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(shù)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(huán)境條件下對混凝土施工技術(shù)也提出了不同要求，尤其是冬季溫度較低時，由于水的形態(tài)變化而影響到混凝土凝結(jié)強度，為此，加強冬季混凝土施工的技術(shù)防范，從現(xiàn)場施工特點、負(fù)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(jīng)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(chǎn)生的，當(dāng)環(huán)境溫度較高時，水泥水化作用加快，當(dāng)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(huán)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(tài)變化而致水泥顆粒與冰發(fā)生其他反應(yīng)，從而因孔隙間冰的膨脹作用（當(dāng)水結(jié)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(jìn)行混凝土施工時的作業(yè)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(guān)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(yǎng)護(hù)方法上積極應(yīng)對，以確保施工效果的實現(xiàn)。通常在冬季進(jìn)行混凝土施工時，需要從以下幾個方面應(yīng)對：一是從混凝土的作用機理看，混凝土凝結(jié)硬化過程的關(guān)鍵是水泥的水化作用，而水化的前提是在必要的環(huán)境溫度條件下進(jìn)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(jié)冰，對水泥的凝結(jié)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(yǎng)護(hù)環(huán)境要求看，通常情況下，在5℃下持續(xù)養(yǎng)護(hù)28天的養(yǎng)護(hù)效果僅有標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)效果的60%，而當(dāng)溫度降低至0℃以下時，因冰的膨脹而致骨料與鋼筋表面產(chǎn)生冰凌，降低了鋼筋與骨料間的黏結(jié)力，為此確?；炷聊燮谶m宜的環(huán)境溫度也是關(guān)鍵；三是冬季混凝土施工的防范措施多以預(yù)熱、保溫，以及采取加熱的方式提高施工環(huán)境的溫度，因此對施工技術(shù)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(zhì)量問題的出現(xiàn)多在春融期發(fā)生，因發(fā)生較晚，處理質(zhì)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(fēng)加劇，都會給冬季混凝土施工及養(yǎng)護(hù)帶來更多的問題，如養(yǎng)護(hù)期的失水問題等。

2 溫度對混凝土凝結(jié)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(jié)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(dāng)溫度降低至零下3℃時才能凝結(jié)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(fā)生變化，特別是水泥毛細(xì)管的涵養(yǎng)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(jié)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(fā)生化學(xué)反應(yīng)，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(fù)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(dǎo)致混凝土一系列的物理、力學(xué)變化，大大降低混凝土的強度，從而影響工程施工質(zhì)量。為此，在冬季實施混凝土澆筑作業(yè)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(fā)冰凍，從而對混凝土中的飽和水產(chǎn)生膨脹影響。據(jù)測試，當(dāng)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(yǎng)護(hù)，關(guān)系到混凝土施工質(zhì)量的可靠性。

混凝土硬化之后的養(yǎng)護(hù)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(fù)多次的冰凍后才會破壞混凝土的凝結(jié)質(zhì)量。充分硬化的混凝土結(jié)構(gòu)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(xì)孔間的連通性導(dǎo)致游離水的量較大，從而誘發(fā)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(dāng)提升水泥的用量；混凝土在干燥的環(huán)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(nèi)部容納無數(shù)的小氣泡，可以有效地吸收游離水而減少內(nèi)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?；炷潦┕l件

控制冬季混凝土施工作業(yè)的環(huán)境溫度，可以通過對原材料加熱等方式，確保作業(yè)溫度保持一定的要求，從而減少因溫度過低而誘發(fā)的冰凍危害，特別是大型建筑工程結(jié)構(gòu)施工時，更要發(fā)揮蓄熱法的優(yōu)勢。需要注意的是，在對原材料進(jìn)行加熱，需要做好各工序的銜接，如在對水、砂、石進(jìn)行加熱時，要確?；炷猎跀嚢杵凇⑦\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(fā)揮；對冬季混凝土溫度的保持，要做好相應(yīng)的防范，如覆蓋保溫布、延長混凝土的養(yǎng)護(hù)期，避免混凝土外露而引起冰凍。同時，蓄熱法因施工技術(shù)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(gòu)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(jié)構(gòu)的施工工程來說，為了獲得較為理想的凝結(jié)環(huán)境，從構(gòu)件周圍的空氣進(jìn)行加熱，實現(xiàn)對混凝土及其相關(guān)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(xiàn)場引入火爐，提高施工現(xiàn)場的整體溫度值，促進(jìn)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(nèi)大量的二氧化碳，對新澆筑的混凝土?xí)斐杀砻嫣蓟绊?。蒸汽加熱法的工作原理是利用蒸汽的溫度和濕度促進(jìn)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(shè)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(yán)重，也給施工作業(yè)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(jìn)混凝土表面溫度的提升，將電能轉(zhuǎn)換為熱能電加熱法對設(shè)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(huán)境中的風(fēng)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(yè)創(chuàng)造溫度與濕度都相宜的環(huán)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(fā)生器對混凝土進(jìn)行有效的密封輻射加熱處理，以改善混凝土的凝結(jié)和養(yǎng)護(hù)條件。

3.3 依靠混凝土各集料間的配合比來優(yōu)化凝結(jié)能力

冬季混凝土施工作業(yè)適應(yīng)外界環(huán)境條件上，可以通過對各集料的配比增強混凝土質(zhì)量，其適宜的作業(yè)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(jié)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(jié)效果較好，通常3天的抗壓強度相當(dāng)于普通水泥7天的強度；二是對水灰比的控制，適當(dāng)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(dāng)數(shù)量的微小氣泡，在混凝土進(jìn)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(yè)時，微小氣泡能夠增加混凝土的體積，促進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)；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(yǎng)護(hù)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(jié)時間，促進(jìn)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(fù)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(shù)與砂漿膨脹系數(shù)相近，從而減少膨脹差。

3.4 抗凍外加劑法提高負(fù)溫對水的液相作用

使用抗凍劑主要是針對環(huán)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(fù)合劑，以增強混合物的冰點值，提高混凝土在負(fù)溫下的液相狀態(tài)。

4 結(jié)語

對于建筑工程冬季作業(yè)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(jié)合現(xiàn)場施工實際，選擇合適的施工方案和方法，以實現(xiàn)冬季混凝土施工的最佳效果。

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

[2]王鵬偉，李鎮(zhèn).混凝土冬季施工常見凍害及預(yù)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(shù)與管理。