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摘要：混凝土冬季施工是在建筑工程中经常遇到的事情， 由于寒冷的气候条件将会直接影响混凝土工程施工质量、安全和进度，故 混凝土冬季施工有别于正常的施工工艺。本文介绍了混凝土冻害及冬季施工原理，结合工程实例探讨了混凝土冬季施工质量控制措施。
关键词：混凝土冬季施工质量控制原理措施
中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：
冬季施工在建筑工程中经常遇到，冬季施工技术的全面性、完善性、可实施性直接影响到工程质量。在进入冬季施工前应提前作好冬季施工的准备工作，根据本工程的特点编制冬季施工技术措施，并将此措施对施工管理人员及施工人员详细的技术交底。施工过程中要全面落实冬季施工技术措施，确保工程质量。
一、混凝土冻害及冬季施工原理
冬季施工时, 气温低, 水泥水化作用减弱, 新浇混凝土强度增长明显地延缓, 当气温降至0℃以下时, 水泥水化作用基本停止, 混凝土强度已停止增长。新浇混凝土中的水可分两部分: 一是吸附在组成材料颗粒表面和毛细管中的水, 这部分水能使水泥颗粒起水化作用, 称为“水化水”; 二是存在于组成材料颗粒空隙之间的水, 称为“游离水”, 它只对混凝土浇筑时的和易性起作用, 在某种意义上说, 混凝土强度的增长取决于在一定温度条件下水化水与水泥的水化作用及游离水的蒸发。因此, 混凝土强度增长速度在湿度一定时就取决于温度的变化。特别是气温降至混凝土冰点温度( 新浇混凝土冰点温度为- 0. 3 ℃ ~ - 1. 5 ℃ ) 以下时, 混凝土中游离水开始冻结, 气温降至- 4 ℃ 时,水化水开始冻结, 水化作用停止, 冻结后的水体积膨胀约8%~ 9% , 在混凝土内部形成强大的冰胀应力, 将使强度尚低的混凝土内部产生微裂缝, 同时降低了水泥与砂石和钢筋间的粘结力, 导致结构强度和耐久性降低。新浇混凝土在养护初期遭受冻结, 当气温恢复到常温后, 即使常温养护到一定的龄期, 也不能达到其设计强度, 这就是混凝土的早期冻害。研究表明, 塑性混凝土终凝前( 浇后3~ 6h) 遭受冻结, 后期强度要损失50%以上, 凝结后2~ 3 天遭受冻结, 强度损失15% ~ 20% 。实验证明, 混凝土遭受冻结的危害程度还与冻结前混凝土的强度、水灰比、水泥标号、养护温度等有关。如果混凝土受冻前已经具备抵抗冻胀应力的强度, 则混凝土内部结构就不致受冻结的损害。
防止混凝土早期冻害的措施有两类: 一是早期增强。主要是提高混凝土的早期强度, 使之尽早达到混凝土受冻临界强度。具体措施有: 使用早强水泥或超早强水泥, 掺早强剂提高混凝土的早期强度, 并采取早期蓄热法养护, 或早期外部热源加热法养护等; 二是改善混凝土的内部结构。具体做法是增加混凝土的密实度, 排除多余的游离水, 或掺入减水型引气剂, 提高混凝土的抗冻能力。还可掺防冻剂, 降低混凝土的冰点温度。
二、工程实例——混凝土冬季施工质量控制
1、工程概况
某渠首主要解决城镇的农业灌溉用水。多年运行后破坏严重必须进行维修。冲砂泄洪闸及溢流堰设计泄洪流量30. 5m3 /s, 校核泄洪流量为43 m3 / s。地处新疆北部高寒地区, 按照工程总体进度安排, 该工程必须在来年汛期前全部建设完成,因此在冬季部分工程项目必须进行施工。该地区昼夜温差大,根据气象站气象资料统计: 多年平均气温为4. 7℃ ; 极端最高气温40. 2℃ , 极端最低气温- 41. 6℃ ; 多年平均降水量133. 8mm; 多年平均蒸发量为1 672. 9 mm; 最大积雪深39 cm, 最大冻土深124 cm。
2、冬季施工采取的质量控制措施
（1）外加剂的选用
早强防冻剂, 根据结构类型、部位、气温、保温条件, 经试配确定参量, 对掺防冻剂混凝土的强度在其内部温度低于使用温度前必须达到临界时的强度不低于35Mpa。
选用早强硅酸盐水泥。该水泥水化热较大, 且在早期强度增长快, 一般3 d抗压强度大约相当于普通硅酸盐水泥7 d的强度。掺用引气剂。在混凝土中加入引气剂后生成的气泡, 相应增加了水泥浆的体积, 提高了拌和物的流动性, 改善其粘聚性及保水性。混凝土现浇后, 一旦受冻, 减小内水结冰所产生的冰压力, 提高混凝土的抗冻性。选择颗粒硬度高和缝隙少的集料, 使其热膨胀系数和周围砂浆膨胀系数相近。
（2）采用暖棚法
采用暖棚法避免了寒冷和风雪对作业的干扰, 具有施工、养护工艺简单, 劳动条件好, 工作效率高, 混凝土质量有保证,不会发生冻害等优点。
暖棚的搭设采用一次性固定暖棚, 在开挖面积内用脚手杆在边缘搭建脚手架, 顶盖用脚手杆人工绑扎, 上面铺设帆布和土工膜, 将浇筑仓面罩在暖棚之下。24 h设人值班使暖棚内温度必须一直控制在10℃~ 15℃之间。
混凝土在暖棚内养护到14 d 时, 用回弹仪检测混凝土强度, 达到设计强度的85% 时( 设计强度为C30) 。方可拆除暖棚, 如果达不到设计强度, 则继续在暖棚内养护。
（3）对材料和材料加热的要求
本工程中选用活性高、水化热量大的早强硅酸盐水泥。使用前将水泥运入暖棚存放, 暖棚温度应保持在10℃以上。因为水的比热是砂、石骨料的5倍左右, 所以对原材料( 水)进行加热, 使之达到50℃左右, 这样可以使混凝土在搅拌、运输和浇灌以后, 还储备有相当的热量, 以使水泥水化放热较快。并加强对混凝土的保温, 以保证在温度降到0℃以前使新浇混凝土具有足够的抗冻能力。这种方法工艺简单, 施工费用不多。施工中要注意内部保温, 避免内部与外露表面受冻。
骨料要求提前清洗的贮备, 做到骨料清洁, 无冻块和冰雪选择地势较高不积水的地方作为冬期骨料所用贮备场地。场地内搭设暖棚, 加入火炉, 对暖棚内部进行加热。
钢筋的冷拉可在负温下进行, 但温度不宜低于- 20℃, 钢筋的焊接全部在室内进行。刚焊接的接头严禁立即碰到冰雪,避免造成冷脆现象。
（4）混凝土的搅拌、运输和浇筑
在混凝土拌和站搭设暖棚, 选用大容量的搅拌机, 以减少混凝土的热量损失。搅拌前, 用40℃ 的热水冲洗搅拌机。混凝土的拌和时间比常温规定的时间要延长50% 。由于水泥和热水拌和会发生骤凝现象, 所以材料投入时, 应先将水和砂石投入拌和, 充分拌和后再加入水泥和外加剂进行拌和。
混凝土的运输中短距离塔设暖棚通道, 保证在运输的时间和距离中混凝土不离析、不丧失塑性。采取的措施主要是为了减少运输的时间和距离, 减少外界气温对混凝土的影响, 使运输工具得以適当的保温。
混凝土在浇筑前, 先清除模板和钢筋上的冰雪和污垢, 并使浇筑面正温, 尽量加快混凝土的浇筑速度, 防止热量散失过多。混凝土的出机温度不宜低于10℃ , 入模温度不得低于5℃ , 混凝土养护前的温度不低于2℃。
在施工操作上要加强混凝土的振捣, 尽可能提高混凝土的密实程度。采用机械振捣, 振捣时间应比常温时要适当增加。
浇筑整体结构时我们基本进行一次性浇筑, 如不能一次性浇筑的, 在适当部位设置施工缝, 施工缝的位置设置在跨内适当的位置, 即受力较小处。施工缝处理, 在混凝土终凝后立即对结合表面进行冲洗, 去除结合面表面的水泥膜、污水和松动石子。在继续浇筑时, 为使新老混凝土牢固结合, 要对旧混凝土表面进行适当的加热, 使其温度和新浇筑混凝土入模温度相同。同时铺水泥砂浆涂刷后即浇其上混凝土。
（5）养护
养护采用外部加热的方法, 此方法的原理是通过加热混凝土构件周围的空气, 将热量传给混凝土, 或直接对混凝土加热,使混凝土处于正温条件下能正常硬化。本工程中采用的是火炉加热, 密度约为2~ 4 m /个, 因室内温度不高, 比较干燥, 火炉所产生的二氧化碳会对混凝土表面造成碳化的影响, 所以在火炉加热的同时要对混凝土表面定时浇水, 保持混凝土表面的湿润, 避免二氧化碳对混凝土表面造成碳化, 影响混凝土质量。
3、效果
维修基础台身设计强度为20 MPa, 梁板设计强度为30M Pa; 在采取以上措施后, 基础台身负温条件下暖棚养护达到7d后, 强度经检测便能达到设计强度的75%, 龄期达到28 d后抗压强度都在26~ 28M Pa之间, 符合设计要求。
参考文献：
[1] 原晋濮．混凝土冬季施工的要点[ J ] 山西建筑，2007
[2] 原立杰, 林丽. 浅谈大桥冬季混凝土施工方案[J]. 科技促进发展(应用版), 2011,(04)[3] 朱文华. 建筑工程冬季施工的常见问题及施工技术初探[J]. 科技风, 2010,(16) [4] 徐兵安. 冬季混凝土施工措施及混凝土温度热工计算[J]. 山西建筑, 2011,(27)
关键词：混凝土冬季施工质量控制原理措施
中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：
冬季施工在建筑工程中经常遇到，冬季施工技术的全面性、完善性、可实施性直接影响到工程质量。在进入冬季施工前应提前作好冬季施工的准备工作，根据本工程的特点编制冬季施工技术措施，并将此措施对施工管理人员及施工人员详细的技术交底。施工过程中要全面落实冬季施工技术措施，确保工程质量。
一、混凝土冻害及冬季施工原理
冬季施工时, 气温低, 水泥水化作用减弱, 新浇混凝土强度增长明显地延缓, 当气温降至0℃以下时, 水泥水化作用基本停止, 混凝土强度已停止增长。新浇混凝土中的水可分两部分: 一是吸附在组成材料颗粒表面和毛细管中的水, 这部分水能使水泥颗粒起水化作用, 称为“水化水”; 二是存在于组成材料颗粒空隙之间的水, 称为“游离水”, 它只对混凝土浇筑时的和易性起作用, 在某种意义上说, 混凝土强度的增长取决于在一定温度条件下水化水与水泥的水化作用及游离水的蒸发。因此, 混凝土强度增长速度在湿度一定时就取决于温度的变化。特别是气温降至混凝土冰点温度( 新浇混凝土冰点温度为- 0. 3 ℃ ~ - 1. 5 ℃ ) 以下时, 混凝土中游离水开始冻结, 气温降至- 4 ℃ 时,水化水开始冻结, 水化作用停止, 冻结后的水体积膨胀约8%~ 9% , 在混凝土内部形成强大的冰胀应力, 将使强度尚低的混凝土内部产生微裂缝, 同时降低了水泥与砂石和钢筋间的粘结力, 导致结构强度和耐久性降低。新浇混凝土在养护初期遭受冻结, 当气温恢复到常温后, 即使常温养护到一定的龄期, 也不能达到其设计强度, 这就是混凝土的早期冻害。研究表明, 塑性混凝土终凝前( 浇后3~ 6h) 遭受冻结, 后期强度要损失50%以上, 凝结后2~ 3 天遭受冻结, 强度损失15% ~ 20% 。实验证明, 混凝土遭受冻结的危害程度还与冻结前混凝土的强度、水灰比、水泥标号、养护温度等有关。如果混凝土受冻前已经具备抵抗冻胀应力的强度, 则混凝土内部结构就不致受冻结的损害。
防止混凝土早期冻害的措施有两类: 一是早期增强。主要是提高混凝土的早期强度, 使之尽早达到混凝土受冻临界强度。具体措施有: 使用早强水泥或超早强水泥, 掺早强剂提高混凝土的早期强度, 并采取早期蓄热法养护, 或早期外部热源加热法养护等; 二是改善混凝土的内部结构。具体做法是增加混凝土的密实度, 排除多余的游离水, 或掺入减水型引气剂, 提高混凝土的抗冻能力。还可掺防冻剂, 降低混凝土的冰点温度。
二、工程实例——混凝土冬季施工质量控制
1、工程概况
某渠首主要解决城镇的农业灌溉用水。多年运行后破坏严重必须进行维修。冲砂泄洪闸及溢流堰设计泄洪流量30. 5m3 /s, 校核泄洪流量为43 m3 / s。地处新疆北部高寒地区, 按照工程总体进度安排, 该工程必须在来年汛期前全部建设完成,因此在冬季部分工程项目必须进行施工。该地区昼夜温差大,根据气象站气象资料统计: 多年平均气温为4. 7℃ ; 极端最高气温40. 2℃ , 极端最低气温- 41. 6℃ ; 多年平均降水量133. 8mm; 多年平均蒸发量为1 672. 9 mm; 最大积雪深39 cm, 最大冻土深124 cm。
2、冬季施工采取的质量控制措施
（1）外加剂的选用
早强防冻剂, 根据结构类型、部位、气温、保温条件, 经试配确定参量, 对掺防冻剂混凝土的强度在其内部温度低于使用温度前必须达到临界时的强度不低于35Mpa。
选用早强硅酸盐水泥。该水泥水化热较大, 且在早期强度增长快, 一般3 d抗压强度大约相当于普通硅酸盐水泥7 d的强度。掺用引气剂。在混凝土中加入引气剂后生成的气泡, 相应增加了水泥浆的体积, 提高了拌和物的流动性, 改善其粘聚性及保水性。混凝土现浇后, 一旦受冻, 减小内水结冰所产生的冰压力, 提高混凝土的抗冻性。选择颗粒硬度高和缝隙少的集料, 使其热膨胀系数和周围砂浆膨胀系数相近。
（2）采用暖棚法
采用暖棚法避免了寒冷和风雪对作业的干扰, 具有施工、养护工艺简单, 劳动条件好, 工作效率高, 混凝土质量有保证,不会发生冻害等优点。
暖棚的搭设采用一次性固定暖棚, 在开挖面积内用脚手杆在边缘搭建脚手架, 顶盖用脚手杆人工绑扎, 上面铺设帆布和土工膜, 将浇筑仓面罩在暖棚之下。24 h设人值班使暖棚内温度必须一直控制在10℃~ 15℃之间。
混凝土在暖棚内养护到14 d 时, 用回弹仪检测混凝土强度, 达到设计强度的85% 时( 设计强度为C30) 。方可拆除暖棚, 如果达不到设计强度, 则继续在暖棚内养护。
（3）对材料和材料加热的要求
本工程中选用活性高、水化热量大的早强硅酸盐水泥。使用前将水泥运入暖棚存放, 暖棚温度应保持在10℃以上。因为水的比热是砂、石骨料的5倍左右, 所以对原材料( 水)进行加热, 使之达到50℃左右, 这样可以使混凝土在搅拌、运输和浇灌以后, 还储备有相当的热量, 以使水泥水化放热较快。并加强对混凝土的保温, 以保证在温度降到0℃以前使新浇混凝土具有足够的抗冻能力。这种方法工艺简单, 施工费用不多。施工中要注意内部保温, 避免内部与外露表面受冻。
骨料要求提前清洗的贮备, 做到骨料清洁, 无冻块和冰雪选择地势较高不积水的地方作为冬期骨料所用贮备场地。场地内搭设暖棚, 加入火炉, 对暖棚内部进行加热。
钢筋的冷拉可在负温下进行, 但温度不宜低于- 20℃, 钢筋的焊接全部在室内进行。刚焊接的接头严禁立即碰到冰雪,避免造成冷脆现象。
（4）混凝土的搅拌、运输和浇筑
在混凝土拌和站搭设暖棚, 选用大容量的搅拌机, 以减少混凝土的热量损失。搅拌前, 用40℃ 的热水冲洗搅拌机。混凝土的拌和时间比常温规定的时间要延长50% 。由于水泥和热水拌和会发生骤凝现象, 所以材料投入时, 应先将水和砂石投入拌和, 充分拌和后再加入水泥和外加剂进行拌和。
混凝土的运输中短距离塔设暖棚通道, 保证在运输的时间和距离中混凝土不离析、不丧失塑性。采取的措施主要是为了减少运输的时间和距离, 减少外界气温对混凝土的影响, 使运输工具得以適当的保温。
混凝土在浇筑前, 先清除模板和钢筋上的冰雪和污垢, 并使浇筑面正温, 尽量加快混凝土的浇筑速度, 防止热量散失过多。混凝土的出机温度不宜低于10℃ , 入模温度不得低于5℃ , 混凝土养护前的温度不低于2℃。
在施工操作上要加强混凝土的振捣, 尽可能提高混凝土的密实程度。采用机械振捣, 振捣时间应比常温时要适当增加。
浇筑整体结构时我们基本进行一次性浇筑, 如不能一次性浇筑的, 在适当部位设置施工缝, 施工缝的位置设置在跨内适当的位置, 即受力较小处。施工缝处理, 在混凝土终凝后立即对结合表面进行冲洗, 去除结合面表面的水泥膜、污水和松动石子。在继续浇筑时, 为使新老混凝土牢固结合, 要对旧混凝土表面进行适当的加热, 使其温度和新浇筑混凝土入模温度相同。同时铺水泥砂浆涂刷后即浇其上混凝土。
（5）养护
养护采用外部加热的方法, 此方法的原理是通过加热混凝土构件周围的空气, 将热量传给混凝土, 或直接对混凝土加热,使混凝土处于正温条件下能正常硬化。本工程中采用的是火炉加热, 密度约为2~ 4 m /个, 因室内温度不高, 比较干燥, 火炉所产生的二氧化碳会对混凝土表面造成碳化的影响, 所以在火炉加热的同时要对混凝土表面定时浇水, 保持混凝土表面的湿润, 避免二氧化碳对混凝土表面造成碳化, 影响混凝土质量。
3、效果
维修基础台身设计强度为20 MPa, 梁板设计强度为30M Pa; 在采取以上措施后, 基础台身负温条件下暖棚养护达到7d后, 强度经检测便能达到设计强度的75%, 龄期达到28 d后抗压强度都在26~ 28M Pa之间, 符合设计要求。
参考文献：
[1] 原晋濮．混凝土冬季施工的要点[ J ] 山西建筑，2007
[2] 原立杰, 林丽. 浅谈大桥冬季混凝土施工方案[J]. 科技促进发展(应用版), 2011,(04)[3] 朱文华. 建筑工程冬季施工的常见问题及施工技术初探[J]. 科技风, 2010,(16) [4] 徐兵安. 冬季混凝土施工措施及混凝土温度热工计算[J]. 山西建筑, 2011,(27)