楊秀玲

山東日順新型建材有限公司，中國·山東 濟(jì)南 251400

1 引言

混凝土工程的冬期施工和常溫施工不同，由于自然氣溫已降低到0℃以下，從整個(gè)施工過程的各個(gè)環(huán)節(jié)，都要采取相應(yīng)的保溫防凍、防風(fēng)、防失水等措施。盡量給混凝土創(chuàng)造正溫養(yǎng)護(hù)環(huán)境，使混凝土能不段凝結(jié)、硬化、增長強(qiáng)度，以避免和減少混凝土遭受凍害。

2 混凝土的凍害概念及評(píng)定指標(biāo)

混凝土的凍害是指已硬化了的混凝土在工程結(jié)構(gòu)使用期間受寒暑自然氣溫的影響，并長年累月遭受自然氣溫凍害凍融作用，而導(dǎo)致各項(xiàng)性能逐漸降低。

評(píng)定混凝土凍害的主要指標(biāo)是抗壓強(qiáng)度或動(dòng)彈性模量損失值。取標(biāo)準(zhǔn)條件下硬化了28d的混凝土試件，按混凝土抗凍耐久性標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法，經(jīng)多次凍融后測(cè)定抗壓強(qiáng)度或動(dòng)彈性模量損失值，作為評(píng)定指標(biāo)。它反映材料及配合比水平，用于考核結(jié)構(gòu)耐久性和使用年限，是為設(shè)計(jì)服務(wù)的。

3 混凝土凍害的分類

在冬期混凝土工程施工過程中，混凝土受凍按不同階段可分為以下兩種類型。

①新鮮混凝土受凍指新澆筑的混凝土在終凝前遭到凍結(jié)，其主要原因是氣溫與混凝土溫度很低，加之施工措施欠妥。這種受凍一般說來不會(huì)使混凝土產(chǎn)生惡化，只要化凍后在終凝前立即振搗密實(shí)，加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，不要使混凝土重新受凍，混凝土的性能即不會(huì)受到損害。這種情況一般在薄壁結(jié)構(gòu)、薄板、道路面層施工中能遇到。

②混凝土早期受凍是指混凝土澆筑后，在養(yǎng)護(hù)硬化期間受凍，它能損害混凝土的一系列性能。這在混凝土冬期施工中經(jīng)常遇到并且是非常值得注意的問題。這種凍害主要是由于施工方法選擇不當(dāng)、施工人員技術(shù)水平不高或不負(fù)責(zé)任而造成的。它可使混凝土的一系列物理、力學(xué)性能降低，從而使其達(dá)不到設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求，影響工程應(yīng)用，降低耐久性，甚至造成返工。

4 混凝土凍害機(jī)理的分析與探討

混凝土受凍害有三個(gè)重要條件，即濕度、水和混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的孔隙狀況，這三個(gè)條件缺一不可。

①溫度是必要的條件，當(dāng)溫度降低到0℃以下時(shí)，促進(jìn)水相轉(zhuǎn)變而成冰，水結(jié)冰后體積膨脹達(dá)到9%，從而使混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)遭到破壞。

②施工時(shí)水灰比大，混凝土含水量增大，導(dǎo)致混凝土遭受凍害嚴(yán)重。

③混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的孔隙狀態(tài)，混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的孔隙狀態(tài)決定于混凝土配合比設(shè)計(jì)及施工水平。設(shè)計(jì)和施工不當(dāng)，會(huì)使混凝土內(nèi)部的孔隙率增大，毛細(xì)孔直徑較粗，自由水含量增多，導(dǎo)致混凝土的凍害程度嚴(yán)重。

混凝土是一種多孔性材料，它在硬化中和硬化后形成大小不同的孔隙及相互連通的毛細(xì)孔通道。這些孔隙和毛細(xì)通道充滿水后，當(dāng)溫度降低時(shí)，對(duì)混凝土的凍害可歸納為以下幾點(diǎn)：

①當(dāng)溫度降低到0℃以下時(shí)，混凝土內(nèi)部毛細(xì)孔中的自由水開始結(jié)冰，體積膨脹；

②結(jié)構(gòu)構(gòu)件的結(jié)冰由表面開始，逐漸向內(nèi)部發(fā)展，表面部位水凍結(jié)后，由于結(jié)冰而膨脹，將內(nèi)部未凍結(jié)的部分水封閉并沿毛細(xì)孔通道壓向內(nèi)部；

③隨著凍結(jié)的發(fā)展，結(jié)冰體積越來越大，使內(nèi)部未凍水壓力越來越高，當(dāng)內(nèi)部增高到超過混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)把毛細(xì)孔脹破，產(chǎn)生微裂紋；水在一定壓力下，流入發(fā)生裂紋的裂縫內(nèi)，這時(shí)毛細(xì)孔內(nèi)部的靜水壓降低，破壞有所緩和；

④爾后，凍結(jié)再繼續(xù)向深層發(fā)展，水壓力又繼續(xù)增大，達(dá)到一定程度時(shí)，則或裂紋繼續(xù)擴(kuò)展，后產(chǎn)生新的裂紋，裂紋不斷發(fā)展增多，使混凝土內(nèi)部發(fā)生破壞；

⑤當(dāng)混凝土內(nèi)部殘留有未充滿水的氣孔，或者由于施工時(shí)摻入了引氣劑而在混凝土內(nèi)部引入大量氣孔時(shí)，則有壓的未凍水的壓力作用下，通過滲透或毛細(xì)微孔流入氣孔內(nèi)，使靜水壓力減小，從而減少了混凝土內(nèi)部的裂紋，改善和提高了混凝土的抗凍害性能。

5 混凝土冬期施工注意事項(xiàng)

混凝土冬期施工要求正溫澆筑、正溫養(yǎng)護(hù)。對(duì)原材料的加熱，以及混凝土的攪拌、運(yùn)輸、澆筑和養(yǎng)護(hù)應(yīng)進(jìn)行熱工計(jì)算，并據(jù)此施工。

5.1 對(duì)材料和材料加熱的要求

①冬期施工中配制混凝土用的水泥，應(yīng)優(yōu)先選用活性高、水化熱量大的硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥，蒸汽養(yǎng)護(hù)時(shí)用的水泥品種應(yīng)經(jīng)試驗(yàn)確定。水泥的強(qiáng)度不應(yīng)低于42.5等級(jí)，水灰比不應(yīng)大于0.6。水泥不得直接加熱，使用前1～2天運(yùn)入暖棚存放，暖棚溫度宜在5℃以上。

②因?yàn)樗谋葻崾巧啊⑹系?倍左右，所以冬期拌制混凝土?xí)r應(yīng)優(yōu)先采用加熱水的方法，但加熱溫度要符合規(guī)定的數(shù)值。

③集料要求提前清洗和貯備，做到集料清潔，無凍塊和冰雪。冬期集料所有貯備場(chǎng)地應(yīng)選擇地勢(shì)較高不積水的地方。

④冬期施工拌制混凝土的砂、石溫度要符合熱工計(jì)算需要溫度。加熱的方法可因地制宜，但以蒸汽加熱法為好。

⑤原材料不論用何種方法加熱，在設(shè)計(jì)加熱設(shè)備時(shí)，必須先求出每天的最大用料量和要求達(dá)到的溫度，根據(jù)原材料的初溫和比熱，求出需要的總熱量。同時(shí)考慮加熱過程中熱量的損失。有了要求的總熱量，可以決定采用熱源的種類、規(guī)模和數(shù)量。

5.2 攪拌

混凝土不宜露天攪拌，應(yīng)盡量搭設(shè)暖棚，優(yōu)先選用大容量的攪拌機(jī)，以減少混凝土的熱量損失。攪拌前，用熱水或蒸汽沖洗攪拌機(jī)?；炷恋陌韬蜁r(shí)間比常溫規(guī)定時(shí)間延長 50 %。由于水泥和 80 ℃ 左右的水拌和會(huì)發(fā)生驟凝現(xiàn)象，所以材料的投料順序是先將水和砂石投入拌和，然后加入水泥。若能保證熱水不和水泥直接接觸，水可以加熱 到100℃ 。

5.3 運(yùn)輸

混凝土的運(yùn)輸時(shí)間和距離應(yīng)保證混凝土不離析、不喪失塑性。主要措施為減少運(yùn)輸時(shí)間和距離；使用大容積的運(yùn)輸工具并加以適當(dāng)保溫等。

5.4 澆筑和養(yǎng)護(hù)

混凝土在澆筑前，應(yīng)清除模板和鋼筋上的凍雪和污垢，盡量加快混凝土的澆筑速度，防止熱量散失過多。混凝土拌和物的出機(jī)溫度不宜低于10 ℃，入模溫度不得低于5 ℃。采用加熱養(yǎng)護(hù)時(shí)，混凝土養(yǎng)護(hù)前的溫度不得低于2 ℃。

加熱養(yǎng)護(hù)整體式結(jié)構(gòu)時(shí)，施工縫的位置應(yīng)設(shè)置在溫度應(yīng)力較小處。加熱溫度超過40 ℃時(shí)，由于溫度高，勢(shì)必在結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生溫度應(yīng)力。因此，在施工之前應(yīng)征求設(shè)計(jì)單位的意見，在跨內(nèi)適當(dāng)?shù)奈恢迷O(shè)置施工縫。留施工縫處，在水泥終凝后立即用3～5個(gè)大氣壓的氣流吹除結(jié)合面的水泥膜、污水和松動(dòng)石子。

6 防凍劑的組成及作用機(jī)理

防凍劑可以分成兩大類型：早強(qiáng)型和防凍型。

我國氣候及溫度變化規(guī)律：長江以北到黃河以南，氣溫雖然可以降至5℃以下但基本上在0 ℃上，冬季施工只要加早強(qiáng)劑即可以保證質(zhì)量了。黃河以北，氣溫會(huì)在0 ℃以下數(shù)個(gè)月，冬季施工需要防凍劑。華北西北地區(qū)，最低氣溫在-10 ℃以上的地區(qū)，使用早強(qiáng)型的防凍劑。東北地區(qū)內(nèi)蒙新疆，冬季氣溫經(jīng)常在-10 ℃以下，冬季施工的混凝土必須使用防凍性的防凍劑。

6.1 早強(qiáng)型防凍劑

最低氣溫不超過-10℃，日氣溫一般在0℃上下浮動(dòng)，在氣溫最高的白天澆筑，混凝土內(nèi)部溫度就可以保持在0℃以上。不是在最高氣溫下澆筑，澆筑后用塑料薄膜及草袋等覆蓋，混凝土內(nèi)部溫度也會(huì)高于氣溫。這種情況下混凝土?xí)芸爝_(dá)到臨界強(qiáng)度3.5MPa而不至于產(chǎn)生凍害。因此在最低溫度高于-10℃時(shí)只需添加早強(qiáng)型防凍劑即可。目的是更快的達(dá)到臨界強(qiáng)度。

6.2 防凍型防凍劑

日平均氣溫在-15℃以下的地區(qū)，混凝土澆筑后即使是入模溫度較高，但由于混凝土內(nèi)外溫差較大，混凝土在簡單覆蓋的情況下還是會(huì)很快的降至0℃以下，防凍劑的作用是要保證混凝土在澆筑后能抵御一定限度負(fù)溫環(huán)境。在此低溫下混凝土內(nèi)部仍然保持足夠的液相，以使水泥水化作用繼續(xù)進(jìn)行，而不致被凍脹破壞。

防凍組分是以降低液相中的冰點(diǎn)為目的的一些純化學(xué)物質(zhì)。為保持在規(guī)定的負(fù)溫下仍然有足夠的液相就必須保持防凍成分有一定摻量。這些物質(zhì)在防凍劑中占有相當(dāng)?shù)谋壤?，而這種比例隨著所要求的規(guī)定溫度不同而變化，負(fù)溫越低摻量越大。

6.3 復(fù)合型防凍劑的組分及作用機(jī)理

根據(jù)混凝土產(chǎn)生凍害的原因分析，必須從提高混凝土本身的抗凍能力及防治凍害的發(fā)生兩個(gè)途徑來解決。

6.3.1 早強(qiáng)組分

為了促進(jìn)水泥水化作用，使混凝土盡快達(dá)到抵御凍害的能力，強(qiáng)度迅速增長，加速模板周轉(zhuǎn)，縮短工期，早強(qiáng)組分是必不可少的，為了避免鋼筋銹蝕，采取相應(yīng)技術(shù)措施，使用少量的氯鹽，確保對(duì)鋼筋無促銹作用。常用的早強(qiáng)劑有硫酸鈉，氯化鈣，硝酸鈣，亞硝酸鈣，三乙醇胺等。防凍劑中的早強(qiáng)成分主要是是混凝土盡快達(dá)到或超過混凝土的受凍臨界強(qiáng)度。

6.3.2 減水組分

減水劑的作用就在于分散水泥和降低混凝土的水灰比。減少了絕對(duì)用水量，使毛細(xì)孔變細(xì)、減少、且分布均勻，提高了混凝土的密實(shí)性。實(shí)質(zhì)上是減少了混凝土中可凍水的數(shù)量，即減少了受凍混凝上中的含冰率，相應(yīng)也提高了混凝土防凍性能。另外防凍劑摻量是固定的，由于水灰比的減小，相對(duì)的提高了混凝土中減水劑水溶液的濃度，進(jìn)一步降低了冰點(diǎn)，從而提高了混凝土防早期凍害能力。常用的減水劑有木鈣，木萘，萘系高校減水劑及三聚氰胺，氨基磺酸鹽等。

6.3.3 引氣組分

水結(jié)冰時(shí)體積增大9%，嚴(yán)重時(shí)可造成混凝土中骨料與水泥顆粒的相對(duì)位移，使混凝土結(jié)構(gòu)受到損傷甚至破壞，形成不可逆轉(zhuǎn)的強(qiáng)度損失。這種引氣劑在攪拌混凝土過程中能引入大量均勻分布、穩(wěn)定而封閉的激小氣泡。這些氣泡對(duì)混凝土主要有四種作用：

①能減少混凝土的用水量，進(jìn)一步降低水灰比；

②引入的汽泡對(duì)混凝土內(nèi)冰晶的膨脹力有一個(gè)緩沖和消弱作用，減輕冰晶膨脹力的破壞作用；

③提高了混凝土的耐久性能；

④小氣泡起到阻斷毛細(xì)孔作用，使毛細(xì)孔中的可凍結(jié)水減少。

當(dāng)引入的氣泡數(shù)量少，體積大，一般都是可見氣泡，起不到上述效果，反而會(huì)產(chǎn)生一些不利的影響，并且由于振搗排除不力時(shí)，一些氣泡還會(huì)聚合成更大氣泡，因此稱這種氣泡為有害氣泡，所以使用引氣原材料要特別謹(jǐn)慎。

6.4 防凍組分

主要功能是在負(fù)溫條件下降低混凝土內(nèi)游離水的冰點(diǎn)，減少混凝土內(nèi)部水分的成冰率，使之有較多的液態(tài)水供水泥水化，更重要的是改變成冰結(jié)構(gòu)，使冰晶變得疏松且成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，因而對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)沒有破壞作用。防凍組分一般摻量都比較大，考慮到對(duì)混凝土耐久性能的要求，應(yīng)盡量減少 K + 和 Na + 的引入量，這也是防凍劑的突出特點(diǎn)。

在負(fù)溫下?lián)椒纼鰟┗炷林写蟛糠炙员３忠合啵炷翉?qiáng)度在負(fù)溫下依然在增長。在負(fù)溫下混凝土的增長速度取決于水泥品種、防凍劑種類和負(fù)溫溫度。按混凝土強(qiáng)度增長的速率的次序如下排列：K2CO3 > CaCl2 > NaCl > NaNO2 > Ca(NO3)2。

只要保證混凝土在達(dá)到臨界強(qiáng)度前不受早期凍結(jié)，摻防凍劑混凝土的強(qiáng)度在以后的正溫下都能正常地繼續(xù)增長。

7 冬季施工中防凍劑的選用

冬施混凝土大致分為3大類：冷混凝土、負(fù)溫混凝土和早強(qiáng)混凝土。

冷混凝土：是指除拌合水必須保持液態(tài)外，其他集料均不保溫，澆筑后也不采取任何保溫措施，主要依靠防凍組分保證一定的過冷液體在負(fù)溫下緩慢的進(jìn)行水化。這種混凝土需要摻大量無機(jī)鹽類來降低冰點(diǎn)。在施工條件不具備采取其他措施時(shí)才使用。

負(fù)溫混凝土：混凝土在負(fù)溫施工時(shí)，對(duì)砂、石、拌合水進(jìn)行保溫和熱處理，在混凝土養(yǎng)護(hù)過程中要與保溫防護(hù)、蓄熱法等綜合措施相結(jié)合。

低溫早強(qiáng)混凝土：在0℃左右的低溫或不很低的負(fù)溫下施工，只采取加熱拌合水再輔以綜合蓄熱法使混凝土保持在正溫下硬化、增強(qiáng)。

8 結(jié)語

混凝土是現(xiàn)代建筑工程使用量最大的材料之一，對(duì)社會(huì)發(fā)展有著深遠(yuǎn)的影響。為此，從業(yè)人員必須要積極學(xué)習(xí)先進(jìn)的科學(xué)文化知識(shí)、善于總結(jié)優(yōu)秀的施工經(jīng)驗(yàn)，在工作過程中保持嚴(yán)謹(jǐn)?shù)木瘢裱嚓P(guān)施工原則與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，如此方能最大限度地保障混凝土施工工程的質(zhì)量。