混凝土冬期施工质量控制

张 涛

(山西四建集团质量监控部，山西太原 030012)

0 引言

JGJ/T 104-2011建筑工程冬期施工规程(以下简称《规程》)，已于2011年4月22日发布，2011年12月1日实施。该规程是在总结了冬期的施工实践经验，参考了国际标准和国外先进标准，广泛征求了意见的基础上，修订而成。规程的发布，将对今后冬期施工中贯彻执行国家的技术经济政策，作到技术先进、安全适用、经济合理、确保质量、节能环保，发挥很大的作用。

冬期施工中最有现实意义和值得研究的课题之一就是混凝土的施工。大量的钢筋混凝土结构——框架、框剪、剪力墙、筒体、筏板、箱形基础或一般构件:楼梯、圈梁、构造柱、阳台、雨篷等都有在冬期条件下进行施工的可行性。

冬期施工最主要的目的就是加快进度，缩短工期，为下步施工的顺利按期完成，或某一结构施工段尚未完成恰又进入冬期，为确保结构整体质量而必须进行的施工。冬期施工最不利的是增加施工费用和施工措施不当，或严寒时节气温过低难以施工作业时，影响或降低工程质量，造成强度降低或粗制滥造，外形失控的质量状况。

而混凝土工程能否在冬期进行施工，关键在于所采取的正温预养阶段的措施怎样，其目的是使混凝土在遭受冻结前达到临界强度值，从而不影响混凝土后期强度的增长。

《规程》对“受冻临界强度”在“术语”中解释:“冬期浇筑的混凝土在受冻以前必须达到的最低强度”。也就是说:混凝土早期遭受冻结，结构受到破坏，后期强度会受到一定损失，冻结时间越早，损失越大。因此究竟什么时间冻结，或者强度达到多少，混凝土再遭受冻结时对强度损失很小，或不损失。这就是关于“混凝土受冻临界龄期和临界强度”的概念。

所谓“临界强度”，就是指新浇灌的混凝土达到某一强度时，遭到冻结，但当恢复正温养护后，混凝土的后期强度还能继续增长，并达到某一要求值(一般应达到95%及其以上的强度等级时所需要的最低初期强度值，损失值不超过5%)。

1 负温度对混凝土的冻害及破坏机理

混凝土是一种人造石材，属于多孔结构，容易受到负温度袭击遭受冻害。混凝土冻害分两种:

1)已硬化使用的混凝土受到冻融、冻害(硬化受冻)为抗冻性问题、与工程结构混凝土耐久性有关;

2)混凝土浇筑的硬化阶段(可分为混凝土初龄受冻、幼龄受冻、成龄受冻)遭受初期冻害，使混凝土性能和强度受到损失或损害。这是施工问题，是对混凝土的施工方法、养护方案的评价尺度。

上述两种冻害，在工程上的评价和检验指标不尽相同，我们主要考虑和解决的是混凝土冬期施工工艺问题。

混凝土中水是使水泥水化和硬化凝结的主要因素。“成也在水，败也在水”。水泥的四种矿物熟料(硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙)与水发生水解水化反应，生成水泥石。完全的、充分的水化需要的用水量为40%，其余水分残留在水泥石的各种孔隙中。有胶凝孔中的胶凝水(约占水泥重量的15%，冰点温度－78℃)。有毛细管内的毛细水，是产生冻害的主要因素之一。还有混凝土中的气泡水，为大孔水，在－0．2℃ ～－0．5℃下即开始冻结，对混凝土早期受冻影响大。至于水泥水解水化作用占水泥重量25%的化学结合水，是永远不冻的。当大气温度使正在施工的混凝土温度降低，使水由液态变成固相结构时，会放出333．6 J热量，而密度由1降至0．917，使水泥石内部的毛细孔中的水分结冰，体积膨胀大约达9%，产生冰晶压力，使混凝土出现冻胀变形，内部结构产生微裂缝(受冻的混凝土表面颜色灰白，融化后，无粘结力，强度酥松，刻划掉渣，完全的混凝土通体受冻，工程上实不多见)。混凝土经早期受冻后，不仅对抗压强度有一定的损害，而且对其他性能，如钢筋粘结强度;抗拉强度;抗冻性能及抗渗性都有一定的损害。

大量试验和实践表明，若混凝土浇筑后在初凝前或刚初凝立即受冻，混凝土初龄受冻，冻结很快，水分都还存在，水泥处于“休眠”状态，恢复正温养护后，强度发展上升，无损失或损失很小。混凝土幼龄受冻，即水泥初凝后，水化胶凝期间受冻(约水泥水化反应2 h之后)，工程中混凝土绝大部分早期受冻都属于这种类型。虽经以后正温养护，强度损失仍然很大，可达20%～50%以上。混凝土成令受冻，是混凝土达到抗冻临界强度的受冻，此时混凝土已具有抗冻的能力，混凝土受一次冻结后对强度的损失最多不超过5%，对抗压强度没有重大影响。所以在混凝土的幼龄期(水泥水化进入凝聚结晶阶段)，对其进行一定正温时间的预养护(达到一定预养强度)，再让其遭受冻结，强度损失就不同了(因正温预养护时间长短不同而异)，就可使其做到强度损失显著减少或不损失。因此混凝土冬期施工“避免其早期受冻”尤为重要。一般情况下，混凝土浇筑后24 h内绝对不能让其受冻(水泥凝结、硬化有四个阶段:初始反应期(5 min左右)、休止期(2 h左右)、凝结期(10 h左右)、硬化期(10 h～24 h)，主要在24 h内完成)。正温预养阶段(常温的正温指1℃ ～35℃，冬施为5℃ ～35℃，实际养护温度多在5℃ ～15℃之间，规程规定入模温度不低于5℃，而获取的养护混凝土的热源温度也不可能很高)混凝土由入模温度→升至最高温度→降至0℃的时间至少应保持72 h，以使混凝土达到受冻的临界强度。具体工程的混凝土结构冬期施工应进行方案编制，热工计算，确定覆盖保温材料和厚度，预养周期、测温观察等。

2 抗冻临界强度的规定

我国抗冻临界强度值的发展趋势越来越先进，而且根据不同的结构形式和使用条件分别规定了不同要求的数值。对冬期浇筑的混凝土受冻临界强度要求参照《规程》中6．1．1条的规定。

3 混凝土的正温预养护方法

混凝土受冻临界强度为负温条件下混凝土冬期施工的重要质量控制指标之一。工程实践中多采用蓄热法、暖棚法、综合蓄热法进行混凝土的冬期施工，多年经验证明，是安全可靠的，也是容易实施和掌握的方法。规范中还提出电加热法、蒸气养护法、负温法等。

蓄热法养护混凝土和钢筋混凝土结构工程，是利用混凝土中加热原材料的热量和水泥在硬化过程中放出的热量;同时又在构件散热表面上加以覆盖保温材料，使混凝土的温度缓慢冷却，保证混凝土在一定期限内有正温度的环境，从而达到混凝土抗冻的临界强度或设计上和施工上要求的强度。综合蓄热法是通过保温围护结构，使混凝土加热拌制所获得的初始热量缓慢冷却，并充分利用水泥水化热和掺用相应外加剂或者进行短期加热等综合措施，使混凝土温度在降至冰点(掺防冻剂的降低冰点)前达到受冻临界强度或受荷强度。

3．1 养护技术方法

3．1．1 蓄热法的三个主要环节

1)原材料加热。应以热水为主，其次热砂;

2)混凝土养护。保温材料覆盖棉被、棉毯、塑料布;

3)热工计算，加强测温。

蓄热法最适宜于初冬及开春两个阶段。最适宜于气温不低于－20℃地面以下工程及表面系数不大于5的结构中采用。

3．1．2 综合蓄热法养护混凝土的三个关键技术条件

1)气温条件:最低气温－15℃以内。

2)结构体型条件:表面系数5m－1～15m－1。

3)保温条件:散热系数L(围护层的总传热系数与结构表面系数的乘积)为50 kJ/(m3·h·K)～ 200 kJ/(m3·h·K)。

其中，M为混凝土结构表面系数，M=F/V，F为混凝土的冷却表面积，m2，V为混凝土的体积。

3．1．3 综合蓄热法的三种方法

1)蓄热法+外加剂(防冻剂、早强剂减水剂)。

2)蓄热法+外加剂+短期加温(蒸汽、电热加温)。

3)蓄热法短期加热(热砂覆盖、电热、暖棚加热)。

3．2 暖棚法

暖棚法施工适用于地下结构工程和混凝土构件比较集中的工程。要求暖棚内各测点的温度不得低于5℃。

3．3 混凝土负温养护法

适用于不易加热保温，且对强度增长要求不高的一般混凝土结构工程。要求按浇筑后5 d内的预计日最低气温选用防冻剂，起始养护温度不应低于5℃。

4 混凝土冬期施工总体安排要求

冬期施工总体思路:对混凝土冬期施工应进行策划，哪些工程要施工，可施工几层结构(一般从当年11月中旬开始至翌年二月春节前，至多2层～3层);采用哪种冬施方法，冬施方案编制，初冬和严冬的不同措施，热工计算结果(采用哪种保温材料，覆盖厚度，预养护天数);暖棚、热源材料是否安放，是否覆盖保温材料进场，堆放在哪里;测温孔的选择及布置，测温用具准备好没有;选择哪种模板体系(剪力墙结构的墙、顶板采用软模一次支顶成形的方案，形成封闭的空间，利于混凝土的保温养护);用哪家商品混凝土，是否召开冬施技术交底、施工组织会议(甲、乙、监理、商混凝土厂家，商讨施工要求、供应配合等问题);是否安排好施工班组劳动组织，具体浇筑混凝土的顺序，施工流程作业人员;防火应急预案等。要做好一切“战前”准备，确保混凝土的冬期施工质量。

［1］JGJ/T 104-2011，建筑工程冬期施工规程［S］．

［2］董艳梅．浅谈混凝土的冬季施工方法［J］．山西建筑，2011，37(4):104-105．