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【摘 要】卫河堤防养护混凝土工程冬季施工是不可避免的，而冬季施工混凝土在负温环境中，极易产生冻胀破坏，本文旨在介绍混凝土冻胀破坏机理及对抗冻效果进行影响因素分析，结合工程实际探讨冬季施工的质量控制措施。
【关键词】卫河；混凝土；冻胀破坏；分析；质量控制
1. 引言
卫河是海河流域漳卫南水系上的主要河道之一，属大陆性季风气候区，冬季受西伯利亚大陆性气团控制，寒冷少雪，平均气温-2.7℃。由于受施工条件、工期等因素影响，卫河堤防养护混凝土工程冬季施工是不可避免的，而冬季混凝土在负温环境中，极易产生冻胀破坏，从而影响其工程质量，甚至危及堤防工程安全，这里重点介绍混凝土冻胀破坏的机理、分析混凝土抗冻效果的影响因素，最后提出混凝土冬季施工防冻胀破坏的几点措施。
2. 混凝土冻胀破坏机理
混凝土的凝结硬化，主要是由于水泥水化作用的结果，水化作用除了与水泥品种、配合比、外加剂等因素有关外，主要取决于环境温度，温度越高，水化作用越剧烈，混凝土强度增加越快，当环境温度降至0℃以下时，水化作用基本停止，混凝土强度不再增加。 新拌制的混凝土含水量高、孔隙率大、强度低，当外界冷流向内部延伸时，存在于混凝土内部的游离水极易在水平位置较大空穴处形成冰晶，冰晶形成后从间隙吸水，体积发育增长，继续形成冰冻，体积膨胀越9.06%，从而在混凝土内部产生冻胀应力，当冻胀应力集中，超过混凝土的临界弹性模量时，便会产生较大的拉应力，致使混凝土产生裂缝。
3. 混凝土抗冻效果影响因素分析
3.1 水泥品种。
水泥的标号、细度、凝结时间、安定性等特性直接影响着混凝土的抗冻性能，冬季施工时，应优先选用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、硅酸盐大坝水泥、早强硅酸盐水泥，并掺用加引气剂、减水剂或塑化剂，以提高混凝土的抗冻性。
3.2 配合比。
（1）配合比直接影响着水化作用的发热量及混凝土的含水量，当环境温度处于负温时，水分渗透进混凝土并达到饱和状态是混凝土遭受冻胀破坏的主要原因，水灰比过大会直接降低混凝土动弹模量，影响其抗冻性能。
（2）现以42.5普通硅酸盐水泥、砂率为0.33的不同配合比的混凝土拌合物在实验室进行冻融动弹模量测试分析。测试结果见表1。
（3）从表1中数据对比分析可知，水灰比为0.4时，经过不同次数冻融，具有较高的动弹模量，因而具有较好的抗冻性能。
3.3 外加剂。
防冻混凝土常用的外加剂有引气剂、减水剂、粉煤灰。
（1）引气剂的掺入使混凝土拌合物内部形成大量微小的封闭球状气泡，能减少骨料颗粒间的摩擦阻力，使混凝土拌合物的流动性增强，减少其泌水量，同时引气剂作为表面活性剂，能降低水的表面张力和界面能，从而起到很好的抗冻性能。但是引气剂由于大量气泡的存在，减少了混凝土的有效受力面积，使混凝土强度有所降低。
（2）现采用0.4、0.45、0.5、0.55四种配合比的普通混凝土与掺入0.9%的引气剂的混凝土进行强度与抗冻性对比测试分析。测试结果见表2、表3。
（3）对比分析表2、表3可知，当掺入0.9%的引气剂，尽管混凝土强度有所下降，但均保持在1%以下，而混凝土的动弹模量与失重率均大幅提高，对比表中数据，配合比为0.45的混凝土抗冻次数由50次增加到200次以上，引气剂的掺入使混凝土具有很好的抗冻效果。
（4）混凝土的抗冻效果不仅与混凝土中的含气量有关，而且与含水量的大小有关，当含水量较大时，混凝土处于负温环境中时，游离态的水容易结冰产生冻胀破坏。大量研究表明28d龄期的混凝土的水化作用的水只占全部用水量的20%，而多余的大部分水以游离态存在于混凝土的空隙中，给混凝土冻胀破坏提供了必要条件。
（5）减水剂作为一种表面活性剂，它吸附于水泥颗粒表面使颗粒显电性能，从而使水泥颗粒分散而释放颗粒间多余的水分，进而起到减水作用。
（6）粉煤灰作為一种胶凝材料，适当的掺入，可以有效改善混凝土的和易性，调节气泡与混凝土边界的应力形式，从而改善其抗冻性能。现以掺入不同比列的粉煤灰的混凝土的抗冻测试数据进行分析，测试结果见表4。
（7）根据表4数据可知，当加入适当粉煤灰时，可以提高混凝土抗冻次数及增加其失重率和动弹模量。
4. 质量控制措施
4.1 原材料。
优先选用具有抗冻特性的水泥品种，如：硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、硅酸盐大坝水泥、早强硅酸盐水泥；严格控制骨料的质量，砂含泥量不超过3%，含水量不超过试配的+0.5%，选择颗粒硬度高和缝隙少的粗骨料，使其热膨胀系数与砂的膨胀系数相近；适量掺入引气剂、减水剂及粉煤灰等外加剂，以提高混凝土的抗冻性能；合理降低混凝土的水灰比，以减少混凝土中游离态水的含量。
4.2 混凝土入仓前蓄热。
（1）为保证混凝土入仓前保持在5℃以上，主要在原材料保温，拌合加温，运输保温三方面采取措施。
（2）为防止原材料在使用前受冻，应对骨料进行覆盖保温处理，一般采用塑料布及棉毡进行覆盖；混凝土拌制用水应进行加温，但热水温度不宜超过80℃，如需要可进行温度损失计算，拌合时应比常规延长15分钟左右；运送混凝土的罐车使用前应使用热水进行冲洗，运输过程中采用棉毡覆盖。
4.3 混凝土保温。
（1）冬季混凝土浇筑应优先选用木模板，采用分层浇筑，分层厚度控制在30～40cm之间，浇筑后的混凝土周围立即用保温材料覆盖，同时做好测温管理。
（2）当外界环境温度低于5℃时，应采取相应的加热措施，主要有暖棚加热、蒸汽加热、电加热。暖棚加热，主要采用罩棚火炉加热的方法保温；蒸汽加热主要指混凝土浇筑完成后利用蒸汽进行养护，常用的有棚照法、蒸汽套法、热模法；电加热主要采用电发热装置对混凝土结构物进行加热。
5. 结语
虽然受施工条件、工期等因素影响，卫河堤防养护混凝土工程冬季施工不可避免，但是施工过程中根据现场实际情况采取了必要的质量控制措施，提高了混凝土的抗冻性能，改善了浇筑、养护方法，从而有效的保证了工程质量。
参考文献
[1] 曹四伟，王正中.抗冻混凝土外加剂掺量合理化探讨 [J].节水灌溉，2007（2）.
[2] 刘双英，马云飞.高抗冻混凝土影响因素的试验分析[J].吉林水利，2010（10）.
[3] 周杰刚.混凝土冬季施工技术探讨[J].福建建材，2011（1）.
[4] 葛仁全.混凝土冬季施工技术 [J].河南科技，2010（20）.
[文章编号]1006-7619（2013）09-09-828
【关键词】卫河；混凝土；冻胀破坏；分析；质量控制
1. 引言
卫河是海河流域漳卫南水系上的主要河道之一，属大陆性季风气候区，冬季受西伯利亚大陆性气团控制，寒冷少雪，平均气温-2.7℃。由于受施工条件、工期等因素影响，卫河堤防养护混凝土工程冬季施工是不可避免的，而冬季混凝土在负温环境中，极易产生冻胀破坏，从而影响其工程质量，甚至危及堤防工程安全，这里重点介绍混凝土冻胀破坏的机理、分析混凝土抗冻效果的影响因素，最后提出混凝土冬季施工防冻胀破坏的几点措施。
2. 混凝土冻胀破坏机理
混凝土的凝结硬化，主要是由于水泥水化作用的结果，水化作用除了与水泥品种、配合比、外加剂等因素有关外，主要取决于环境温度，温度越高，水化作用越剧烈，混凝土强度增加越快，当环境温度降至0℃以下时，水化作用基本停止，混凝土强度不再增加。 新拌制的混凝土含水量高、孔隙率大、强度低，当外界冷流向内部延伸时，存在于混凝土内部的游离水极易在水平位置较大空穴处形成冰晶，冰晶形成后从间隙吸水，体积发育增长，继续形成冰冻，体积膨胀越9.06%，从而在混凝土内部产生冻胀应力，当冻胀应力集中，超过混凝土的临界弹性模量时，便会产生较大的拉应力，致使混凝土产生裂缝。
3. 混凝土抗冻效果影响因素分析
3.1 水泥品种。
水泥的标号、细度、凝结时间、安定性等特性直接影响着混凝土的抗冻性能，冬季施工时，应优先选用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、硅酸盐大坝水泥、早强硅酸盐水泥，并掺用加引气剂、减水剂或塑化剂，以提高混凝土的抗冻性。
3.2 配合比。
（1）配合比直接影响着水化作用的发热量及混凝土的含水量，当环境温度处于负温时，水分渗透进混凝土并达到饱和状态是混凝土遭受冻胀破坏的主要原因，水灰比过大会直接降低混凝土动弹模量，影响其抗冻性能。
（2）现以42.5普通硅酸盐水泥、砂率为0.33的不同配合比的混凝土拌合物在实验室进行冻融动弹模量测试分析。测试结果见表1。
（3）从表1中数据对比分析可知，水灰比为0.4时，经过不同次数冻融，具有较高的动弹模量，因而具有较好的抗冻性能。
3.3 外加剂。
防冻混凝土常用的外加剂有引气剂、减水剂、粉煤灰。
（1）引气剂的掺入使混凝土拌合物内部形成大量微小的封闭球状气泡，能减少骨料颗粒间的摩擦阻力，使混凝土拌合物的流动性增强，减少其泌水量，同时引气剂作为表面活性剂，能降低水的表面张力和界面能，从而起到很好的抗冻性能。但是引气剂由于大量气泡的存在，减少了混凝土的有效受力面积，使混凝土强度有所降低。
（2）现采用0.4、0.45、0.5、0.55四种配合比的普通混凝土与掺入0.9%的引气剂的混凝土进行强度与抗冻性对比测试分析。测试结果见表2、表3。
（3）对比分析表2、表3可知，当掺入0.9%的引气剂，尽管混凝土强度有所下降，但均保持在1%以下，而混凝土的动弹模量与失重率均大幅提高，对比表中数据，配合比为0.45的混凝土抗冻次数由50次增加到200次以上，引气剂的掺入使混凝土具有很好的抗冻效果。
（4）混凝土的抗冻效果不仅与混凝土中的含气量有关，而且与含水量的大小有关，当含水量较大时，混凝土处于负温环境中时，游离态的水容易结冰产生冻胀破坏。大量研究表明28d龄期的混凝土的水化作用的水只占全部用水量的20%，而多余的大部分水以游离态存在于混凝土的空隙中，给混凝土冻胀破坏提供了必要条件。
（5）减水剂作为一种表面活性剂，它吸附于水泥颗粒表面使颗粒显电性能，从而使水泥颗粒分散而释放颗粒间多余的水分，进而起到减水作用。
（6）粉煤灰作為一种胶凝材料，适当的掺入，可以有效改善混凝土的和易性，调节气泡与混凝土边界的应力形式，从而改善其抗冻性能。现以掺入不同比列的粉煤灰的混凝土的抗冻测试数据进行分析，测试结果见表4。
（7）根据表4数据可知，当加入适当粉煤灰时，可以提高混凝土抗冻次数及增加其失重率和动弹模量。
4. 质量控制措施
4.1 原材料。
优先选用具有抗冻特性的水泥品种，如：硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、硅酸盐大坝水泥、早强硅酸盐水泥；严格控制骨料的质量，砂含泥量不超过3%，含水量不超过试配的+0.5%，选择颗粒硬度高和缝隙少的粗骨料，使其热膨胀系数与砂的膨胀系数相近；适量掺入引气剂、减水剂及粉煤灰等外加剂，以提高混凝土的抗冻性能；合理降低混凝土的水灰比，以减少混凝土中游离态水的含量。
4.2 混凝土入仓前蓄热。
（1）为保证混凝土入仓前保持在5℃以上，主要在原材料保温，拌合加温，运输保温三方面采取措施。
（2）为防止原材料在使用前受冻，应对骨料进行覆盖保温处理，一般采用塑料布及棉毡进行覆盖；混凝土拌制用水应进行加温，但热水温度不宜超过80℃，如需要可进行温度损失计算，拌合时应比常规延长15分钟左右；运送混凝土的罐车使用前应使用热水进行冲洗，运输过程中采用棉毡覆盖。
4.3 混凝土保温。
（1）冬季混凝土浇筑应优先选用木模板，采用分层浇筑，分层厚度控制在30～40cm之间，浇筑后的混凝土周围立即用保温材料覆盖，同时做好测温管理。
（2）当外界环境温度低于5℃时，应采取相应的加热措施，主要有暖棚加热、蒸汽加热、电加热。暖棚加热，主要采用罩棚火炉加热的方法保温；蒸汽加热主要指混凝土浇筑完成后利用蒸汽进行养护，常用的有棚照法、蒸汽套法、热模法；电加热主要采用电发热装置对混凝土结构物进行加热。
5. 结语
虽然受施工条件、工期等因素影响，卫河堤防养护混凝土工程冬季施工不可避免，但是施工过程中根据现场实际情况采取了必要的质量控制措施，提高了混凝土的抗冻性能，改善了浇筑、养护方法，从而有效的保证了工程质量。
参考文献
[1] 曹四伟，王正中.抗冻混凝土外加剂掺量合理化探讨 [J].节水灌溉，2007（2）.
[2] 刘双英，马云飞.高抗冻混凝土影响因素的试验分析[J].吉林水利，2010（10）.
[3] 周杰刚.混凝土冬季施工技术探讨[J].福建建材，2011（1）.
[4] 葛仁全.混凝土冬季施工技术 [J].河南科技，2010（20）.
[文章编号]1006-7619（2013）09-09-828