天津地區(qū)冬季混凝土施工方法簡(jiǎn)介

　　摘要：闡述了混凝土的冬季施工原理，并列舉了天津地區(qū)寒冷季節(jié)的混凝土施工方法和養(yǎng)護(hù)措施。

　　關(guān)鍵詞：天津地區(qū)；農(nóng)村冬季；混凝土；施工；方法

　　天津地區(qū)，受工期制約，冬季進(jìn)行混凝土施工是不可避免的。當(dāng)日平均氣溫連續(xù)5 d 穩(wěn)定在5 ℃以下或最低氣溫連續(xù)5 d 穩(wěn)定在-3 ℃時(shí)，施工中應(yīng)按冬季低溫施工混凝土的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。采用適當(dāng)?shù)氖┕し椒?，避免新澆混凝土早期受凍，使外露混凝土與冬季氣溫保持較小溫差，也會(huì)取得在天暖施工時(shí)的效果。

　　1 混凝土冬季施工的一般原理

　　混凝土拌和物澆筑后之所以能逐漸凝結(jié)和硬化，直至獲得最終強(qiáng)度，是由于水泥水化作用的結(jié)果。而水泥水化作用的速度除與混凝土本身組成材料和配合比有關(guān)外，主要是隨著溫度的高低而變化的。當(dāng)溫度升高時(shí)，水化作用加快，強(qiáng)度增長(zhǎng)也較快；而當(dāng)溫度降低到0℃時(shí)，存在于混凝土中的水有一部分開始結(jié)冰，逐漸由液相（水）變?yōu)楣滔啵ㄋ?。這時(shí)，參與水泥水化作用的水減少了，因此水化作用減緩，強(qiáng)度增長(zhǎng)相應(yīng)較慢。溫度繼續(xù)下降，當(dāng)存在于混凝土中的水完全變成冰，也就是完全由液相變?yōu)楣滔鄷r(shí)，水泥水化作用基本停止，此時(shí)強(qiáng)度就不再增長(zhǎng)。

　　水變成冰后，體積約增大9%，同時(shí)產(chǎn)生約2 500 kg/cm2 的冰脹應(yīng)力。這個(gè)應(yīng)力值常常大于水泥石的初期強(qiáng)度值，使混凝土受到不同程度的破壞（即早期受凍破壞）而降低強(qiáng)度。此外，當(dāng)水變成冰后，還會(huì)在骨料和鋼筋表面上產(chǎn)生顆粒較大的冰凌，減弱水泥漿與骨料和鋼筋的粘結(jié)力，從而影響混凝土的抗壓強(qiáng)度。當(dāng)冰凌融化后，又會(huì)在混凝土內(nèi)部形成各種各樣的空隙，而降低混凝土的密實(shí)性及耐久性。

　　由此可見，在冬季混凝土施工中，水的形態(tài)變化是影響混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)的關(guān)鍵。國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)水在混凝土中的形態(tài)進(jìn)行大量的試驗(yàn)研究結(jié)果表明，新澆混凝土在凍結(jié)前有一段預(yù)養(yǎng)期，可以增加其內(nèi)部液相，減少固相，加速水泥的水化作用。試驗(yàn)研究還表明，混凝土受凍前預(yù)養(yǎng)期愈長(zhǎng)，強(qiáng)度損失愈小。

　　混凝土化凍后（即處在正常溫度條件下）繼續(xù)養(yǎng)護(hù)，其強(qiáng)度還會(huì)增長(zhǎng)，不過增長(zhǎng)的幅度大小不一。預(yù)養(yǎng)期長(zhǎng)、獲得初期強(qiáng)度較高的混凝土受凍后，后期強(qiáng)度幾乎沒有損失。而安全預(yù)養(yǎng)期短、獲得初期強(qiáng)度比較低的混凝土受凍后，后期強(qiáng)度都有不同程度的損失。由此可見，混凝土凍結(jié)前，要使其在正常溫度下有一段預(yù)養(yǎng)期，以加速水泥的水化作用，使混凝土獲得不遭受凍害的最低強(qiáng)度，一般稱臨界強(qiáng)度，即可達(dá)到預(yù)期效果。對(duì)于臨界強(qiáng)度，不同地區(qū)取值不同。大體積混凝土不應(yīng)低于7.0 MPa（或成熟度不低于1 800 ℃·h）；非大體積混凝土和鋼筋混凝土不應(yīng)低于設(shè)計(jì)強(qiáng)度的85%。

　　2 混凝土冬季施工方法的選擇

　　從上述分析可以知道，在冬季混凝土施工中，主要解決3 個(gè)問題：一是如何確定混凝土最短的養(yǎng)護(hù)齡期，二是如何防止混凝土早期凍害，三是如何保證混凝土后期強(qiáng)度和耐久性滿足要求。在實(shí)際工程中，要根據(jù)施工時(shí)的氣溫情況，工程結(jié)構(gòu)狀況（工程量、體積結(jié)構(gòu)厚大程度與外露情況即表面系數(shù)），工期緊迫程度，水泥的品種及價(jià)格，早強(qiáng)劑、減水劑、抗凍劑的性能及價(jià)格，保溫材料的性能及價(jià)格，熱源的條件等來(lái)選擇合理的施工方法。一般來(lái)說(shuō)，同一個(gè)工程可以有若干個(gè)不同的冬季施工方案。一個(gè)理想的方案，應(yīng)當(dāng)用最短的工期、最低的施工費(fèi)用來(lái)獲得最優(yōu)良的工程質(zhì)量，也就是工期、費(fèi)用、質(zhì)量最佳化。工程設(shè)計(jì)中，基本采用以下4 種方法。

　　2.1 調(diào)整配合比方法

　　主要適用于氣溫在0 ℃左右的混凝土施工。具體做法如下：

　?。?）選擇適當(dāng)品種的水泥是提高混凝土抗凍的重要手段。試驗(yàn)結(jié)果表明，應(yīng)使用早強(qiáng)硅酸鹽水泥。該水泥水化熱較大，且在早期強(qiáng)度最高，一般3 d 抗壓強(qiáng)度大約相當(dāng)于普通硅酸鹽水泥7 d 的強(qiáng)度，效果較明顯。

　?。?）盡量降低水灰比，不大于0.6。水灰比小，相對(duì)水泥用量多，從而增加水化熱量，縮短達(dá)到齡期強(qiáng)度的時(shí)間。

　?。?）摻用引氣劑。在保持混凝土配合比不變的情況下，加入引氣劑后生成的氣泡（微小封閉的穩(wěn)定氣泡），既可提高拌和物的流動(dòng)性，改善其粘聚性及保水性；又可緩沖混凝土內(nèi)水結(jié)冰所產(chǎn)生的水壓力，提高混凝土的抗凍性。

　?。?）摻加早強(qiáng)外加劑，必要時(shí)加入防凍劑（根據(jù)氣溫情況確定）?？s短混凝土的凝結(jié)時(shí)間或降低混凝土的冰點(diǎn)，可以提高早期強(qiáng)度。但對(duì)使用堿活性骨料的混凝土，應(yīng)控制混凝土的總含堿量。

　　（5）選擇顆粒強(qiáng)度高、抗凍性好和孔隙率較小的集料，使其熱膨脹系數(shù)和周圍砂漿膨脹系數(shù)相近。

　　2.2 蓄熱法

　　主要用于氣溫-10 ℃左右下的結(jié)構(gòu)比較厚大的工程，采取措施提高混凝土的澆筑溫度，同時(shí)對(duì)混凝土表面進(jìn)行保護(hù)。做法是：對(duì)原材料（水、砂、石）進(jìn)行加熱，使混凝土在攪拌、運(yùn)輸和澆灌以后，還儲(chǔ)備有相當(dāng)?shù)臒崃?，以使水泥水化放熱較快，并加強(qiáng)對(duì)混凝土的保溫，以保證在溫度降到0 ℃以前使新澆混凝土具有足夠的抗凍能力。此方法，工藝簡(jiǎn)單，施工費(fèi)用低，但要注意混凝土外部保溫，避免角部與外露表面受凍，且要延長(zhǎng)養(yǎng)護(hù)齡期。

　　2.3 外部加熱法

　　主要用于氣溫-10 ℃以上，而構(gòu)件并不厚大的工程。通過加熱混凝土構(gòu)件周圍的空氣將熱量傳給混凝土，或直接對(duì)混凝土加熱，使混凝土處于正溫條件下能正常硬化。

　?。?）火爐加熱。一般在較小的工地使用，方法簡(jiǎn)單，但澆筑倉(cāng)面溫度不高，比較干燥，且放出的二氧化碳會(huì)使新澆混凝土表面碳化，影響質(zhì)量。

　?。?）蒸氣加熱。用蒸氣使混凝土在濕熱條件下硬化。此方法，容易控制，加熱溫度均勻。但因其需專門的鍋爐設(shè)備，費(fèi)用較高。且熱損失較大，勞動(dòng)條件亦不理想。此方法，多用于預(yù)制混凝土構(gòu)件生產(chǎn)中。

　?。?）電加熱。將鋼筋作為電極或?qū)㈦姛崞髻N近混凝土表面，把電能變?yōu)闊崮埽蕴岣呋炷恋臏囟取４朔椒?，?jiǎn)單方便，熱損失較少，易控制，不足之處是電能消耗量大。

　　（4）紅外線加熱。以高溫電加熱器或氣體紅外線發(fā)生器，對(duì)混凝土進(jìn)行密封輻射加熱。

　　2.4 摻加抗凍外加劑法

　　在-10 ℃以上的氣溫中，對(duì)混凝土拌和物摻加一種能降低水的冰點(diǎn)的化學(xué)劑，使混凝土在負(fù)溫下仍處于液相狀態(tài)，水化作用能繼續(xù)進(jìn)行，從而使混凝土強(qiáng)度繼續(xù)增長(zhǎng)。目前，常用有氧化鈣、氯化鈉等單抗凍劑及亞硝酸鈉加氯化鈉復(fù)合抗凍劑。一般多用于素混凝土施工中。對(duì)含堿活性骨料的混凝土，應(yīng)控制混凝土的總含堿量，并符合相關(guān)規(guī)定。

　　上述4 種冬季施工方法都有利有弊，其適用范圍都受一定條件的制約。根據(jù)工程實(shí)際情況，常采用一種或兩種以上施工方法。模板和保溫層，應(yīng)在混凝土冷卻到5 ℃后方可拆除。當(dāng)混凝土與外界溫差大于20~25 ℃時(shí)，拆模后的混凝土表面應(yīng)臨時(shí)覆蓋，使其緩慢冷卻。未冷卻的混凝土有較高的脆性，所以結(jié)構(gòu)在冷卻前不得遭受沖擊荷載或動(dòng)力荷載的作用。

　　3 混凝土的養(yǎng)護(hù)

　?。?）冬季澆筑的混凝土，由正溫轉(zhuǎn)入負(fù)溫養(yǎng)護(hù)前，混凝土的抗壓強(qiáng)度不應(yīng)低于設(shè)計(jì)強(qiáng)度的40%，對(duì)于C10 以下的混凝土不得小于5 MPa。

　?。?）采用的保溫材料（草袋、麻袋等），應(yīng)保持干燥。

　　（3）在模板外部保溫時(shí)，除基礎(chǔ)可隨澆筑隨保溫外，其他結(jié)構(gòu)必須在設(shè)置保溫材料后方可澆筑混凝土。鋼模表面可先掛草簾、麻袋等保溫材料并扎牢，然后再澆筑混凝土。

　?。?）保溫材料不宜直接覆蓋在剛澆筑完畢的混凝土層上，可先覆蓋塑料薄膜，上部再覆蓋草袋、麻袋等保溫材料。保溫材料的鋪設(shè)厚度為：一般情況下0 ℃以上鋪1 層；0 ℃以下鋪2 層或3 層；大體積混凝土澆筑及2 次抹面壓實(shí)后應(yīng)立即覆蓋保溫，其保溫層厚度、材質(zhì)應(yīng)根據(jù)計(jì)算確定。

　?。?）拆模后的混凝土也應(yīng)及時(shí)覆蓋保溫材料，以防混凝土表面溫度的驟降而產(chǎn)生裂縫。

　　以上主要列舉了天津地區(qū)寒冷季節(jié)的混凝土施工方法和養(yǎng)護(hù)措施，當(dāng)然冬季混凝土的施工方法不僅限于上述幾種，但均要有針對(duì)性且在一定范圍內(nèi)采用，以做到有的放矢，確保施工質(zhì)量。