)，避免處理不及時(shí)造成更大的質(zhì)量問(wèn)題。泵送前應(yīng)對(duì)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(yīng)有保溫措施。注意泵送間歇時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，防止混凝土因停滯時(shí)間過(guò)長(zhǎng)造成混凝土入模溫度過(guò)低。對(duì)梁板等板面結(jié)構(gòu)混凝土，應(yīng)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(yīng)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。
（四）冬季混凝土的保溫
混凝土澆筑完畢后，應(yīng)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(yán)密，大風(fēng)天應(yīng)檢查保溫覆蓋情況，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)修復(fù)。
施工單位應(yīng)加強(qiáng)對(duì)混凝土所處的環(huán)境氣溫及混凝土內(nèi)部溫度的監(jiān)測(cè)。當(dāng)混凝土溫度降到規(guī)定溫度時(shí)，混凝土強(qiáng)度必須達(dá)到受凍臨界強(qiáng)度。在混凝土強(qiáng)度未達(dá)到1.2MPa前，不得在其上踩踏、支模和加荷。
冬季施工應(yīng)采用木質(zhì)模板，適當(dāng)延長(zhǎng)對(duì)混凝土的正溫養(yǎng)護(hù)時(shí)間，并加強(qiáng)對(duì)混凝土保溫、防凍、防風(fēng)、防失水等措施。特別是對(duì)剪力墻、長(zhǎng)墻等不易覆蓋保溫的工程部位要加強(qiáng)保溫工作，宜采用木模、膠合模板，梁板宜用125px厚木板，如必須采用鋼模板，應(yīng)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。
（五）冬季混凝土的養(yǎng)護(hù)
1、蓄熱養(yǎng)護(hù)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(dāng)?shù)谋卮胧┭泳徎炷晾鋮s，在混凝土溫度降到0℃以前達(dá)到受凍臨界強(qiáng)度。養(yǎng)護(hù)時(shí)混凝土達(dá)到臨界強(qiáng)度之前，每4～6h測(cè)溫一次。蓄熱法對(duì)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(dá)到臨界強(qiáng)度。
2、負(fù)溫養(yǎng)護(hù)法。即在混凝土中摻入防凍劑，使其在負(fù)溫條件下能夠不斷硬化，在混凝土溫度降到防凍劑規(guī)定溫度前達(dá)到受凍臨界強(qiáng)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(jié)構(gòu)工程。養(yǎng)護(hù)時(shí)混凝土達(dá)到臨界強(qiáng)度之前，每2h測(cè)溫一次。
（六）冬季混凝土的拆模
冬季施工時(shí)，由于外界環(huán)境溫度低，混凝土強(qiáng)度的增長(zhǎng)幅度相對(duì)較慢，模板的拆除與常溫有較大的區(qū)別，模板和保溫層應(yīng)在混凝土冷卻到5℃后方可拆除，緩拆為宜;防止早拆模或因拆模時(shí)混凝土內(nèi)外溫差大于20℃，導(dǎo)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(xiàn)象，應(yīng)暫停拆除模板，待凍害現(xiàn)象消除后方可繼續(xù)拆除。拆模后禁止在混凝土表面澆水養(yǎng)護(hù)。拆模后應(yīng)檢查混凝土表面是否受凍、粘連，混凝土結(jié)構(gòu)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(yīng)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(xiàn)裂縫。
綜上所述，對(duì)混凝土冬季施工技術(shù)方案的研究具有現(xiàn)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(jié)采取相應(yīng)的技術(shù)措施，對(duì)混凝土進(jìn)行保溫和保質(zhì)，減少氣候環(huán)境對(duì)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。
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