建筑工程混凝土冬季施工技术研究

摘要：建筑工程混凝土冬季施工是一个复杂的过程，本文立足于青海省西宁地区，从混凝土冬季施工的基本原理和特点入手，阐述了冬季施工可能出现的质量问题，并从技术角度对解决这些问题的方法和措施进行了分析研究。

关键词：混凝土；冬季施工；技术措施

根据《钢筋混凝土施工及验收规范》的规定：“根据当地多年的气温资料，室外日平均气温连续5d稳定低于5℃，定为动气施工阶段。”青海省西宁地区属大陆性高原半干旱气候，气压低，日夜温差大，无霜期短，冰冻期长。

表 2010-2012年西宁地区11-12月平均温度

从上表分析可以看出，多数在西宁施工的工程都不可避免面临冬季施工。由于长时间的低气温，甚至降雪和冰冻导致冬季施工较常温施工相比，对混凝土质量的影响更大，据统计66%的混凝土工程事故是由于在冬季施工造成的。另一方面，冬季施工所造成的质量危害往往在春天天气回暖后才暴露出来，这种滞后性就增加了质量危害处理的风险，对整个混凝土工程控制造成不利影响。本文从技术角度对冬季施工可能出现的质量问题进行探讨，对提高工程冬季施工技术水平具有一定的现实意义。

1 混凝土工程冬季施工的基本原理与特点

1.1 冬季施工的基本原理

水泥和水进行水化反应致使混凝土从初凝到终凝并获得强度。在水化作用中，水是水化反应能否进行的决定因素之一，温度则影响着水化作用的速度。一定的湿度情况下，温度和水化作用的速度以及混凝土的强度成正比即：温度越高，水泥和水的反应就越快，混凝土的硬化速度快，强度越高（温度过高也会导致“假凝”现象）。当温度低于5℃时，水化速度将放缓，对应的硬化速度也会降低，当温度降至0℃时，水化作用基本停止，如果此时在降低温度到-2℃~-4℃时，混凝土内的水开始结冰，水的体积比原来增大9%左右，在混凝土内部产生了冰胀应力，导致混凝土内部产生微裂纹的同时，减弱了混凝土与钢筋之间的粘结力。另外，冰融化后会形成空隙，就降低了混凝土的密实性和耐久性，导致混凝土强度达不到设计的要求。

由上述原理可知，水的形态是影响混凝土强度的关键。鉴于冬季这个特定环境，施工技术人员要特殊的措施以保证混凝土施工的质量。

1.2 冬季施工的特点

（1）准备工作细致、施工成本高

由于冬季施工较常温施工所面临的难度更大，因此在冬季施工准备时应该更加细致和全面。比如：在编制施工组织设计中，不宜将分项工程安排在冬期前后完成；严格复核图纸，保证施工能适应冬期施工的要求；对于冬期施工所用的设备、工具、材料要提前检查和准备；提前准备劳动防护用品确保冬期施工安全。另一方面，为了保证冬季混凝土养护的环境，常需要采用加热等措施，因此对能源的需求就比较高，对骨料的加热、养护加热等等都会造成成本的增加，据统计从骨料预热到加热养护，冬季混凝土施工成本增加幅度为32%～50%。

（2）质量事故隐蔽性、滞后性

从上述对冬期混凝土施工原理阐述可知，混凝土的质量事故多数是在春季温度转暖后才会显露出来，这种隐蔽性和滞后性不仅为事故的处理带来了很大的风险，而且会直接影响工程的使用寿命。

2 混凝土工程冬季施工常见质量问题

2.1 混凝土裂缝

在实际施工中，造成混凝土裂缝的原因是复杂的，例如：由于钢筋的锈蚀导致混凝土体积膨胀，从而引起混凝土沿受力筋或箍筋方向产生裂缝。混凝土中水形态的变换所产生压力也会造成混凝土产生裂缝。另外，若水灰比过大导致混凝土早期强度降低，失水速度加剧，也会造成混凝土出现裂缝。除此之外，未选择合适的施工技术或者管理疏忽也会造成混凝土裂缝。

2.2 混凝土性能降低----表面起灰、“反霜”

西宁冬季空气干燥、温度过低且风力较大，混凝土中水分会由边缘向中心转移，从而造成混凝土内部空隙，在强风的侵蚀下，混凝土骨料间的粘结力降低，混凝土性能也随之弱化。表面起灰实质就是砂浆和粗骨料脱离，主要表现为粗骨料在外。造成这种现象的主要原因是混凝土的水灰比过大，出现严重的泌水离析，弱化其粘聚性和保水性，加之外界温度过低，水化差，水分迅速外离，最终使混凝土表面起灰。混凝土“反霜”是指在低温情况下，混凝土随着水分的蒸发，在外加剂的作用下，表面会形成结晶腐蚀。上述这些现象对混凝土的性能产生不利的影响，进而危害到整个工程。

2.3 人员操作不当导致的质量问题

在施工过程中，由于施工人员技术素质不过关，缺乏相应的技术指导而导致混凝土施工出现质量问题也是常见的。比如：施工中不进行热工计算，是混凝土受冻害；不按照标准添加抗冻剂；对于早强剂的使用不当，盲目增加早强剂的使用量，会使混凝土提前报废；部分施工人员不考虑温度与抗冻剂掺量的关系，不进行试配，反而降低了混凝土的强度。

3 混凝土工程冬季施工常用措施和方法

3.1 加热原材料

冬季施工优先选用活性高、水化热大的硅酸盐水泥或者普通硅酸盐水泥。混凝土在拌制前，先对水及粗细骨料进行加热，对于强度等级小于42.5级普通硅酸盐水泥，水的温度适宜在80℃，粗细骨料的适宜温度为60℃，强度等级大于42.5级的普通硅酸盐水泥，水和粗细骨料的适宜温度分别为60℃和40℃。另外，在加热前要进行热工计算，以确定材料需要加热的温度。在加热粗细骨料时可以采取蒸汽管、通电加热等多种方法，但切勿用明火直接对材料进行加热。

3.2 混凝土保温

为了防止地基冰冻和浇筑后初期热应力控制的要求，混凝土在运输和浇筑过程中需要一定的热能进行补充，做好混凝土的保温对混凝土的质量控制是非常重要的。

（1）混凝土运输过程的保温

混凝土运输要保证混凝土不离析、塑性不丧失。在冬季运输时，一方面要对运输机具进行棉罩包裹或者利用运输车的废气进行加热。另一方面，要合理安排运输路线，选择运距短且耗时少的路线，早整个运送过程中，控制温度损失不超过6℃。

（2）混凝土浇筑过程的保温

首先，在浇筑前，清除模板和钢筋上的冰雪和污垢，尽量加快混凝土的浇筑速度，防止热量消耗过多。混凝土振捣成型后立即覆盖，严格控制入模温度不低于5℃。

第二，加强混凝土的振捣，以提高混凝土的密实度，当采用机械振捣时，相应的时间要较常温相比有所增加。

第三，分层浇筑时，已浇筑层的混凝土温度在未被上一层混凝土覆盖前，其混凝土温度不得小于按热工计算的温度，且不小于2℃。

第四，对于采取加热养护的结构，鉴于加热温度过高会在混凝土内部产生温度应力，因此为了消除结构内的这种温度应力，在得到设计单位同意后，需要在温度应力较小处（结构跨中部位）设置混凝土施工缝。

第五，对于某些特殊地基如强冻胀性地基，冬季不得进行混凝土浇筑作业。对于弱冻胀性地基采用预热或掺加外加剂等措施未出现冻胀现象后可进行浇筑。在非冻胀性地基土上浇筑混凝土时，计算混凝土抗压强度，若抗压强度高于临界强度，则可以进行浇筑。

3.3 蓄热法施工

蓄热法施工简单，成本较低且容易保证施工质量。该方法的原理就是利用原材料加热的热量和水泥水化反应所产生的热量，再辅助适当的保温材料进行覆盖保温，延缓混凝土的冷却速度，确保混凝土的强度不小于混凝土受冻临界强度值。它适用于当室外最低温度不低于-15℃的情况如我国中部地区，以及表面系数不大于15m-1的结构如基坑的混凝土浇筑。

在采用蓄热法施工时，若混凝土强度值不小于混凝土受冻临界的要求，则可以采取以下措施：

（1）提高水或者粗细骨料的加热温度（在规定范围内），以提高混凝土的热量；

（2）更换或者加厚保温材料，降低混凝土散热速度，以提高混凝土的平均养护温度；

（3）掺加一些具有早强、防冻性能的外加剂；

（4）在浇筑后短时加热，并延长其冷却至0℃的时间；

3.4 掺加外加剂法

由于负温条件下，混凝土拌合物中的水要结冰，一方面冰晶应力会使混凝土内部产生裂纹，另一方面也会是水泥的水化作用延缓或者陷入休眠状态，这时需要掺入一定量的外加剂，保证混凝土能继续进行水化作用且不产生裂纹，这就是掺加外加剂方法的原理。其实质就是借助外加剂的化学特性，降低混凝土的液相冰点。

（1）氯化钠

作为早强、抗冻性能的外加剂之一的氯化钠具有防冻效果好、成本廉价的优点，但由于它会因此钢筋的锈蚀以及降低混凝土的耐久性，在施工中很少单独使用。

（2）复合防冻外加剂

复合防冻剂由减水剂、引气剂、早强剂等组成。配置复合防冻剂时不仅要考虑施工气温条件，满足最低气温混凝土不受冻，而且要考虑水泥、粗细骨料的特性，以保证满足混凝土强度、抗冻、抗腐蚀的要求。以溶液形式供应复合剂时，复合剂不能有沉淀、悬浮物或者絮凝物，因此在配置过程应要搅拌均匀，如果出现结晶或沉淀等现象，则分别进行配置并分别搅拌。鉴于掺入后会使拌合水浓度增加，水泥化学反应减慢，使混凝土力学性能受到影响，不同程度地使混凝土配比改变，因此掺加剂防冻剂在使用前要进行综合的计算和试验研究。

另外，值得注意的是，选择添加某种外加剂主要根据施工要求和材料供应，而掺加的数量则需要进行试验。随着施工技术的发展，外加剂逐步转向复合型、有机化合物发展。

3.5 蒸汽加热法

该方法是利用蒸汽泠凝时释放出的热量养护新浇筑的混凝土结构，使其迅速达到受冻临界强度。使用该方法不仅能降低能耗成本，而且使用蒸汽加热，在提供热量的同时还提供了湿度，保证混凝土结构不会因高温养护而脱水。考虑到后期强度损失，在使用蒸汽加热法时，宜针对选用矿渣硅酸盐水泥拌制的混凝土。值得注意的是，对于整体式结构采用蒸汽加热法养护时，要对温度应力进行验算，以防止加热温度过高导致结构产生裂纹。

蒸汽加热法养护也可以分为湿热养护和干热养护。两种类型不同之处在于蒸汽是否直接与混凝土接触，湿热养护方法是将蒸汽直接与混凝土养护，常用的方法有蒸汽套法、内部通气法。干热养护则将蒸汽作为载体作用在散热器，通过散热器将热量传导给混凝土，常用的方法有毛管发和热模法。

3.6 电热法

电热法顾名思义就是利用电流通过电阻丝所发出的热量对混凝土进行养护，一种将电能转化为热能的方法。在实际施工中，可以根据需要将电热器制成各种形状以满足不同结构部位的加热养护，比如：选用板状电热器用于现浇楼板；装配整体式钢筋混凝土框架的接头可以用针状电热器；对于现浇墙板可以用大模板改装的电热膜板进行加热。值得注意的时，采用电热法养护混凝土只适宜加热养护至设计强度50%，如果超过这个温度，养护效果将不明显，而且会造成电能过度消耗而增加成本。

由于受工期的制约，很多工程不可避免地要在冬季进行施工，而冬季施工过程复杂面临的困难诸多，这就需要对冬季施工的特点进行分析，善于总结各种质量问题，认真研究冬季施工的措施和方法，从经济、工期等方面综合考虑，保证混凝土冬季施工的质量。

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