浅谈寒冷地区的混凝土冬季施工保温措施

【摘 要】根据笔者参加甘肃张掖黑河流域的几个水电站施工经验，阐述冬季混凝土施工所采取的保温措施，针对混凝土的配合比、砂石骨料、生产及运输系统、混凝土养护期的保温措施进行介绍。

1、概述

张掖黑河三道湾水电站地处甘肃省肃南裕固族自治县和青海省祁连县之间的黑河（界河）上的夹道沟至柳树园河段，工程以发电为主，装机容量112MW。

黑河流域为大陆性气候，夏季酷热，雨量稀少，蒸发强盛，冬季严寒，冰期长达四个月之久。据气象站气象资料统计：多年平均年降水量为175.4mm；多年平均年水面蒸发量为1378.7mm；平均气温为8.5℃，绝对最高气温37.2℃，绝对最低气温-33.0℃，日温差较大；最大冻土深度1.5m。

整个施工过程中，三道湾电站引水发电洞施工历时为最长，经历的冬季施工期也长，下面以引水隧洞混凝土施工为例，谈下混凝土冬季施工保温措施的一些应用。

2、冬季混凝土施工的气温条件

按《水工混凝土施工规范》规定，根据当地多年气温资料，室外日平均气温5d稳定低于5℃时或最低气温连续5d稳定下-3℃以下时，混凝土工程即进入了冬季施工。

三道湾电站工程位于北部寒冷地区V区。每年-5℃以下时间为121天，-10℃以下时间为75天。11月下旬至次年3月中旬属于冬季施工季节，工程特点就是最低气温低（达到-33.0℃），冬季施工时段较长。

3、混凝土受冻后的危害分析

一、混凝土捣拌浇灌后之所以能逐渐凝结和有高的温度，是由本身水化作用的结果。而水泥水化作用的速度除与混凝土组合材料和配合比有关外，主要是随着温度的高低而变化。当温度升高时，水化作用加快，强度增长也快；而当温度降至 0℃时，存在于混凝土中的游离水有一部分开始结冰，逐渐由液相变为固相，这时水泥水化作用基本停止，强度也不再上升。温度继续下降，当混凝土中的水全部结成冰，由液相变为固相时，体积膨胀约9%，同时产生大约 20kN/m 的侧压力。这个应力值一般大于混凝土浇筑后内部形成的初期强度值，致使混凝土受到程度不同的早期破坏而降低强度。此外当水结成冰后会在骨料和钢筋表面产生颗粒较大的冰凌，这种冰凌会减弱水泥浆与骨料同钢筋的粘结力，也会影响混凝土的抗压强度。当气温回升冰融化后又会在混凝土内部留下众多的空隙和孔洞，降低混凝土的密实性和耐久性。

二、分析国内外关于水在混凝土中的形态的一些资料可以看出，新浇灌的混凝土立刻冻结时，有80%以上的水变成冰，液相不足 20%，水化反应极其微弱了；当混凝土经过 24h的标准养护后再冻结，只有 60% 的水变成冰；当混凝土强度达到设计标准的50% 以上时，即使温度降至-40℃以下，而含水量也维持在 60% 以下，还有 40% 的水未转变为固相，水化作用也能继续进行。

从以上的浅析可以看出，混凝土冬季施工，要保证混凝土质量，一是要混凝土在拌和及浇筑过程中不能受冻，二是要在初期养护期不受冻。

4、工程中实际采取的保温措施

在冬季浇筑混凝土，一、要保证混凝土的性能满足抗冻要求；二、是要保证混凝土运输和浇筑过程中不能受冻；三是在浇筑完成拆除模板后，混凝土强度还比较低，要跟上保护措施。针对上述要点，我们采取了如下措施：

一、采用合理的混凝土配合比

水泥 冬季施工的混凝土宜选用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，水泥标号不宜低于32.5，这样有助于水泥水化热反应早，使早期强度提高快。

外加剂 我国混凝土冬期施工使用外加剂始于1954 年，到现在大致可分为五种类型，即氯盐及其复合剂、三乙酵胺及其复合剂、硫酸钠及其复合剂、亚硝酸钠及其复合剂、减水剂及其复合剂。本工程中以掺用主要是早强型高效加气减水剂为主，提高早期强度，并增加混凝土中4% ～6% 的含气含量，可以截断渗水通道，使孔隙互相封闭形成连贯毛细孔，从而提高混凝土内密实性和耐久性。实践明掺入水泥重量的0.5%～2%，可以减少用水15%～25%，使混凝土强度提高20%～30%，抗冻性提高10%左右，

提高混凝土的抗冻性，必须从降低水灰比入手，在实际施工中，混凝土级配中掺入15%粉煤灰，对控制水灰比，提高混凝土的密实性有显著效果。

二、料仓和拌和楼

根据工程实际条件，当日平均低于-5℃以下时，需对骨料进行保温，工程中主要是采用蓄热法。蓄热法就是将混凝土的原材料（水、砂、石）预先加热，经过搅拌、运输、浇筑成型后的混凝土仍能保持一定正温度，以保温材料覆盖保温，防止热量散失过快，充分利用水泥的水化热，使混凝土在正温条件下增长强度。

采取的方法是搭设骨料棚。骨料棚的搭设为封闭形式，可以有效防止冰雪落在骨料上，并保证骨料棚内的温度在0℃以上。砼施工所需的砂、石料提前堆存于料仓进行储存保温。

在料仓施工时，在地弄下料口两侧预埋直径100钢管作为预热管，需要时采用锅炉将蒸汽通入管道对骨料进行加热。

为减少拌和过程中的热量的损失，利用10cm厚保温板对拌和楼四周进行包裹，并在拌和搅拌层放置煤炉，以保证拌和楼内的温度。

通向拌和楼的外露水管采用岩棉管和两层3cm厚保温被包裹。

三、砼拌和时的温控措施

将骨料送至拌和站的输送皮带等部位采用蓬布等材料遮盖，以尽量减少输送过程中的原材料的温度损失；

拌和时优先采用加热水并拌和一段时间后再加入水泥进行拌和。热水采用锅炉水，加入热水的温度控制在80℃以内。

适当增加砼拌和的时间，冬期拌制混凝土时应比常温规定的搅拌时间适当延长。一般搅拌时间是取常温搅拌时间的1.5 倍左右。

保证砼入仓温度不低于5℃，拌和物出机口温度控制在10-18℃。

四、混凝土运输

混凝土拌和物出机后，应及时运到浇筑地点。在运输过程中，采取措施防止混凝土热量散失和冻结等现象。实际工程施工时，主要采用混凝土运输搅拌车运输混凝土，根据测算，距离在0.5km左右，混凝土在运输过程中温度损失1～2℃。因些，混凝土运输车要求运输速度要快，车要到就卸料，不等车，避免混凝土倒运。并在混凝土搅拌车罐体包裹一层棉被，用铅丝绑牢。

五、混凝土浇筑仓面保温

隧洞内保温相对容易些，一般在洞口覆盖棉被进行保温，并利用碘钨灯及电暖风机取暖。

气温低于-10℃，在洞外浇筑混凝土土时，则搭设采用彩条布外挂草帘，顶盖旧绒毯的暖棚围盖混凝土，暖棚高度以超出混凝土收仓面1.5m，顶棚挂溜管下料，下料时揭开暖棚顶对应的牛绒毯即可，利用取暖。

浇筑采用砼泵送施工，待混凝土泵安装到位后，用帆布搭设保温棚，泵管外包岩棉和双层麻袋布。

六、施工缝面处理

混凝土施工缝一律采用人工手钎凿毛，用高压风吹干净，而不用高压水冲洗，采用干法施工，以免打湿保温被。

混凝土施工缝或基岩表面以下10～20cm利用碘钨灯加热至正温。一般情况下建基面清理干净后，用保温被覆盖，直至混凝土浇筑时覆盖再揭开。采用暖棚法浇筑混凝土施工，则旧混凝土表面很容易达到正温。

七、洞外混凝土保温

模板肋间填塞2cm双层高发泡泡沫块，模板表面覆盖棉被保温，并适当延长拆模时间，拆模后及时包裹保温卷材。

八、其它一些技术措施

比如施工测温。选取有代表性的位置，专人负责测温工作。每天将测温记录报给技术管理人员，发现异常及时采取措施并汇报有关领导及技术负责人。

整个工程的施工过程中，通过采取上述的保温措施，施工中未发生一次质量事故，保证混凝土质量上取得了良好的效果。

结论

由于水利工程的特点，混凝土在冬季施工中，极易产生系统通病。若保温做不好，易在浇筑过程中和砼养护期发生受冻现象而产生质量事故。因此施工时，必须在各个环节做好保温工作，严格执行相关技术规范。只有如此，冬季施工过程中，才能有效保证混凝土施工质量。通过本文的介绍，可为今后冬季混凝土提供一些借鉴作用。