浅析混凝土冬季施工的质量控制

侯先纹

中国矿业大学建筑设计咨询研究院有限公司

浅析混凝土冬季施工的质量控制

侯先纹

中国矿业大学建筑设计咨询研究院有限公司

随着建筑业的快速发展，混凝土冬季施工是不可避免的。综合大家的混凝土冬季施工理论和方法最终认为，当环境温度日平均气温为5℃或降到0℃以下时，避免新浇筑混凝土早期受冻，使外露混凝土与外界气温保持较小的温差，采用适当的施工方法，也会取得像在天暖施工时的效果。

混凝土；冬季施工；

1 混凝土工程冬季施工的特点

混凝土浇筑后之所以逐渐凝结和硬化，是由于水泥水化作用的结果。而水泥水化作用的速度除与混凝土本身组成材料和配合比有关外，主要是随着温度的高低而变化的。当温度升高时，水化作用加快，强度增长也较快；而当温度降低到0℃时，存在于混凝土中的水有一部分开始结冰，逐渐由液相(水)变成固相(冰)。这时参与水泥水化作用的水减少了。因此，水化作用减慢，强度增长相应较慢。温度继续下降，当存在于混凝土中的水完全变成冰，也就是完全液相变为固相时，水泥水化作用基本停止，此时强度就不在增长。水变成冰后，体积约增大9%，同时产生膨胀应力。这个应力值常常大于水泥石内部形成的初期强度值，使混凝土受到不同程度的早期破坏而降低强度。此外，当水变成冰后，还会在骨料和钢筋表面上产生颗粒较大的冰凌，减弱水泥浆与骨料和钢筋的粘结力，当冰凌融化后，又会在混凝土内部形成各种空隙，而降低混凝土的密实性及耐久性。由此可见，在冬季混凝土施工中，水的形态变化是影响混凝土强度增长的关键，国内外对水在混凝土中的形态进行大量的试验表明，新浇筑混凝土在冻结前有一段预养期，混凝土受冻前预养期愈长，强度损失愈小。混凝土化冻后(即处在正常温度条件下)继续养护，其强度还会增长，不过增长的幅度大小不一。对于预养期长，获得初期强度较高的混凝土受冻后，后期强度几乎没有损失。而对于安全预养期短，获得初期强度比较低的，后期强度都有不用程度的影响。混凝土冻结前，使混凝土获得不遭受冻害的最低强度，在学术界一般称临界强度，对于临界强度，各国规定取值不等，我国规定为不得低于设计标号的30%，也不得低于35千克每平方厘米。

1.1 混凝土冻害的危害

1.1.1 降低混凝土强度

1.1.2 造成混凝土裂缝

1.1.3 混凝土中钢筋的锈蚀

1.1.4 降低混凝土耐久性能

1.2 防止混凝土冻害的一般原则

1.2.1 减少用水量

1.2.2 提高早期的强度

1.2.3 减低水的冰点、

1.2.4 “缓冲”冰对混凝土内部结构的压力

1.2.5 降低混凝土体积变化

1.3 混凝土防冻剂的作用机理

1.3.1 减水成分：减少混凝土搅拌用水，提高混凝土强度；减水混凝土拌合物中自由水的含量，减低受冻害的几率。

1.3.2 早强成分：使混凝土早期强度提高，在水结冰前使混凝土超过临界强度，降低冰对混凝土强度的影响。

1.3.3 引气成分：均匀、稳定而封闭的微小气泡，减轻水到冰的过程引起的体积变化对混凝土造成的压力和体积变化。

1.4 防冻剂有限使用温度的规定

1.4.1 防冻剂的有效作用温度。

1.4.2 防冻剂对混凝土结构的实际“有效作用温度”。

1.4.3 对防冻剂适用温度的规定。

1.5 混凝土防冻剂的作用

1.5.1 迅速提高早期强度。

1.5.2 防冻剂不能根本改变混凝土在低温强度增长的规律。

1.5.3 防冻剂掺量对混凝土强度的影响

2 冬季混凝土施工方法

2.1 冬季混凝土施工方法选择

从上述分析可以知道，在冬季混凝土施工中，主要解决三个问题：

1)如何确定混凝土最短的养护龄期；

2)如何防止混凝土早期冻害；

3)如何保证混凝土后期强度和耐久性满足要求

实际工程中，要根据施工时的气温情况，工程量大小、结构厚大程度与外露情况，工期，水泥的品种及价格、早强剂、减水剂、抗冻剂的性能及价格，保温材料等来选择合理的施工方法。一般来说，对于同一个工程，可以有若干个不同的冬季施工方案。一个理想的方案，应当用最短的工期、最低的施工费用，来获得最优良的工程质量，也就是工期、费用、质量最佳化。目前基本上采用以下4中方法。

2.2 冬季混凝土施工方法种类

1)调整配合比方法

主要适用于在0℃左右的混凝土施工。具体做法：①选择适当品种的水泥是提高混凝土抗冻的重要手段。试验结果表明，应使用早强硅酸盐水泥。该水泥水化热较大，且在早期放出强度最高，一般3天抗压强度大约相当于普通硅酸盐水泥的7天强度，效果较明显。②尽量降低水灰比，稍增水泥用量，从而增加水化热量，缩短达到龄期强度的时间。③掺用引气剂。在保持混凝土配合比不变的情况下，加入引气剂后生成的气泡，相应增加了水泥浆的体积，提高拌合物的流动性，改善其粘聚性及保水性，缓冲混凝土内水结冰所产生的水压力，提高混凝土的抗冻性。④掺加早强外加剂，缩短混凝土的凝结时间，提高早期强度。应用较普通的有硫酸钠(掺用水泥用量的2%)和MSF符合早强试水剂(掺水泥用量的5%)。⑤选择颗粒硬度和缝隙少的集料，使其热膨胀系数和周围砂浆膨胀系数相同。

2)蓄热法

主要用于气温-5℃左右，结构比较厚大的工程。做法是：对原材料(水、砂、石)进行加热，使混凝土在搅拌、运输和浇灌以后，还储备相当的热量，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。此法工艺简单，施工费用不多，但要注意内部保温，避免角部与外露表面受冻，且要延长养护临期。

3)抗冻外加剂

在-10℃以上的气温中，对混凝土拌合物掺加一种能降低水的冰点的化学剂，使混凝土在负温下仍处于液相状态，水化作用能继续进行，从而使混凝土强度继续增长。目前常用有氧化钙、氯化钠等单抗冻剂及亚硝酸钠加氯化钠符合抗冻剂。

4)外部加热法

主要用于气温-10℃以下，而构件并不厚大的工程。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正常硬化。

①火炉加热，一般在较小的工地使用，方法简单，但室内温度不高，比较干燥，且放出的二氧化碳会使新浇混凝土表面碳化，影响质量。

②蒸汽加热。用蒸汽使混凝土在湿热条件下硬化。此法较易控制，加热温度均匀。但因其需要专门的锅炉设备，费用较高。且热损失较大，劳动条件亦不理想。

③电加热。将钢筋作为电极，或将电热器贴在混凝土表面，便电能为热能，以提高混凝土的温度。次方法简单方便，热损失较少，易控制，不足之处是电能消耗大。

④红外线加热，以高温电加热或气体红外线发生器，对混凝土进行密封辐射加热。

3 冬季混凝土施工技术措施

3.1 冬季施工混凝土组成材料的要求

骨料：骨料中不得有冰块等，应清洁、级配良好、质地坚硬；

水：采用可饮用的自来水；

外加剂：选用防冻剂的作用机理是在规定的负温下显著降低混凝土的液相冰点，使混凝土在液态不结冰，保证水泥的水化作用，在一定的时间内获得预期的强度，防冻剂应通过技术鉴定，符合质量标准，并经实验室试验掌握其性能；水泥：显著活性高、水化热大的普通硅酸盐水泥。

3.2 冬季混凝土搅拌及运输的要求

混凝土的搅拌、运输：混凝土搅拌选用加热水的方法，80℃以上的热水不得与水泥直接接触，先将热水与骨料拌合而后掺入水泥搅拌，以避免水泥假凝，混凝土搅拌的时间不得少于3分钟。运输时混凝车罐外加保温罩，另外，必要时对搅拌机周围进行防护并通暖保温。

混凝土的养护：混凝土浇筑完成后马上用塑料布覆盖保持水份，同时在塑料布外侧覆盖保温材料，使混凝土温度不至于下降过快，避免混凝土冻害的发生。适当延长混凝土养护的时间，以不少于15天为宜。加做两组混凝土同条件试块放在现场环境中，以便随时得到同条件下混凝土的抗压强度。

3.3 冬季混凝土测温的要求

混凝土的测温工作：在混凝土中埋设导线设专人进行测温，包括大气温度、混凝土的出罐、入模温度、混凝土内部温度，如有异常及时采取措施。

竖向配置C16@200满足要求。

2.4 地质检测

开挖完成后首先对井中心位置及四周轮廓尺寸及时进行测量复核，确保符合设计尺寸要求。其次马上进行地质核对，并检测地基承载力是否符合设计要求。如井底地质与设计不符或地基承载力不能满足设计要求时须及时与监理及设计单位取得联系，并提出变更设计申请等。经检测井内尺寸、平面位置及基底承载力符合设计要求时，及时进行下步施工，基底不可暴露过久。

2.5 施工监测

为保证基坑开挖的安全，施工监测在施工中起着极其重要的作用。根据监测结果，及时指导施工，以确作业人员的安全。监测内容主要包括地表沉降、土压力、地下水位及平面尺寸。

平面尺寸监测：成坑过程中应经常检查基底高程、平面尺寸及垂直度，基坑挖至基底高程时，基底尺寸应与设计图纸基础轮廓一致。

基底检验：基底地基承载力应满足设计要求；岩层基底应清除岩面松碎石块、淤泥。凿出新鲜岩面，表面应清洗干净；基底平面位置、尺寸和基底高程应满足设计要求。

基坑边坡顶部的水平位移和竖向位移监测点沿基坑周边布置，分别布置在基坑周边中部、阳角处。监测点间距不宜大于20m，每边监测点数目不应少于3个。监测点设置在基坑边坡坡顶上。

用精密水准仪与全站仪进行全过程监测，精度要求不低于2级，每天监测一次。

监测过程中发现监测值突然增大或发现水平位移总量超过40mm或变化速率超过2mm/d，垂直沉降总量超过50mm或变化速率超过3mm/d时，立即通知施工现场，引起注意，加强监测，必要调整施工措施或采取必要补救措施。

2.6 钢筋安装

基础钢筋及墩身预埋钢筋采用钢筋加工场加工合格后运输至现场，现场直接绑扎成型，需要焊接的钢筋采用搭接焊接，搭接长度及焊缝长度应满足设计及规范要求。墩身钢筋预埋深度不小于1m，并且顶层钢筋与墩身预埋钢筋采用“L”型钢筋焊接固定。墩身预埋钢筋外露长度根据实际情况确定，钢筋接头必须分散布置，以确保同一截面内接头数量不得超过钢筋总数量的50%，且避免设在基顶以上3m范围内。

2.7 混凝土浇筑及养护

在挖井基础钢筋、墩身预埋钢筋和接地钢筋绑扎完成且护壁混凝土达到一定强度后，方可进行混凝土的施工。混凝土浇筑前，将基底清理干净，混凝土在拌和站集中拌制，混凝土罐车运输至施工作业面进行浇筑，基础采取连续浇筑到设计高程。浇筑时混凝土的自由倾落高度不超过2m，否则采用滑槽或减速串筒等设备，使混凝土在规定降落高度内均匀降落。混凝土每层浇筑厚度控制在30cm左右，采用插入式振捣棒振捣。振捣棒移动的间距不大于振捣棒作用半径的1.5倍，且插入下层混凝土内的深度为50～100mm。每一振点的振捣延续时间以混凝土不再沉落，表面呈现浮浆为度，防止过振、漏振。混凝土振捣完成后，应及时修整、抹平混凝土裸露面，采用无纺布覆盖并洒水养护。混凝土强度达到一定强度后，及时对墩身范围内混凝土表面进行凿毛处理。

结束语

铁路桥梁的挖井基础施工作为重要的分项工程，其技术具有自身优点，施工简便，适用于铁路桥梁的施工。在施工过程中需要做好各项监测工作，根据施工中的实际情况及时采取相应的处理措施，避免质量事故的发生。

[1]周永兴、何涛益、邹毅松.路桥施工计算手册[M]，人民交通出版社.