王永逵，王健，耿加會(huì)

（1. 上海奇齊科技開發(fā)實(shí)業(yè)有限公司，上海 201600；2. 河南舞陽(yáng)縣惠達(dá)公路工程有限公司，河南 462400）

商品混凝土冬季施工與養(yǎng)護(hù)管理

王永逵1，王健1，耿加會(huì)2

（1. 上海奇齊科技開發(fā)實(shí)業(yè)有限公司，上海 201600；2. 河南舞陽(yáng)縣惠達(dá)公路工程有限公司，河南 462400）

冬季是混凝土工程質(zhì)量事故的多發(fā)季節(jié)，氣溫低于 5℃ 水泥水化基本停止，低于 0℃ 以下，混凝土有可能結(jié)冰，引發(fā)凍害事故。如處理不及時(shí)或措施不當(dāng)，會(huì)帶來(lái)難以挽回的損失，應(yīng)關(guān)注商品混凝土冬季施工與養(yǎng)護(hù)的管理。

冬季；冬期；臨界強(qiáng)度 防凍劑；保溫蓄熱綜合法

0 混凝土冬季施工的哲學(xué)思維

混凝土的水泥水化及其凝結(jié)硬化，從哲學(xué)上看，也是一種物質(zhì)運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)是有規(guī)律的，可認(rèn)識(shí)的。對(duì)這種物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的規(guī)律的認(rèn)識(shí)，并使之為工程建設(shè)服務(wù)，也應(yīng)遵照事物運(yùn)動(dòng)的普遍聯(lián)系觀點(diǎn)、發(fā)展變化觀點(diǎn)和對(duì)立統(tǒng)一的觀點(diǎn)。凝結(jié)硬化對(duì)適宜氣溫的要求與冬季的低氣候條件是一對(duì)矛盾。它的普遍聯(lián)系觀點(diǎn)主要表現(xiàn)是它在冬季氣溫條件下的對(duì)應(yīng)措施等。冬季以及不期而遇的大風(fēng)降溫、寒潮，氣溫多在 5℃ 以下，甚至更低，不僅不利于水泥水化，甚至因管理不當(dāng)帶來(lái)凍害，這與夏秋季氣溫相比是矛盾的特殊表現(xiàn)。解決這種特殊矛盾，使之對(duì)應(yīng)采用的應(yīng)對(duì)措施，也應(yīng)隨之變化?；炷恋亩臼┕づc養(yǎng)護(hù)也不能千篇一律，也要結(jié)合工程及其所處環(huán)境、施工技術(shù)條件等特點(diǎn)具體問題具體分析，采取相應(yīng)的對(duì)策。為確?；炷凉こ潭镜氖┕べ|(zhì)量，避免凍害發(fā)生和可能采取的一切相關(guān)措施，是混凝土冬季施工與養(yǎng)護(hù)的發(fā)展動(dòng)力。

我國(guó)地處北半球，四季分明，民間習(xí)慣按農(nóng)歷的 10、11、12 月為冬季，天文學(xué)是依晝夜長(zhǎng)短和太陽(yáng)高度的季節(jié)變化來(lái)劃分的。在一年中，白晝最短、太陽(yáng)高度最低的季節(jié)就是冬季；晝最長(zhǎng)、太陽(yáng)高度最高的季節(jié)就是夏季；冬、夏兩季的過渡季節(jié)就是春、秋兩季。天文學(xué)還把冬季具體定為冬至（12 月 22 日）～春分（3 月 21 日）的三個(gè)月的時(shí)間定為冬季。故名思義，冬季是一年四季中氣溫最低的季節(jié)，也是商品混凝土施工中事故的多發(fā)季節(jié)，如何做到預(yù)防在先，確保冬季施工的質(zhì)量，避免遭受凍害而引發(fā)事故，是眼前一個(gè)值得討論的問題。

我國(guó)幅員遼闊，南北縱貫 5500 余千米，包括亞熱帶、溫帶和嚴(yán)寒地帶的各種自然氣溫，東西橫跨 5200 多千米，從沿海到內(nèi)陸、也呈現(xiàn)出顯著的區(qū)域氣溫差異。隨著環(huán)境污染，大氣溫室效應(yīng)，近年來(lái)全球氣溫出現(xiàn)許多異常的現(xiàn)象?；炷潦桥c氣溫聯(lián)系十分密切的材料[1]（圖 1），冬季施工中諸多問題，本來(lái)多是長(zhǎng)江以北乃至三北地區(qū)的問題，現(xiàn)在連地臨亞熱帶的廣東、云貴等省也偶爾在冬天出現(xiàn) -5℃ 上下的天氣了。因此，冬季氣溫降至 0℃ 以下，就有可能引起商品混凝土的凍害，不僅僅是長(zhǎng)江以北商品混凝土企業(yè)應(yīng)關(guān)注的問題，廣大的江南溫暖地區(qū)，也可能因偶爾不期而遇的低溫寒潮、大風(fēng)降溫，帶來(lái)的“意外”事故。

商品混凝土與一般自拌混凝土的共同點(diǎn)是，混凝土拌合物的用水量不是根據(jù)水泥的水化需要，而是為了滿足混凝土的施工性能需要較多的自由水。當(dāng)混凝土溫度降 0℃ 以下時(shí)，混凝土中的自由水由液態(tài)的水轉(zhuǎn)化成固態(tài)的冰，其體積約增大 9%，產(chǎn)生很大的凍脹破壞力。有學(xué)者研究此凍脹力在密閉的容器中，有可能達(dá)到 100MPa。新澆的混凝土即便已開始凝結(jié)硬化，但初始強(qiáng)度低，沒有達(dá)到抵抗破壞的最低強(qiáng)度，不能抵抗此凍脹力而導(dǎo)致破壞。氣溫恢復(fù)到 0℃ 以上后，水泥雖仍可繼續(xù)水化，其 28 天強(qiáng)度也會(huì)大大削弱，甚至不到標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度的 60%（圖 2）[1]。因此，如何使混凝土在可能遭受凍害前，盡快達(dá)到受凍的臨界強(qiáng)度，是冬季施工與養(yǎng)護(hù)管理的中心環(huán)節(jié)。老混凝土只要含水率低于 85%，即使0℃ 的水轉(zhuǎn)化成 0℃ 的冰，也不會(huì)對(duì)混凝土造成危害，凍融循環(huán)破壞主要發(fā)生在水位變化頻繁，含水率高于 85% 的冰凍區(qū)。

圖 1 養(yǎng)護(hù)溫度對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響

圖 2 混凝土強(qiáng)度與凍結(jié)齡期的關(guān)系

1 臨界強(qiáng)度的概念

臨界強(qiáng)度的含義是指冬期澆筑的混凝土在受凍前必須有一個(gè)預(yù)養(yǎng)期，使之達(dá)到一個(gè)臨界強(qiáng)度值，混凝土在達(dá)到此臨界值后，即使再處于負(fù)溫環(huán)境，只是涉及強(qiáng)度不再增長(zhǎng)，而不致因自由水的結(jié)冰凍脹,而帶來(lái)后期強(qiáng)度的損失。

冬期施工臨界強(qiáng)度大小與混凝土的水泥品種、外加劑類型及強(qiáng)度等級(jí)等有直接關(guān)系。各國(guó)對(duì)臨界強(qiáng)度值的規(guī)定也不盡相同，1974 年德國(guó)就提出過 5.0MPa 的規(guī)定；美國(guó)在 1978年提過 3.5MPa。1981 年日本也分別在規(guī)范中規(guī)定了 3.5MPa和 5.0MPa 兩個(gè)值；前蘇聯(lián)的 RILE39-BH 委員會(huì)則在規(guī)范中明確規(guī)定為應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的 20%。我國(guó)的專家學(xué)者在分析國(guó)內(nèi)外對(duì)此問題研究的基礎(chǔ)上，我國(guó)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) JGJ 104—2011《建筑工程冬期施工規(guī)程》明確規(guī)定：對(duì)于冬季施工僅采用保溫蓄熱而未摻外加劑的混凝土比較嚴(yán)格。當(dāng)采用硅酸鹽或普通硅酸鹽水泥時(shí)，為設(shè)計(jì)強(qiáng)度值的 30%；當(dāng)采用礦渣水泥時(shí)，則為設(shè)計(jì)強(qiáng)度的 40%，但當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為 C10及以下時(shí)，也不得小于 5.0MPa。目前，商品混凝土冬季使用的外加劑，根據(jù)最低氣溫的要求，可分別選擇摻用早強(qiáng)型復(fù)合減水劑或防凍型復(fù)合減水劑。對(duì)此摻用外加劑的商品混凝土，當(dāng)室外氣溫不低于 -15℃時(shí)，臨界強(qiáng)度值應(yīng)為 4.0MPa。最低氣溫在 -15℃～-30℃時(shí)，新澆筑混凝土的臨界強(qiáng)度應(yīng)不低于 5MPa[2]。

還應(yīng)指出的是，在冬季混凝土施工中既使不屬于冬期施工，環(huán)境氣溫低于 5℃以下，其強(qiáng)度增長(zhǎng)很慢，有人視為水化基本停止，應(yīng)注意混凝土的保溫蓄熱的養(yǎng)護(hù)。因此，在這里應(yīng)注意到混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)與溫度、濕度的關(guān)系是十分必要的，參看圖 1、圖 3[1]。

圖 3 混凝土強(qiáng)度與保潮時(shí)間的關(guān)系

2 冬季施工與冬期施工是有區(qū)別的

建筑工程中混凝土冬期施工規(guī)范中的“冬期”與“冬季”施工在概念上不盡相同。我國(guó)的冬季的劃分如前所述，而規(guī)范 JGJ 104—2011《建筑工程冬期施工規(guī)程》中的冬期施工有其另外的明確界定：根據(jù)當(dāng)?shù)囟嗄隁庀筚Y料統(tǒng)計(jì)，當(dāng)室外日平均氣溫連續(xù) 5d 穩(wěn)定低于 5℃ 時(shí)，即進(jìn)入冬期施工；當(dāng)室外日平均氣溫連續(xù) 5d 高于 5℃ 時(shí)解除冬期施工”。此規(guī)定的精神與一年中的月份沒有直接關(guān)系。黃河南北的廣大地區(qū)屬于冬季的月份，雖在冬至后有明顯的寒冷特征，但應(yīng)該注意的是，并非連續(xù) 5d 平均氣溫低于 5℃，不應(yīng)屬于冬期施工。如遇到大風(fēng)、降溫天氣，或寒潮突襲，有可能最低氣溫出現(xiàn) 0～-5℃ 甚至更低，為防止混凝土受凍，都需采取一定的防寒、防凍養(yǎng)護(hù)措施。此種凍害，常發(fā)生在剛澆筑的混凝土中，由于飽和含水結(jié)冰，混凝土中的自由水析出成冰粒，如同“凍豆腐”，破壞了漿體的初始結(jié)構(gòu)，水泥漿體與骨料與鋼筋的界面會(huì)因自由水的結(jié)冰而嚴(yán)重削弱，不僅顯著影響其28 天強(qiáng)度，耐久性也會(huì)受到極大的影響。此種情況愈是發(fā)生在早期，其影響愈大。如不及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施，即使氣溫恢復(fù)到 0℃ 以上，水泥可繼續(xù)水化，其強(qiáng)度損失也達(dá) 60% 左右[1]。

3 “防凍劑”并不防凍

市場(chǎng)上有什么需求，受利潤(rùn)驅(qū)動(dòng)就會(huì)有什么產(chǎn)品銷售。有些工程因工期要求冬季停不下來(lái)，總希望摻“防凍劑” 的外加劑能照常施工，實(shí)際市場(chǎng)上常見的一般防凍型外加劑并不能降低冰點(diǎn)，只能以加速水化通過縮短達(dá)到臨界前的預(yù)養(yǎng)期的方法，達(dá)到預(yù)防凍害的目的。除東北、內(nèi)蒙、烏魯木齊等地嚴(yán)寒地區(qū)外，在長(zhǎng)城以南的寒冷的北方，冬季最低氣溫＞-15℃ 的北京、天津、蘭州、石家莊、太原等，都可以在采用保溫蓄熱綜合法的同時(shí)，摻用防凍型或早強(qiáng)型復(fù)合外加劑達(dá)到繼續(xù)施工的目的。這種防凍型或早強(qiáng)型復(fù)合外加劑主要有減水劑、引氣劑、早強(qiáng)劑和少量防凍劑以水為載體制成，其降低冰點(diǎn)的作用很小，主要靠適當(dāng)提高單方水泥摻量，降低水膠比，充分利用水泥水化的水化熱和保溫、蓄熱養(yǎng)護(hù)，靠混凝土的自身溫度，加速水化，使之縮短預(yù)養(yǎng)期，盡早達(dá)到臨界強(qiáng)度來(lái)滿足預(yù)防凍害的需求。設(shè)想完全靠防凍劑降低冰點(diǎn)的做法是不現(xiàn)實(shí)的。據(jù)研究[2]在冬季氣溫＜-15℃ 的嚴(yán)寒地區(qū)的施工，僅靠防凍劑施工，在采用發(fā)熱量較大的快硬硫鋁酸鹽水泥施工的條件下，采用亞硝酸鈉（NaNO2）作防凍劑，達(dá)到預(yù)計(jì)施工氣溫的 NaNO2摻量[2]如表 1。

表 1 預(yù)計(jì)施工氣溫的 NaNO2摻量 %

從表 1 的冬季施工按降低冰點(diǎn)的 NaNO2摻量看，即使要求僅滿足在 -5℃ 氣溫的要求，在采用硫鋁酸鹽水泥施工，防凍劑亞硝酸鈉的摻量也要在 1.0% 上下，這比水劑外加劑中減水劑的有效成分摻量還要多，在一般施工中摻用膠凝材料的2%～3% 防凍型復(fù)合外加劑中，根本就溶不進(jìn)去。更別說(shuō)在-5～-15℃ 氣溫下的施工了。因之，黃河南北的廣大地區(qū)，混凝土澆筑后的保溫、蓄熱養(yǎng)護(hù)措施是十分重要的，充分利用水泥水化自身的熱量，加速水泥水化，使之盡早達(dá)到臨界強(qiáng)度，以避免凍害事故的發(fā)生，是優(yōu)先采用的措施。那種完全依賴防凍劑解決冬季施工凍害的方法是欠妥的。

4 進(jìn)入冬季商品混凝土公司應(yīng)注意的事項(xiàng)

總體上應(yīng)凡事預(yù)則立，以預(yù)防為主，首先商品混凝土公司做好冬季施工準(zhǔn)備，為施工方提供優(yōu)質(zhì)的冬季施工混凝土，并提前與施工方在冬季施工中保溫蓄熱養(yǎng)護(hù)上進(jìn)行充分的溝通，共同應(yīng)對(duì)冬季混凝土施工中的種種問題，為業(yè)主交付一個(gè)滿意的工程。

4.1 商品混凝土公司本身應(yīng)做好的冬季施工準(zhǔn)備

4.1.1 原材料準(zhǔn)備

（1）應(yīng)量選用水化熱較大的 R 型硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥為主，且強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于 42.5。不宜用礦渣水泥、粉煤灰水泥或火山灰水泥。因特殊情況的需要提前竣工，也可選用硫鋁酸鹽水泥，以保證在冬期氣溫較低的情況下，混凝土有較大的發(fā)熱量，為保溫蓄熱養(yǎng)護(hù)提供必要的條件。

（2）砂石料的質(zhì)量和規(guī)格應(yīng)嚴(yán)格把關(guān)，含泥量不大于3%，含水量不大于 1%。砂石料進(jìn)場(chǎng)后堆放有序，注意防凍。不允許含有凍結(jié)的砂石料或冰塊進(jìn)入生產(chǎn)流程。

（3）外加劑的選用是混凝土冬季或冬期施工的重要環(huán)節(jié)，應(yīng)提前做好準(zhǔn)備。按大江南北地區(qū)的冬季氣候條件，冬季一般氣溫為 0～-15℃，商品混凝土施工，采用保溫蓄熱綜合法，當(dāng)最低氣溫在 0～-10℃ 時(shí)，一般采用早強(qiáng)型復(fù)合減水劑；最低氣溫為 -5～-15℃ 時(shí)應(yīng)選擇防凍型復(fù)合減水劑。目前商品混凝土使用的水劑外加劑，推薦摻量一般是1.5%～2.0%，這對(duì)復(fù)合早強(qiáng)劑和防凍劑，達(dá)到有效的摻量都是很難的。上兩種冬季施工的外加劑，應(yīng)通過試驗(yàn)，其摻量可提高到 3%～5%，或者把防凍劑和復(fù)合減水劑分別按需要摻用。但需要強(qiáng)調(diào)的是，商品混凝土摻用這種外加劑后，一般情況下，其降低冰點(diǎn)的作用是有限的，保溫蓄熱措施仍是必不可少的重要環(huán)節(jié)。

4.1.2 調(diào)整好配合比

為適應(yīng)冬季施工的需要，首先選用復(fù)合有引氣劑、早強(qiáng)劑或防凍劑的外加劑，并適當(dāng)增大水泥用量10～20kg/m3，適當(dāng)降低水膠比，結(jié)構(gòu)混凝土水膠比不得大于 0.6，膠凝材料用量不宜小于 300kg/m3。良好的混凝土質(zhì)量，是冬季施工確保混凝土工程質(zhì)量的前提。

4.1.3 適當(dāng)延長(zhǎng)攪拌時(shí)間，必要時(shí)使用熱水?dāng)嚢?/p>

混凝土的攪拌時(shí)間適當(dāng)延長(zhǎng)，入模溫度不得低于 5℃。在氣溫處于 -10℃ 以下時(shí)，可預(yù)熱砂石或使用熱水?dāng)嚢钑r(shí)，但水溫不宜高于 80℃，調(diào)整加料順序，不能直接加到水泥上。更不能用含有凍結(jié)塊的砂石或冰塊的水?dāng)嚢杌炷痢Ｌ涠仍跐M足施工要求的前提下盡可能小。

4.1.4 做好設(shè)備檢修

進(jìn)入冬季施工無(wú)論是攪拌或運(yùn)輸車輛都會(huì)因氣溫太低而發(fā)生變化，如攪拌樓的上水管和外加劑上料管的防寒防凍，要加強(qiáng)保溫措施。車輛要做好檢修和更換冬季潤(rùn)滑油加好防凍劑。

4.2 加強(qiáng)與施工方充分溝通

冬季混凝土工程質(zhì)量問題，商砼公司僅能提供合格的混凝土產(chǎn)品是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，施工方才是矛盾的主要方面，沒有施工方對(duì)混凝土冬季施工的主動(dòng)性、積極性，確?；炷凉こ藤|(zhì)量是不可能的。因此，商品混凝土公司應(yīng)提前以各種方式及時(shí)與施工單位溝通，以行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) JGJ 104—2011《建筑工程冬季施工規(guī)程》為依據(jù)，針對(duì)具體工程與當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境氣溫，具體問題具體分析，雙方共同商討如何處理混凝土冬季施工中的有關(guān)問題，凡事預(yù)則立，以預(yù)防為主確保冬季施工的混凝土質(zhì)量。

（1）在當(dāng)?shù)貧鉁夭恍∮?-15℃ 的條件下，都可采用以保溫蓄熱為主并摻用早強(qiáng)型或防凍型復(fù)合外加劑的施工方法。施工中宜用木模板, 并根據(jù)結(jié)構(gòu)的表面系數(shù)和物的類型，采用相應(yīng)的保溫蓄熱覆蓋方式，必要時(shí)可采用暖棚施工，為此，應(yīng)提前做好防寒防凍的物資準(zhǔn)備。如常用的塑料薄膜、彩條布、棉毯、草袋、架桿等。

（2）混凝土的澆筑工作盡可能安排在氣溫較高的上午，以利進(jìn)入低溫前有較長(zhǎng)的正溫預(yù)養(yǎng)期，混凝土也不得澆筑在有冰雪或溫度低于 2℃ 的地面上。氣溫低于 5℃ 時(shí)，不宜灑水養(yǎng)護(hù)。

（3）拆模時(shí)溫差不宜過早。在混凝土蓄熱法養(yǎng)護(hù)拆模時(shí)，一要注意混凝土結(jié)構(gòu)的實(shí)際強(qiáng)度，適當(dāng)延長(zhǎng)拆模時(shí)間；二要注意混凝土溫度與環(huán)境氣溫溫差不得大于 20℃，并在拆模后再次覆蓋養(yǎng)護(hù)不少于 14 天，以保證強(qiáng)度的繼續(xù)增長(zhǎng)。

（4）在冬季因晝夜溫差較大，夜間常低于 0℃ 以下，應(yīng)加強(qiáng)溫度監(jiān)控。達(dá)到臨界強(qiáng)度前每 2 小時(shí)測(cè)溫不得少于一次，發(fā)現(xiàn)接近于 0℃ 時(shí)，以便及時(shí)采取措施。

（5）明確冬季施工中的強(qiáng)度檢測(cè)概念，并加強(qiáng)對(duì)實(shí)際結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度檢測(cè)，預(yù)留同條件檢測(cè)試塊?；炷恋膹?qiáng)度必須以標(biāo)準(zhǔn)條件下制作和養(yǎng)護(hù)的 28d 強(qiáng)度為準(zhǔn)。結(jié)構(gòu)驗(yàn)收中的回彈檢測(cè)都應(yīng)滿足 600℃·d[5]的要求，以免產(chǎn)生不必要的質(zhì)量糾紛。

（6）萬(wàn)一發(fā)生凍害的應(yīng)急措施。

凍害的發(fā)生多在當(dāng)天午后澆筑的混凝土，白天氣溫低于5℃上下時(shí)，本來(lái)水泥水化很慢，夜間氣溫進(jìn)入負(fù)溫度，水化完全停止，混凝土還未到初凝，且含有較多飽和自由水，由于結(jié)冰析出，原有的漿體結(jié)構(gòu)遭到破壞。此時(shí)如處理不當(dāng)，既使白天氣溫恢復(fù)到正溫以上，強(qiáng)度雖可繼續(xù)增長(zhǎng)，其強(qiáng)度損失也是難以挽回的（圖 2）。

如遇上述凍害不必驚慌失措，應(yīng)看到此時(shí)混凝土還遠(yuǎn)未達(dá)到終凝，漿體中水泥水化產(chǎn)物并未形成結(jié)構(gòu)。當(dāng)白天恢復(fù)到正溫混凝土解凍后，對(duì)受凍混凝土表面重新搓拍提漿、抹面，使之恢復(fù)原有漿體結(jié)構(gòu)，認(rèn)真復(fù)蓋保溫蓄熱，強(qiáng)度增長(zhǎng)可不受影響。甚至，因部分水份蒸發(fā)，水膠比降低強(qiáng)度還有所提高。

5 結(jié)束語(yǔ)

在冬季因氣溫條件不同，對(duì)商品混凝土和施工方法也應(yīng)有相應(yīng)的調(diào)整，這是混凝土工程因氣溫變化的矛盾特殊性表現(xiàn)。一種有效的施工方法或理論都是相對(duì)的、有一定的時(shí)間空間條件。沒有一成不變的配合比，也沒有用在任何氣溫條件下都適宜的施工方法。

[1] 楊靜．建筑材料[M]．北京：中國(guó)水利水電出版社，2004.

[2] JGJ 104—2011．建筑工程冬期施工規(guī)程[S]．

[3] GB 50119—2013．混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范[S]．

[4] 趙衛(wèi)星，趙銀花，金艷，等．商品混凝土冬期施工控制措施．商品混凝土，2005(11): 46-48，

[5] GB 50204－2002. 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量的驗(yàn)收規(guī)范[S].

［通訊地址］上海奇齊科技開發(fā)實(shí)業(yè)有限公司（201600）

王永逵（1934—），副教授，前蘭州鐵道學(xué)院建材室主任