淺談混凝土冬期施工方法

趙云峰

(鶴崗市蘿北縣太平溝鄉(xiāng)企)

1 混凝土冬季施工的一般原理及特點

(1)混凝土強度的增長取決于水泥水化反應(yīng)的結(jié)果。而水泥水化作用的速度除與混凝土本身組成材料和配合比有關(guān)外，主要是隨著溫度的高低而變化的。當(dāng)溫度升高時，水化作用加快，強度增長也較快;而當(dāng)溫度降低到0℃時，存在于混凝土中的水有一部分開始結(jié)冰，逐漸由液相(水)變?yōu)楣滔?冰)。這時參與水泥水化作用的水減少了，因此，水化作用減慢，強度增長相應(yīng)較慢。溫度繼續(xù)下降，當(dāng)存在于混泥土中的水完全變成冰，也就是完全由液相變?yōu)楣滔鄷r，水泥水化作用基本停止，此時強度就不再增長。

水變成冰后，體積約增大9%，同時產(chǎn)生約2500kg/cm2的冰脹應(yīng)力。這個應(yīng)力值常常大于水泥內(nèi)部形成的初期強度值，使混凝土受到不同程度的破壞(即旱期受凍破壞)而降低強度。此外，當(dāng)水變成冰后，還會在骨料和鋼筋表面上產(chǎn)生顆粒較大的冰凌，減弱水泥漿與骨料和鋼筋的粘結(jié)力，從而影響混凝土的抗壓強度。當(dāng)冰凌融化后，又會在混凝土內(nèi)部形成各種各樣的空隙，而降低混凝土的密實性及耐久性。

由此可見，在冬季混凝土施工中，水的形態(tài)變化是影響混凝土強度的增長的關(guān)鍵。國內(nèi)外許多學(xué)者對水在混凝土中形態(tài)進行大量的實驗研究結(jié)果表明，新澆混凝土在凍結(jié)前有一段預(yù)養(yǎng)期，可以增加其內(nèi)部液相，減少固相，加速水泥的水化作用。試驗研究還表明，混凝土受凍前預(yù)養(yǎng)期愈長，強度損失愈小。

(2)混凝土化凍后(即處在正常溫度條件下)繼續(xù)養(yǎng)護，其強度還會增長，不過增長的幅度大小不一。對于預(yù)養(yǎng)期長，獲得初期強度較高(如達到R28的35%)的混凝土受凍后，后其強度幾乎沒有損失。而對于安全預(yù)養(yǎng)期短，獲得初期強度比較低的混凝土受凍后，后其強度都有不同程度的損失。由此可見，混凝土凍結(jié)前，要使其在正常溫度下有一段預(yù)養(yǎng)期，以加速水泥的水化作用，使混凝土獲得不遭受凍害的最低強度，一般稱臨界強度，即可達到預(yù)期效果。對于臨界強度，各國規(guī)定取值不等，我國規(guī)定為不低于設(shè)計標(biāo)號的30%，也不得低于35kg/cm2。

2 混凝土冬期施工方法的選擇

2．1 混凝土養(yǎng)護期間不加熱的方法

當(dāng)外界氣溫不很低時，結(jié)構(gòu)尺寸較厚大，混凝土澆筑時可提高混凝土拌合物的初始溫度，加之水泥初期水化時利用水泥的水化熱，使混凝土在入模后有一定的溫度，加上模板外面用保溫材料進行保溫畜熱，不需再額外加熱，即可使混凝土在短期內(nèi)，或混凝土內(nèi)溫度降到0℃以前可獲得必要的允許受凍臨界強度的施工方法?；炷琉B(yǎng)護期間不加熱方法有蓄熱法，綜合蓄熱法，負溫養(yǎng)護法，硫(鐵)鋁酸鹽水泥混凝土。

蓄熱法施工比較簡單，混凝土養(yǎng)護不需要外加熱元，冬季施工費用比較低，故在冬期施工時應(yīng)優(yōu)先考慮采用。蓄熱法施工的混凝土養(yǎng)護，其關(guān)鍵時需計算設(shè)計和確定混凝土冷卻到0℃石所需要的保溫材料，冷卻時間和所達到的強度。根據(jù)既定的保溫模板，混凝土入模溫度及室外氣溫來計算混凝土降到0℃時所需要的時間。根據(jù)混凝土溫度降至0℃這段時間及其平均溫度為計算混凝土是否達到要求的強度。如滿足不了要求，再采取增加或改變保溫材料品種或厚度，改變水泥品種或提高入模溫度等措施，使之達到要求。

2．2 外部加熱法

(1)火爐加熱。一般在較小的工地使用，方法簡單，但室內(nèi)溫度不高，比較干燥，且放出的二氧化碳會使新澆混凝土表面碳化，影響質(zhì)量。

(2)蒸汽加熱。用蒸汽使混凝土在濕熱條件下硬化。此法較易控制，加熱溫度均勻，但因其需專門的鍋爐設(shè)備，費用較高。且熱損失較大，勞動條件亦不理想。

(3)電加熱。將鋼筋作為電極，或?qū)㈦姛崞髻N在混凝土表面，使電能變?yōu)闊崮?，以提高混凝土的溫度。此法簡單方便，熱損失較少，以控制，不足之處是電能消耗量大。

(4)紅外線加熱。以高溫電加熱器或氣體紅外線發(fā)生器，對混凝土進行密封輻射加熱。

2．3 調(diào)整配合比方法

主要是用于在0℃左右的混凝土施工。具體做法是選擇適當(dāng)品種的水泥是提高混凝土抗凍的主要手段。試驗結(jié)果表明，應(yīng)使用早強硅酸鹽水泥。

(1)選擇適當(dāng)品種的水泥是提高混凝土抗凍的重要手段。試驗結(jié)果表明，應(yīng)使用早強硅酸鹽水泥。該水泥水化熱較大，且在早期放出強度最高，一般3d抗壓強度大約相當(dāng)于普通硅酸鹽水泥7d的強度，效果較明顯。

(2)盡量降低水灰比，稍增水泥用量，從而增加水化熱量，縮短達到齡期強度的時間。

(3)摻用引氣劑。在保持混凝土配合比不變的情況下，加入引氣劑后生成的氣泡，相應(yīng)增加了水泥漿的體積，提高拌和物的流動性，改善其粘聚性及保水性，緩沖混凝土內(nèi)水結(jié)冰所產(chǎn)生的水壓力，提高混凝土的抗凍性。

(4)摻加早強外加劑，縮短混凝土的凝結(jié)時間，提高早期強度。應(yīng)用較普遍的有硫酸鈉(摻用水泥用量的20%)和MS-F復(fù)合早強試水劑(摻水泥用量的5%)。

(5)選擇顆粒硬度高和縫隙少的集料，使其熱膨脹系數(shù)和周圍砂漿膨脹系數(shù)相近。

2．4 抗凍外加劑

在-10℃以上的氣溫中，對混凝土拌和物摻加一種能降低水的冰點的化學(xué)劑，使混凝土在負溫下仍處于液相狀態(tài)，水化作用能繼續(xù)進行，從而使混凝土強度繼續(xù)增長。目前常用有氧化鈣、氯化鈉等抗凍劑及亞硝酸鈉加氯化鈉復(fù)合抗凍劑。

上述冬季施工方法都有利有弊，選擇冬期施工方法時，應(yīng)考慮的主要因素是自然條件、結(jié)構(gòu)類型、結(jié)構(gòu)特點、原材料情況、工期限制、能源狀況和經(jīng)濟指標(biāo)等。對工期不緊不慢和無特殊限制的工程，從節(jié)約能源和降低冬期施工費用著眼，應(yīng)優(yōu)先考慮先用不加熱養(yǎng)護的施工方法;如有工期限制，施工條件又允許的情況下，可考慮加熱養(yǎng)護的施工方法。通常要經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟分析比較，考慮能否保證工程質(zhì)量以及對工期影響等綜合因素，采用一種或兩種以上施工方法結(jié)合作用。