秦四云 陳洪祝

(寧安市河道管理站，寧安市寧安鎮(zhèn)水利站，黑龍江 寧安 157000)

許多水利工程由于受工期制約，如田間工程大多要在秋收后或春耕前進(jìn)行；水庫除險(xiǎn)加固工程施工期間又要保證灌溉和防汛的要求，因而混凝土冬季施工是不可避免的。國內(nèi)外對(duì)混凝土冬季施工理論和方法的探索研究認(rèn)為，當(dāng)環(huán)境溫度降到4℃時(shí)，只要采用適當(dāng)?shù)氖┕し椒?，避免新澆混凝土早期浸凍，使外露混凝土與冬季氣溫保持較小溫差，也會(huì)取得很好施工的效果。

1 混凝土冬季施工的一般原理

混凝土拌和物澆注后之所以能逐漸凝結(jié)和硬化，直至獲得最終強(qiáng)度，是由于水泥水化作用的結(jié)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(guān)外，主要是隨著溫度的高低而變化的。

混凝土凝固過程與周圍的溫度和濕度有密切的關(guān)系，溫度越低，水化和凝固的速度就越慢，當(dāng)溫度降低到0℃時(shí)，水化作用幾乎停止，這是由于存在于混凝土中的水有一部分開始結(jié)冰，逐漸由液態(tài)（水）變?yōu)楣虘B(tài)（冰）。這時(shí)參與水泥水化作用的水減少了，因此，水化作用減慢，強(qiáng)度增長相應(yīng)較慢；當(dāng)溫度在0℃以下時(shí)，存在于混凝土中的水完全變成冰，也就是完全由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)時(shí)，水泥水化作用完全停止，此時(shí)強(qiáng)度就不再增長了。水變成冰后，體積約增大9%，同時(shí)產(chǎn)生約2500千克每平方厘米的冰脹應(yīng)力。這個(gè)應(yīng)力值常常大于水泥石內(nèi)部形成的初期強(qiáng)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(qiáng)度。此外，當(dāng)水變成冰后，還會(huì)在骨料和鋼筋表面上產(chǎn)生顆粒較大的冰凌，減弱水泥漿與骨料和鋼筋的粘結(jié)力，從而影響混凝土的抗壓強(qiáng)度。當(dāng)冰凌融化后，又會(huì)在混凝土內(nèi)部形成各種各樣的空隙，而降低混凝土的密實(shí)性及耐久性。，

當(dāng)溫度升高，冰融化后，水化作用仍將恢復(fù)。但混凝土受凍越早，其強(qiáng)度發(fā)展越慢，后期強(qiáng)度損失也越大。如果混凝土在澆筑后3～6小時(shí)遭受凍結(jié)，則強(qiáng)度至少降低50%以上，而且難以挽回。如果混凝土在澆筑后2～3天內(nèi)遭受凍結(jié)，則強(qiáng)度會(huì)降低15%～20%左右。當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度50%以上（在常溫下養(yǎng)護(hù)3～5天）再受凍時(shí)就對(duì)它的強(qiáng)度沒有多大的影響，只不過強(qiáng)度增長比較慢，等到氣溫升高開凍以后仍能繼續(xù)上升。并且能夠到達(dá)和不受凍時(shí)一樣的強(qiáng)度。如果日平均氣溫在5℃以下或最低氣溫在-3℃以下時(shí)，混凝土施工必須采用冬季施工措施，要使混凝土在強(qiáng)度到達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度50%以前不遭受凍結(jié)。

2 混凝土冬季施工措施選擇

從上述分析可以知道，在冬季混凝土施工中，主要解決三個(gè)問題：一是如何確定混凝土最短的養(yǎng)護(hù)齡期，二是如何防止混凝土早期凍害，三是如何保證混凝土后期強(qiáng)度和耐久性滿足要求。在實(shí)際工程中，要根據(jù)施工時(shí)的氣溫情況，工程結(jié)構(gòu)狀況（工程量、結(jié)構(gòu)厚大程度與外露情況），工期緊迫程度，水泥的品種及價(jià)格，早強(qiáng)劑、減少劑、抗凍劑的性能及價(jià)格，保溫材料的性能及價(jià)格，熱源的條件等，來選擇合理的施工方法。一般來說，對(duì)于同一個(gè)工程，可以有若干個(gè)不同的冬季施工方案。一個(gè)理想的方案，應(yīng)當(dāng)用最短的工期、最低的施工費(fèi)用，來獲得最優(yōu)良的工程質(zhì)量，也就是工期、費(fèi)用、質(zhì)量最佳化。目前，施工中基本上采用以下幾種方法。

2.1 調(diào)整配合比方法和摻外加劑方法

主要適用于在0℃左右的混凝土施工。具體做法：①選擇適當(dāng)品種的水泥是提高混凝土抗凍的重要手段。試驗(yàn)結(jié)果表明，應(yīng)使用早強(qiáng)硅酸鹽水泥（大體積混凝土除外），該水泥水化熱較大，且在早期放出強(qiáng)度最高，一般3天抗壓強(qiáng)度大約相當(dāng)于普通硅水泥7天的強(qiáng)度，效果較明顯。②盡量降低水灰比，稍增水泥用量，從而增加水化熱量，縮短達(dá)到齡期強(qiáng)度的時(shí)間。③摻用引氣劑。在保持混凝土配合比不變的情況下，加入引氣劑后生成的氣泡，相應(yīng)增加了水泥漿的體積，提高拌和物的流動(dòng)性，改善其粘聚性及保水性，緩沖混凝土內(nèi)水結(jié)冰所產(chǎn)生的水壓力，提高混凝土的抗凍性。④摻加外加劑，在混凝土中摻入氯化鈣或氯化鈉等促凝劑，可以降低水分的凍結(jié)溫度，提高混凝土的早期強(qiáng)度。通常當(dāng)氣溫在5〈-5℃之間，加相當(dāng)水泥重量2%的氯化鈣，即可解決冬季混凝土的施工問題。

2.2 原材料加熱法

原材料加熱法就是對(duì)拌制混凝土的骨料和水進(jìn)行預(yù)熱，然后再加入拌和機(jī)內(nèi)進(jìn)行拌合。通常狀況下以對(duì)水加熱最為簡單。相對(duì)來說也好控制，而且水的比熱約為骨料的5倍，加熱效率也非常高。在日平均氣溫為-2〈-5℃時(shí)，可以只加熱水拌合，當(dāng)氣溫再低時(shí)才能考慮加熱骨料，值得注意的是水泥絕對(duì)不能加熱。

水的加熱方法，一般小型工程可以用大鍋或燒水鍋爐直接加熱，大型工程多選擇用蒸汽加熱。應(yīng)注意的是水的加熱溫度不能超過80℃，并且要先將熱水和骨料拌合后再加入水泥，以免水泥產(chǎn)生"假凝"（當(dāng)水溫超過80℃時(shí)，水泥顆粒表面形成一層薄的硬殼，使得混凝土和易性變差，而且后期強(qiáng)度低，這種現(xiàn)象叫做"假凝"）。砂石加熱的溫度最高不能超過100℃，平均溫度不宜超過65℃，并且應(yīng)做到加熱均勻，最簡單的方法是把骨料堆放在鋼板上用火烘炒，缺點(diǎn)是效率低，熱量損失大，加熱不均勻，一般多用于工程量少的小型工程，對(duì)于工程量大的大中型工程，常用蒸汽直接加熱骨料，就是直接將蒸汽通到需要加熱的砂石堆中，砂石堆表面要用帆布等蓋好。防止熱量損失。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是加熱快，而且可以充分利用蒸汽中的熱量；缺點(diǎn)是使砂石的含水量增加，而且含水不均勻，拌合時(shí)的加水量不利于控制。

2.3 蓄熱法

此法在水利工程中得到廣泛的應(yīng)用。主要用于日最低平均溫度不低于-10℃，澆筑塊表面率（表面積與體積比）小于5時(shí)的大體積混凝土工程。采用此法最合適不過了。做法是將澆筑好的混凝土在養(yǎng)護(hù)期間用保溫材料加以覆蓋，盡可能把混凝土在澆筑時(shí)所包含的熱量和凝固過程中產(chǎn)生的水化熱蓄積起來，以延緩混凝土的冷卻速度，使混凝土在達(dá)到抗凍強(qiáng)度以前，始終保持正溫。像草簾、鋸末、稻草、爐渣、珍珠巖、麥秸等都是常用的保溫效果好，而且價(jià)格便宜的保溫材料。此法工藝簡單，施工費(fèi)用不多，但要注意內(nèi)部保溫，避免角部與外露表面受凍，且要延長養(yǎng)護(hù)齡期。

2.4 加熱養(yǎng)護(hù)法

主要用于氣溫低于-10℃，當(dāng)使用蓄熱法不能滿足要求，而構(gòu)件體積較小的工程可以采用加熱養(yǎng)護(hù)法，通過加熱混凝土構(gòu)件周圍的空氣，將熱量傳給混凝土，或直接對(duì)混凝土加熱，使混凝土處于正溫條件下能正常硬化。主要有以下方法：①暖棚法。就是利用保溫材料搭成暖棚，把整個(gè)結(jié)構(gòu)圍護(hù)起來，并在暖棚內(nèi)點(diǎn)燃爐火或裝設(shè)暖氣管，保證棚內(nèi)有較高的溫度。此法費(fèi)工費(fèi)料，僅適用于天氣比較寒冷，建筑物體積不大的場(chǎng)合，如預(yù)制混凝土板就有用此法的。②蒸氣加熱。用蒸氣使混凝土在濕熱條件下硬化。此法較易控制，加熱溫度均勻。而且還能得到適當(dāng)?shù)臐穸却龠M(jìn)水化作用，使混凝土構(gòu)件硬化更快，但因其需專門的鍋爐設(shè)備，費(fèi)用較高。這種方法常用來養(yǎng)護(hù)混凝土預(yù)制構(gòu)件。③電加熱。將鋼筋作為電極，或?qū)㈦姛崞髻N在混凝土表面，便電能變?yōu)闊崮?，以提高混凝土的溫度。此法簡單方便，熱損失較少，易控制，不足之處是電能消耗量大。④紅外線加熱。以高溫電加熱器或氣體紅外線發(fā)生器，對(duì)混凝土進(jìn)行密封幅射加熱。

結(jié)語

上述幾種冬季施工方法都有利有弊，其適用范圍都受一定條件的制約。但在嚴(yán)寒地區(qū)往往是同時(shí)使用，如在加熱水拌制混凝土的同時(shí)，摻入早強(qiáng)劑，并采用蒸汽養(yǎng)護(hù)，效果非常顯著。所以實(shí)際施工中應(yīng)根據(jù)工地現(xiàn)有條件，采用幾種方法結(jié)合施工。

[1]田國棟.混凝土冬季施工質(zhì)量控制方法及要點(diǎn).新疆建設(shè)局烏拉泊管理處托克遜管理所，[期刊]山西建筑，2009-09-10.

[2]原晉濮.混凝土冬季施工的要點(diǎn).太原師范學(xué)院，[期刊]山西建筑，2007-02-20.