冬季混凝土施工技术及预防措施

文佳

（中交路桥建设有限公司，北京 101121）

近年来，中国经济持续快速发展，国家基础设施建设继续改善住宅、公路、铁路、建筑、石油、天然气和许多其他领域积极参与国际竞争的大型建设公司工程建设的形势使得冬季混凝土不得不处理。冬季施工时，混凝土会产生一系列的病害，如凝结时间长、力学性能发展慢、耐久性差等。特别是混凝土拌合物在达到终凝时间之前遭受早期冻害，混凝土的抗压强度、静态弹性模量、抗渗性和抗冻性几乎不再随龄期发展[1-3]。根据进度计划，大部分工程可以选择在冬季继续施工，以便及时完工。因此，冬季混凝土施工技术至关重要。本文主要依托工程为中交路桥南方工程有限公司贵州省石阡至玉屏（大龙）高速公路土建工程TJ06 标，对于贵州省来说，冬季最低气温低于﹣3 ℃的日子少，因此，根据工程所在地的气候条件，寻求合适的冬季施工技术是非常必要的。

1 工程概况

某合同段工程为贵州省石阡至玉屏（大龙）高速公路土建工程TJ06 标，该工程项目地处中国贵州省石阡县、岑巩县，截至2020 年11 月底，剩余混凝土1.5 万m3。该工程位于贵州地区，该地区冬季气温较低，并在1 月份出现最低气温。对于公路建设工程来说，能在冬季进行施工不仅仅能均衡常年的作业，还能使得国民经济发展加快，这具有极大的经济价值。

2 低温对混凝土性能的影响

2.1 早期性能

混凝土的早期物理性能在低温时降低。实验结果表明，在冬季低温环境下浇筑的混凝土的初凝和终凝时间都会增加，尤其会显著地增加终凝时间。而冬季的低温环境则会引起水泥表层的水汽冷凝而成水，并因此导致边缘混凝土的水灰比改变，水分的质量分数也会上升，进而影响水泥的硬度和防水渗性。一般来说，如果新浇筑的混凝土在3～6 h 内受到冻结等损害，其抗压强度将损失50%以上，如果在终凝2～3 d 后冻结，则其强度只会损失15%～20%[4]。

2.2 强度

冬季低温度环境条件会减少混凝土材料的水化反应速度。当气温约为5 ℃时，水泥砂浆的水化速率就将大幅下降，当气温约为0 ℃时，其水化作用就会终止[5]。而由于气温的降低，混凝土材料内游离水分就会结冰，造成水泥砂浆内容积扩大，同时也会在水泥砂浆内形成冻胀应力，特别是在水泥砂浆凝结的早期阶段其硬度无法抵消冻胀应力，因此造成砂浆内产生裂纹，这就是温度裂缝。所以，当温度下降至5 ℃时，必须采取措施防止过早结冰。

2.3 耐久性

环境温度下降导致混凝土内部形成温度应力，环境温度越低温度应力也越大，内部温度应力将会逐渐大于混凝土本身的强度，从而在表面产生裂纹。裂缝产生后混凝土的强度将会降低，在后续砼构件的日常使用中会有持续的荷载作用于该构件，在长久反复的荷载作用下，砼构件的接缝将继续增加并扩大，从而显著降低混凝土抵抗寒冷、抵抗裂缝、抗渗和长期耐久的能力[6]。

3 冬季混凝土施工质量控制中的前期准备与施工安全教育

3.1 技术与物资准备

冬季混凝土施工较为普遍，但相比其他季节施工而言，冬季施工更容易产生施工质量问题而导致安全隐患发生，所以在冬季混凝土施工之前就要做好各种准备工作，包括技术准备及物资准备。冬季施工较为复杂，需召集各个技术人员对施工图纸进行复核，同时对冬季低温问题进行会审并解决可能存在的技术问题。在正式进入冬季施工之前，应组织相关人员进行测温工作，测温对象包括大气温度、原材料温度、混凝提浇筑时的温度及施工时的环境温度。安排人员对施工时需要用到的水井及水管进行保温工作，防止低温对水井及水管造成冻结及破坏。冬季施工方案的制定必须要考虑全面，所制定的方案需包括具体的施工方法、施工人员的专项培训及合理的施工流程，以使得最后浇筑的混凝土构件满足要求。其次，冬季混凝土施工中的物资准备同样很重要，各种物资需要准备齐全，各种设备需要提前维护保养，应该提前备好冬季施工的保温设备。施工过程中需时刻关注天气变化情况，掌握并控制施工过程中的温度变化，防止低温对混凝土造成冻害，保证整个施工过程中不留任何隐患。

3.2 施工安全

不论是在冬季混凝土施工中还是其他任何时候施工过程中，安全问题始终是最重要的问题，因此在开展冬季施工之前首先要进行安全教育，必须使参与施工的每个成员都树立足够的安全意识。必须定期开展安全教育培训，并且强制要求所有人员参加。施工时必须安排专门的安全管理人员，并制定严格有效的安全制度。同时鼓励并适当嘉奖遵守安全生产等相关规章制度的职工，必要时可对不遵守的人员进行通报批评，以提高全体职员的安全意思，确保整个施工安全。

在整个施工过程中必须重视安全检查问题。在工程开始之前，必须对需要使用到的各个施工设施及设备进行专项且全面的安全检查，待专门的检查部门验收合格之后方可将设施及设备投入生产使用中。需安排专人定期对施工中的安全情况进行检查，对检查后发现不合格的部分进行批评并整改。部门领导需起到带头监督作用，领导干部需亲自带头成立检查小组，定期进行安全生产检查，对于施工中遇见的实际问题及隐患制定具体的解决方案。

冬季生产时，低温会带来许多的安全隐患，应为施工人员配置相应的防护物品，如防滑靴及保暖衣物等，同时应及时清理堆积的冰雪，对易结冰的道路提前采取应对措施。在冬季施工时会使用较多的热水来开展保温工作，施工人员在使用热水时应防止烫伤。

4 冬季混凝土施工技术

4.1 混凝土施工配合比改进

在冬季生产水泥的过程中，必须注意对水泥配合比的管理。目前的研究表明，想要混凝土抗冻性能好，必须控制并降低混凝土的水灰比。根据现行建筑法规，冬季施工中的水灰比例应控制在0.55 之内，为了确定该技术的效果，在实际施工中应减少水灰的实际比例。在冬季浇筑混凝土阶段，既要保证较低的水灰比同时要达到水泥坍落度要求，可按照要求增加一定量的减水剂。在选用水泥时应优先选用硅酸盐水泥，同时浇筑时间应该选在冬日温度较高的白天，不宜选在夜晚，因为冬季早晚温差大，夜晚温度更低，为控制混凝土温度将消耗更多的财力物力。

4.2 混凝土原材料温度控制

在冬季低温环境下，可以利用加热器和保温器来维持混凝土结构原材料的工作温度。需注意的是不能直接加热水泥，应储存在温室内。当砂石和砂砾等原材料堆积于室外时，冬季易形成水雾或在低温下结冰，所以在使用原材料前应采用一些办法提前融化原材料。其他原料和成分也宜在加热后使用，但搅拌混凝土时必须注意的一点是必须保持水和拌合原料的温度都不超过拌合要求的最高温度。可采用水加热法加热原材料。在使用原材料时需注意材料内不能混有冰块等物体，同时需要控制原材料在搅拌时的投料顺序并全程控制其温度。

4.3 改善混凝土拌制和浇筑

为了减少混凝土的热损失，混凝土搅拌不得在室外进行。如果条件允许，应尽可能提供暖棚。此外，为了提高搅拌功率、节省搅拌时间和提高工作效率，应首选高性能搅拌机。在搅拌过程中应注意投料的先后顺序，最好先放骨料和水，然后加入水泥进行搅拌。冬季施工中搅拌混凝土时，时间不能过短，至少应为常温搅拌时间的1.5 倍。宜在运送水泥的路上采用带有隔热功能的容器，以降低运送过程中混凝土的热量损失，并选择大型容器以减少倒运次数。在冬季水泥施工时，应该采取措施增加水泥的密实程度，可在施工时按照程序加大振捣强度。施工时，不宜长时间存放混凝土，新拌混凝土运至施工现场后应立即使用，在整个过程中实时监控混凝土的温度并将其保持在最佳温度之间。

4.4 冬季混凝土养护措施

4.4.1 负温养护

顾名思义，负温养护法就是创造一个0 ℃以下的环境并在该环境中逐步养护混凝土的施工方法，该方法的核心就是控制混凝土内部温度。使用负温养护法时需要在混凝土中掺入防冻剂，施工完成后不需要对混凝土进行额外的补偿性加热或者保温。该工艺相较其他养护方法来说较为简单、容易操作，同时不需要额外消耗资源进行加热或者保温，比较节能、环保；但该方法也有缺点，使用该方法的混凝土强度会较其他养护方法而言增加得缓慢。本方法适用于日平均温度不低于0 ℃，最低温高于﹣16 ℃环境中，不适合加热且对抗压强度的增加没有特殊要求的砼构件中。

4.4.2 蓄热法

目前冬季混凝土浇筑最常见的保护措施之一是蓄热法。该办法的关键问题是将加热和调节拌合所用的水和骨料的水温在40～50 ℃间，并用隔热材料覆盖浇筑。该方案具备施工简便、成本低、产品质量容易提高等优势。当硅酸盐水泥浇注温度高于20 ℃时，应控制硅酸盐水泥的蓄热温度。隔热材料的传热系数应低、经济、易获得，如锯末、炉渣、草帘、草袋等，为防止隔热性能下降，应确保隔热物处于干燥状态。但在混凝土的整个养护过程中，应注意防止风和水对混凝土造成的损害。

4.4.3 暖棚养护法

采用暖棚养护法时，首先需要建造一个大型温室，并通过通暖气及加热炉的方式来提高和保持暖棚的温度，以保证混凝土的凝固和养护效果。暖棚内的温度应当较高，应保证棚内地面温度高于5 ℃，并且时刻洒水来湿润混凝土表面。使用暖棚养护法有优点也有缺点，优点是可使混凝土凝固效果好同时冻害较少，而它的缺点也很明显，就是造价及花费较为昂贵且温室的生产和建设需要大量的劳动力和材料，取暖需要大量的能源，这也是暖棚养护法并不常用的原因。

4.4.4 综合养护法

综合养护法目前应用的也比较多，其优点主要是将抗冷剂直接掺入混凝土的拌和物中，并预先加热原材料同时在运输及拌和物的生产过程中均进行了保温，以确保浇注后的混凝土温度超过10 ℃。采取的保温措施能将混凝土温度保持在0 ℃以上并维持1.5 d 左右，在该时间内混凝土已经完成终凝并具有足够的强度。外界的温度变化会导致水泥室温逐渐下降至室外温度以下，在这过程中抗冻剂也可以促进水泥在负温度条件下继续硬化。

冬季混凝土施工已经较为普遍，相对应的养护方式也发展得越来越多，但针对各个实际工程项目，应实际考虑工程环境气温、造价等各方面情况，合理选择最合适的养护方式，以确保施工后混凝土强度能增长到足够的程度以满足施工质量要求。

5 结论

冬季混凝土施工情况越来越普遍，相较于其他季节而言，冬季期间的混凝土施工较为麻烦，为了保证冬季混凝土施工质量满足要求，必须掌握施工过程中的具体结构点和各个环节的质量关键控制点。冬季应严格按照混凝土施工方案进行混凝土保温，同时重视混凝土浇筑后的养护方法的选用与管理，以保证混凝土强度能在冬季低温条件下增长到规范值。在本次石阡至玉屏（大龙）高速公路土建工程中的实际应用证明，即使在冬季施工的低温条件下，只要针对施工特点和现场条件，对整个混凝土施工环节的保温及养护措施进行严格把控，也可以有效减少混凝土冬季病害并保障混凝土结构的施工质量。