冬季混凝土的防冻措施探讨

摘要：本文探讨了混凝土拌和物本身温度的提高和施工及养护温度的提高措施，为提高混凝土抗冻性，一般采用掺加防冻剂的方法，增强混凝土自身的防冻能力。所以冬季施工关键在于保证混凝土的施工及养护温度。

关键词：冬季 混凝土 防冻 温度 养护

混凝土防冻措施主要从两个方面考虑：一是提高温度，二是提高混凝土的抗冻性（即降低混凝土冰点）

1、提供混凝土温度措施

提高温度包括：混凝土拌和物本身温度的提高和施工及养护温度的提高。

1.1混凝土成分

混凝土拌和物主要是砂、碎石、水泥、水等的混合物，按规范规定水泥不能加热，因此提高拌和物的温度主要考虑砂石料和水的加热。

济莱高速第六合同段混凝土施工砂石料加温采用加热管预热，每个搅拌站安装一台无压锅炉，从锅炉接出的热水管接入混凝土集料仓，并在料仓底部呈螺旋状环绕两周再接入另一集料仓，最后放接入热水箱，箱内热水用水泵送到搅拌机中。此种装置充分利用了该锅炉的热能，但热利用率仍较低，如果改用蒸气锅炉，且在集料仓内的管路下钻一排孔，利用蒸气直接预热集料，效果将更好，但对集料的含水率有影响。水可加热到100℃，但水泥不得与80℃以上的水直接接触。搅拌时投料顺序为：预热的集料—热水—拌和90秒—水泥及外加剂—拌和90秒—出料。用此种方法可保证混凝土出料温度在10℃ 以上。

1.2提高施工及养护环境温度

1.2.1提高隧道混凝土施工及养护温度的措施

隧道洞口设保温帘，只在中部设车辆进出口，尽量减少隧道内外空气直接对流，阻挡冷空气长驱直入深入隧道内部，在洞口及混凝土台车旁各设两个火炉，使进入隧道内的冷空气预热，保证衬砌混凝土的施工及养护温度。另外在衬砌模板台车内侧点数盏电钨灯照射钢模板，提高模板台车周围的温度。

1.2.2提高桥梁混凝土施工及养护温度的措施

桥梁墩柱及盖、系梁施工后采用覆盖棉被保温，脱模后混凝土表面包裹电热毯加热，并在电热毯外侧覆盖棉被，保证养护温度，以尽快提高强度到临界强度。预制箱梁则采用暖棚法加热养护混凝土，在暖棚内设12个火炉，其中6个火炉上放置盛水容器。以产生水蒸气来保证棚内湿度。项目部除配备常规温度计外，还专门配备了一把红外线测温枪（规格型号VC305），以检测混凝土脱模后表面温度与环境温度之差，以便及时采取措施以保证混凝土表面温度与环境温度之差小于15℃。

1.2.3提高混凝土温度的其它措施

1）对混凝土运输罐车覆盖一层保温层，尽量减少混凝土在运输过程中的热量损失。

2）对储备砂石料采取覆盖措施，以防雨雪，防止砂石料冷冻结块及混入雪块、冰块。

3）混凝土模板有蓄热作用，适当延长脱模时间有利于混凝土尽快达到临界强度。

4）搅拌混凝土前，先用热水冲洗搅拌机，以增加搅拌机仓体温度，减少混凝土热量散失。

2、提高混凝土的抗冻性

为提高混凝土抗冻性，一般采用掺加防冻剂的方法，增强混凝土自身的防冻能力。

2.1防冻混凝土防冻机理

防冻剂是根据混凝土冻害机理，结合抗冻临界强度、最优成冰率、冰晶形态转化等理论，并总结长期冬季施工实践总结的，一般由四种成分（机理）组成，其作用分述如下：

2.1.1早强成分

主要作用是加速混凝土的凝结硬化，使之尽快达到抗冻临界强度；在达到临界强度以后，能加快混凝土硬化速度，克服负温、低温造成的强度增长缓慢现象。

2.1.2引气成分

在混凝土体内引入微米级的细小气泡（有益气泡） ，其作用：

1） 切割、封闭混凝土内的连通孔道（有害孔道） ，减轻冻胀时的裂纹扩展；

2） 引入的大量气泡起到膨胀“缓冲器”的作用，吸收冰晶膨胀应力，减轻冻害。在混凝土内引入气体3. 5 % ，可消化6. 6 %的体积膨胀，在成龄阶段，可起到提高抗冻融能力、改善耐久性的作用。

2.1.3减水成分

其作用有：

1） 减少拌合水，从而减少游离水总量，从根本上减少可冻冰的含量，消除冻胀内因；

2） 通过减水成分的分散作用，释放包裹水，消除劣质水泡，使粗大冰晶转化为细小冰晶，优化水泥水化环境，减轻胀冻压力。

2.1.4 防冻成分

目前在混凝土工程中使用使用的防冻剂主要成份多为一些有降低冰点作用的无机盐，作用可概括如下：掺防冻组份（以NaNO2 ，掺2 %为例） 的水溶液冰点约为- 1. 5 ℃，当温度降到- 1. 5 ℃时，孔隙内临近受冻侧的游离水开始结冰，冰体内无机盐部分析出，剩余游离水中盐的浓度变大（冰点进一步降低） ；当温度继续下降（如降到- 5 ℃） ，又有临近受冻侧游离水部分结冰，剩余游离水浓度继续增大..，持续这一过程，直到亚硝酸钠最低共溶点出现，孔内全部游离水结成冰。由此可见，防冻成分的作用是在连续降温过程中保持混凝土体内始终有一定的液相水存在（过冷水） ，使水泥水化能持续进行（尽管此时水化速度已较常温时极其缓慢）。

2.1.5防冻剂的“使用温度”

任何一种符合标准的防冻剂产品，都有一个明确的“使用温度”（如- 15 ℃、- 20 ℃） ，说使用温度就是“允许混凝土施工的温度”并不错误，但应着重与混凝土抗冻临界强度联系起来理解，即在环境温度降到防冻剂“使用温度”前，混凝土必须达到抗冻临界强度，这样混凝土才是安全的，否则混凝土有可能被冻坏。混凝土的使用温度越低，说明该防冻剂的防冻效果越好，混凝土越有更多的时间（含负温区） 来增长强度，从而达到抗冻临界强度的可能性大大增加。

目前国内生产的混凝土防冻剂的使用温度多在- 10 ℃～ - 15 ℃之间（可适用于日最低- 15 ℃～ - 20 ℃的情况） ，温度再低，防冻剂配方设计难度越大，不确定因素也增加，从这个角度讲，多数情况下没有必要非得要求防冻剂的使用温度一定低于施工时的最低环境温度，关键是必须在温度降到防冻剂使用温度前就使混凝土达到抗冻临界强度。

2.2.4抗压强度在不同条件（温度）下发展情况

成型后在-10±2℃温度下养护7天而做抗压，其强度为5.2Mpa， 在-10±2℃温度养护7天再标养（解冻）12小时其强度为11.4Mpa，在-10±2℃温度下养护7天后再标养7天其强度为29.7Mpa， 在-10±2℃温度下养护7天后再标养28天其强度为57.9Mpa。成型后标养7天其强度为59.1Mpa，标养养护28天其强度为62.8Mpa.

2.2.5数据分析

从以上数据可以总结出以下结论：

1）混凝土虽然掺加了防冻剂，但在低温下其强度不会提升（强度发展极其缓慢）。

2）掺加防冻剂混凝土，在低温条件下保持极缓慢水化状态，一旦环境温度提高，其强度会随着温度的发展很快。

3）掺加防冻剂的混凝土在经历过低温条件后，虽然强度会随温度上升而提高，但总有一些损失。

3、结束语

从以上数据可以得出以下启示：冬季施工混凝土掺加防冻剂仅仅可以避免因低温对混凝土造成的冻害，而不能使混凝土在低温条件下正常水化，而且经历低温条件后其强度会有损失。所以冬季施工关键在于保证混凝土的施工及养护温度。