商品混凝土冬季施工与养护管理

王永逵，王健，耿加会

（1. 上海奇齐科技开发实业有限公司，上海 201600；2. 河南舞阳县惠达公路工程有限公司，河南 462400）

商品混凝土冬季施工与养护管理

王永逵1，王健1，耿加会2

（1. 上海奇齐科技开发实业有限公司，上海 201600；2. 河南舞阳县惠达公路工程有限公司，河南 462400）

冬季是混凝土工程质量事故的多发季节，气温低于 5℃ 水泥水化基本停止，低于 0℃ 以下，混凝土有可能结冰，引发冻害事故。如处理不及时或措施不当，会带来难以挽回的损失，应关注商品混凝土冬季施工与养护的管理。

冬季；冬期；临界强度 防冻剂；保温蓄热综合法

0 混凝土冬季施工的哲学思维

混凝土的水泥水化及其凝结硬化，从哲学上看，也是一种物质运动。运动是有规律的，可认识的。对这种物质运动的规律的认识，并使之为工程建设服务，也应遵照事物运动的普遍联系观点、发展变化观点和对立统一的观点。凝结硬化对适宜气温的要求与冬季的低气候条件是一对矛盾。它的普遍联系观点主要表现是它在冬季气温条件下的对应措施等。冬季以及不期而遇的大风降温、寒潮，气温多在 5℃ 以下，甚至更低，不仅不利于水泥水化，甚至因管理不当带来冻害，这与夏秋季气温相比是矛盾的特殊表现。解决这种特殊矛盾，使之对应采用的应对措施，也应随之变化。混凝土的冬季施工与养护也不能千篇一律，也要结合工程及其所处环境、施工技术条件等特点具体问题具体分析，采取相应的对策。为确保混凝土工程冬季的施工质量，避免冻害发生和可能采取的一切相关措施，是混凝土冬季施工与养护的发展动力。

我国地处北半球，四季分明，民间习惯按农历的 10、11、12 月为冬季，天文学是依昼夜长短和太阳高度的季节变化来划分的。在一年中，白昼最短、太阳高度最低的季节就是冬季；昼最长、太阳高度最高的季节就是夏季；冬、夏两季的过渡季节就是春、秋两季。天文学还把冬季具体定为冬至（12 月 22 日）～春分（3 月 21 日）的三个月的时间定为冬季。故名思义，冬季是一年四季中气温最低的季节，也是商品混凝土施工中事故的多发季节，如何做到预防在先，确保冬季施工的质量，避免遭受冻害而引发事故，是眼前一个值得讨论的问题。

我国幅员辽阔，南北纵贯 5500 余千米，包括亚热带、温带和严寒地带的各种自然气温，东西横跨 5200 多千米，从沿海到内陆、也呈现出显著的区域气温差异。随着环境污染，大气温室效应，近年来全球气温出现许多异常的现象。混凝土是与气温联系十分密切的材料[1]（图 1），冬季施工中诸多问题，本来多是长江以北乃至三北地区的问题，现在连地临亚热带的广东、云贵等省也偶尔在冬天出现 -5℃ 上下的天气了。因此，冬季气温降至 0℃ 以下，就有可能引起商品混凝土的冻害，不仅仅是长江以北商品混凝土企业应关注的问题，广大的江南温暖地区，也可能因偶尔不期而遇的低温寒潮、大风降温，带来的“意外”事故。

商品混凝土与一般自拌混凝土的共同点是，混凝土拌合物的用水量不是根据水泥的水化需要，而是为了满足混凝土的施工性能需要较多的自由水。当混凝土温度降 0℃ 以下时，混凝土中的自由水由液态的水转化成固态的冰，其体积约增大 9%，产生很大的冻胀破坏力。有学者研究此冻胀力在密闭的容器中，有可能达到 100MPa。新浇的混凝土即便已开始凝结硬化，但初始强度低，没有达到抵抗破坏的最低强度，不能抵抗此冻胀力而导致破坏。气温恢复到 0℃ 以上后，水泥虽仍可继续水化，其 28 天强度也会大大削弱，甚至不到标准养护强度的 60%（图 2）[1]。因此，如何使混凝土在可能遭受冻害前，尽快达到受冻的临界强度，是冬季施工与养护管理的中心环节。老混凝土只要含水率低于 85%，即使0℃ 的水转化成 0℃ 的冰，也不会对混凝土造成危害，冻融循环破坏主要发生在水位变化频繁，含水率高于 85% 的冰冻区。

图 1 养护温度对混凝土强度的影响

图 2 混凝土强度与冻结龄期的关系

1 临界强度的概念

临界强度的含义是指冬期浇筑的混凝土在受冻前必须有一个预养期，使之达到一个临界强度值，混凝土在达到此临界值后，即使再处于负温环境，只是涉及强度不再增长，而不致因自由水的结冰冻胀,而带来后期强度的损失。

冬期施工临界强度大小与混凝土的水泥品种、外加剂类型及强度等级等有直接关系。各国对临界强度值的规定也不尽相同，1974 年德国就提出过 5.0MPa 的规定；美国在 1978年提过 3.5MPa。1981 年日本也分别在规范中规定了 3.5MPa和 5.0MPa 两个值；前苏联的 RILE39-BH 委员会则在规范中明确规定为应达到设计强度的 20%。我国的专家学者在分析国内外对此问题研究的基础上，我国的行业标准 JGJ 104—2011《建筑工程冬期施工规程》明确规定：对于冬季施工仅采用保温蓄热而未掺外加剂的混凝土比较严格。当采用硅酸盐或普通硅酸盐水泥时，为设计强度值的 30%；当采用矿渣水泥时，则为设计强度的 40%，但当混凝土强度等级为 C10及以下时，也不得小于 5.0MPa。目前，商品混凝土冬季使用的外加剂，根据最低气温的要求，可分别选择掺用早强型复合减水剂或防冻型复合减水剂。对此掺用外加剂的商品混凝土，当室外气温不低于 -15℃时，临界强度值应为 4.0MPa。最低气温在 -15℃～-30℃时，新浇筑混凝土的临界强度应不低于 5MPa[2]。

还应指出的是，在冬季混凝土施工中既使不属于冬期施工，环境气温低于 5℃以下，其强度增长很慢，有人视为水化基本停止，应注意混凝土的保温蓄热的养护。因此，在这里应注意到混凝土强度增长与温度、湿度的关系是十分必要的，参看图 1、图 3[1]。

图 3 混凝土强度与保潮时间的关系

2 冬季施工与冬期施工是有区别的

建筑工程中混凝土冬期施工规范中的“冬期”与“冬季”施工在概念上不尽相同。我国的冬季的划分如前所述，而规范 JGJ 104—2011《建筑工程冬期施工规程》中的冬期施工有其另外的明确界定：根据当地多年气象资料统计，当室外日平均气温连续 5d 稳定低于 5℃ 时，即进入冬期施工；当室外日平均气温连续 5d 高于 5℃ 时解除冬期施工”。此规定的精神与一年中的月份没有直接关系。黄河南北的广大地区属于冬季的月份，虽在冬至后有明显的寒冷特征，但应该注意的是，并非连续 5d 平均气温低于 5℃，不应属于冬期施工。如遇到大风、降温天气，或寒潮突袭，有可能最低气温出现 0～-5℃ 甚至更低，为防止混凝土受冻，都需采取一定的防寒、防冻养护措施。此种冻害，常发生在刚浇筑的混凝土中，由于饱和含水结冰，混凝土中的自由水析出成冰粒，如同“冻豆腐”，破坏了浆体的初始结构，水泥浆体与骨料与钢筋的界面会因自由水的结冰而严重削弱，不仅显著影响其28 天强度，耐久性也会受到极大的影响。此种情况愈是发生在早期，其影响愈大。如不及时采取应对措施，即使气温恢复到 0℃ 以上，水泥可继续水化，其强度损失也达 60% 左右[1]。

3 “防冻剂”并不防冻

市场上有什么需求，受利润驱动就会有什么产品销售。有些工程因工期要求冬季停不下来，总希望掺“防冻剂” 的外加剂能照常施工，实际市场上常见的一般防冻型外加剂并不能降低冰点，只能以加速水化通过缩短达到临界前的预养期的方法，达到预防冻害的目的。除东北、内蒙、乌鲁木齐等地严寒地区外，在长城以南的寒冷的北方，冬季最低气温＞-15℃ 的北京、天津、兰州、石家庄、太原等，都可以在采用保温蓄热综合法的同时，掺用防冻型或早强型复合外加剂达到继续施工的目的。这种防冻型或早强型复合外加剂主要有减水剂、引气剂、早强剂和少量防冻剂以水为载体制成，其降低冰点的作用很小，主要靠适当提高单方水泥掺量，降低水胶比，充分利用水泥水化的水化热和保温、蓄热养护，靠混凝土的自身温度，加速水化，使之缩短预养期，尽早达到临界强度来满足预防冻害的需求。设想完全靠防冻剂降低冰点的做法是不现实的。据研究[2]在冬季气温＜-15℃ 的严寒地区的施工，仅靠防冻剂施工，在采用发热量较大的快硬硫铝酸盐水泥施工的条件下，采用亚硝酸钠（NaNO2）作防冻剂，达到预计施工气温的 NaNO2掺量[2]如表 1。

表 1 预计施工气温的 NaNO2掺量 %

从表 1 的冬季施工按降低冰点的 NaNO2掺量看，即使要求仅满足在 -5℃ 气温的要求，在采用硫铝酸盐水泥施工，防冻剂亚硝酸钠的掺量也要在 1.0% 上下，这比水剂外加剂中减水剂的有效成分掺量还要多，在一般施工中掺用胶凝材料的2%～3% 防冻型复合外加剂中，根本就溶不进去。更别说在-5～-15℃ 气温下的施工了。因之，黄河南北的广大地区，混凝土浇筑后的保温、蓄热养护措施是十分重要的，充分利用水泥水化自身的热量，加速水泥水化，使之尽早达到临界强度，以避免冻害事故的发生，是优先采用的措施。那种完全依赖防冻剂解决冬季施工冻害的方法是欠妥的。

4 进入冬季商品混凝土公司应注意的事项

总体上应凡事预则立，以预防为主，首先商品混凝土公司做好冬季施工准备，为施工方提供优质的冬季施工混凝土，并提前与施工方在冬季施工中保温蓄热养护上进行充分的沟通，共同应对冬季混凝土施工中的种种问题，为业主交付一个满意的工程。

4.1 商品混凝土公司本身应做好的冬季施工准备

4.1.1 原材料准备

（1）应量选用水化热较大的 R 型硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥为主，且强度等级不应低于 42.5。不宜用矿渣水泥、粉煤灰水泥或火山灰水泥。因特殊情况的需要提前竣工，也可选用硫铝酸盐水泥，以保证在冬期气温较低的情况下，混凝土有较大的发热量，为保温蓄热养护提供必要的条件。

（2）砂石料的质量和规格应严格把关，含泥量不大于3%，含水量不大于 1%。砂石料进场后堆放有序，注意防冻。不允许含有冻结的砂石料或冰块进入生产流程。

（3）外加剂的选用是混凝土冬季或冬期施工的重要环节，应提前做好准备。按大江南北地区的冬季气候条件，冬季一般气温为 0～-15℃，商品混凝土施工，采用保温蓄热综合法，当最低气温在 0～-10℃ 时，一般采用早强型复合减水剂；最低气温为 -5～-15℃ 时应选择防冻型复合减水剂。目前商品混凝土使用的水剂外加剂，推荐掺量一般是1.5%～2.0%，这对复合早强剂和防冻剂，达到有效的掺量都是很难的。上两种冬季施工的外加剂，应通过试验，其掺量可提高到 3%～5%，或者把防冻剂和复合减水剂分别按需要掺用。但需要强调的是，商品混凝土掺用这种外加剂后，一般情况下，其降低冰点的作用是有限的，保温蓄热措施仍是必不可少的重要环节。

4.1.2 调整好配合比

为适应冬季施工的需要，首先选用复合有引气剂、早强剂或防冻剂的外加剂，并适当增大水泥用量10～20kg/m3，适当降低水胶比，结构混凝土水胶比不得大于 0.6，胶凝材料用量不宜小于 300kg/m3。良好的混凝土质量，是冬季施工确保混凝土工程质量的前提。

4.1.3 适当延长搅拌时间，必要时使用热水搅拌

混凝土的搅拌时间适当延长，入模温度不得低于 5℃。在气温处于 -10℃ 以下时，可预热砂石或使用热水搅拌时，但水温不宜高于 80℃，调整加料顺序，不能直接加到水泥上。更不能用含有冻结块的砂石或冰块的水搅拌混凝土。坍落度在满足施工要求的前提下尽可能小。

4.1.4 做好设备检修

进入冬季施工无论是搅拌或运输车辆都会因气温太低而发生变化，如搅拌楼的上水管和外加剂上料管的防寒防冻，要加强保温措施。车辆要做好检修和更换冬季润滑油加好防冻剂。

4.2 加强与施工方充分沟通

冬季混凝土工程质量问题，商砼公司仅能提供合格的混凝土产品是远远不够的，施工方才是矛盾的主要方面，没有施工方对混凝土冬季施工的主动性、积极性，确保混凝土工程质量是不可能的。因此，商品混凝土公司应提前以各种方式及时与施工单位沟通，以行业标准 JGJ 104—2011《建筑工程冬季施工规程》为依据，针对具体工程与当地的环境气温，具体问题具体分析，双方共同商讨如何处理混凝土冬季施工中的有关问题，凡事预则立，以预防为主确保冬季施工的混凝土质量。

（1）在当地气温不小于 -15℃ 的条件下，都可采用以保温蓄热为主并掺用早强型或防冻型复合外加剂的施工方法。施工中宜用木模板, 并根据结构的表面系数和物的类型，采用相应的保温蓄热覆盖方式，必要时可采用暖棚施工，为此，应提前做好防寒防冻的物资准备。如常用的塑料薄膜、彩条布、棉毯、草袋、架杆等。

（2）混凝土的浇筑工作尽可能安排在气温较高的上午，以利进入低温前有较长的正温预养期，混凝土也不得浇筑在有冰雪或温度低于 2℃ 的地面上。气温低于 5℃ 时，不宜洒水养护。

（3）拆模时温差不宜过早。在混凝土蓄热法养护拆模时，一要注意混凝土结构的实际强度，适当延长拆模时间；二要注意混凝土温度与环境气温温差不得大于 20℃，并在拆模后再次覆盖养护不少于 14 天，以保证强度的继续增长。

（4）在冬季因昼夜温差较大，夜间常低于 0℃ 以下，应加强温度监控。达到临界强度前每 2 小时测温不得少于一次，发现接近于 0℃ 时，以便及时采取措施。

（5）明确冬季施工中的强度检测概念，并加强对实际结构的强度检测，预留同条件检测试块。混凝土的强度必须以标准条件下制作和养护的 28d 强度为准。结构验收中的回弹检测都应满足 600℃·d[5]的要求，以免产生不必要的质量纠纷。

（6）万一发生冻害的应急措施。

冻害的发生多在当天午后浇筑的混凝土，白天气温低于5℃上下时，本来水泥水化很慢，夜间气温进入负温度，水化完全停止，混凝土还未到初凝，且含有较多饱和自由水，由于结冰析出，原有的浆体结构遭到破坏。此时如处理不当，既使白天气温恢复到正温以上，强度虽可继续增长，其强度损失也是难以挽回的（图 2）。

如遇上述冻害不必惊慌失措，应看到此时混凝土还远未达到终凝，浆体中水泥水化产物并未形成结构。当白天恢复到正温混凝土解冻后，对受冻混凝土表面重新搓拍提浆、抹面，使之恢复原有浆体结构，认真复盖保温蓄热，强度增长可不受影响。甚至，因部分水份蒸发，水胶比降低强度还有所提高。

5 结束语

在冬季因气温条件不同，对商品混凝土和施工方法也应有相应的调整，这是混凝土工程因气温变化的矛盾特殊性表现。一种有效的施工方法或理论都是相对的、有一定的时间空间条件。没有一成不变的配合比，也没有用在任何气温条件下都适宜的施工方法。

[1] 杨静．建筑材料[M]．北京：中国水利水电出版社，2004.

[2] JGJ 104—2011．建筑工程冬期施工规程[S]．

[3] GB 50119—2013．混凝土外加剂应用技术规范[S]．

[4] 赵卫星，赵银花，金艳，等．商品混凝土冬期施工控制措施．商品混凝土，2005(11): 46-48，

[5] GB 50204－2002. 钢筋混凝土结构施工质量的验收规范[S].

［通讯地址］上海奇齐科技开发实业有限公司（201600）

王永逵（1934—），副教授，前兰州铁道学院建材室主任