商品混凝土冬季施工與養(yǎng)護管理

王永逵，王健，耿加會

（1. 上海奇齊科技開發(fā)實業(yè)有限公司，上海 201600；2. 河南舞陽縣惠達公路工程有限公司，河南 462400）

商品混凝土冬季施工與養(yǎng)護管理

王永逵1，王健1，耿加會2

（1. 上海奇齊科技開發(fā)實業(yè)有限公司，上海 201600；2. 河南舞陽縣惠達公路工程有限公司，河南 462400）

冬季是混凝土工程質量事故的多發(fā)季節(jié)，氣溫低于 5℃ 水泥水化基本停止，低于 0℃ 以下，混凝土有可能結冰，引發(fā)凍害事故。如處理不及時或措施不當，會帶來難以挽回的損失，應關注商品混凝土冬季施工與養(yǎng)護的管理。

冬季；冬期；臨界強度 防凍劑；保溫蓄熱綜合法

0 混凝土冬季施工的哲學思維

混凝土的水泥水化及其凝結硬化，從哲學上看，也是一種物質運動。運動是有規(guī)律的，可認識的。對這種物質運動的規(guī)律的認識，并使之為工程建設服務，也應遵照事物運動的普遍聯(lián)系觀點、發(fā)展變化觀點和對立統(tǒng)一的觀點。凝結硬化對適宜氣溫的要求與冬季的低氣候條件是一對矛盾。它的普遍聯(lián)系觀點主要表現(xiàn)是它在冬季氣溫條件下的對應措施等。冬季以及不期而遇的大風降溫、寒潮，氣溫多在 5℃ 以下，甚至更低，不僅不利于水泥水化，甚至因管理不當帶來凍害，這與夏秋季氣溫相比是矛盾的特殊表現(xiàn)。解決這種特殊矛盾，使之對應采用的應對措施，也應隨之變化?；炷恋亩臼┕づc養(yǎng)護也不能千篇一律，也要結合工程及其所處環(huán)境、施工技術條件等特點具體問題具體分析，采取相應的對策。為確?；炷凉こ潭镜氖┕べ|量，避免凍害發(fā)生和可能采取的一切相關措施，是混凝土冬季施工與養(yǎng)護的發(fā)展動力。

我國地處北半球，四季分明，民間習慣按農歷的 10、11、12 月為冬季，天文學是依晝夜長短和太陽高度的季節(jié)變化來劃分的。在一年中，白晝最短、太陽高度最低的季節(jié)就是冬季；晝最長、太陽高度最高的季節(jié)就是夏季；冬、夏兩季的過渡季節(jié)就是春、秋兩季。天文學還把冬季具體定為冬至（12 月 22 日）～春分（3 月 21 日）的三個月的時間定為冬季。故名思義，冬季是一年四季中氣溫最低的季節(jié)，也是商品混凝土施工中事故的多發(fā)季節(jié)，如何做到預防在先，確保冬季施工的質量，避免遭受凍害而引發(fā)事故，是眼前一個值得討論的問題。

我國幅員遼闊，南北縱貫 5500 余千米，包括亞熱帶、溫帶和嚴寒地帶的各種自然氣溫，東西橫跨 5200 多千米，從沿海到內陸、也呈現(xiàn)出顯著的區(qū)域氣溫差異。隨著環(huán)境污染，大氣溫室效應，近年來全球氣溫出現(xiàn)許多異常的現(xiàn)象?；炷潦桥c氣溫聯(lián)系十分密切的材料[1]（圖 1），冬季施工中諸多問題，本來多是長江以北乃至三北地區(qū)的問題，現(xiàn)在連地臨亞熱帶的廣東、云貴等省也偶爾在冬天出現(xiàn) -5℃ 上下的天氣了。因此，冬季氣溫降至 0℃ 以下，就有可能引起商品混凝土的凍害，不僅僅是長江以北商品混凝土企業(yè)應關注的問題，廣大的江南溫暖地區(qū)，也可能因偶爾不期而遇的低溫寒潮、大風降溫，帶來的“意外”事故。

商品混凝土與一般自拌混凝土的共同點是，混凝土拌合物的用水量不是根據(jù)水泥的水化需要，而是為了滿足混凝土的施工性能需要較多的自由水。當混凝土溫度降 0℃ 以下時，混凝土中的自由水由液態(tài)的水轉化成固態(tài)的冰，其體積約增大 9%，產生很大的凍脹破壞力。有學者研究此凍脹力在密閉的容器中，有可能達到 100MPa。新澆的混凝土即便已開始凝結硬化，但初始強度低，沒有達到抵抗破壞的最低強度，不能抵抗此凍脹力而導致破壞。氣溫恢復到 0℃ 以上后，水泥雖仍可繼續(xù)水化，其 28 天強度也會大大削弱，甚至不到標準養(yǎng)護強度的 60%（圖 2）[1]。因此，如何使混凝土在可能遭受凍害前，盡快達到受凍的臨界強度，是冬季施工與養(yǎng)護管理的中心環(huán)節(jié)。老混凝土只要含水率低于 85%，即使0℃ 的水轉化成 0℃ 的冰，也不會對混凝土造成危害，凍融循環(huán)破壞主要發(fā)生在水位變化頻繁，含水率高于 85% 的冰凍區(qū)。

圖 1 養(yǎng)護溫度對混凝土強度的影響

圖 2 混凝土強度與凍結齡期的關系

1 臨界強度的概念

臨界強度的含義是指冬期澆筑的混凝土在受凍前必須有一個預養(yǎng)期，使之達到一個臨界強度值，混凝土在達到此臨界值后，即使再處于負溫環(huán)境，只是涉及強度不再增長，而不致因自由水的結冰凍脹,而帶來后期強度的損失。

冬期施工臨界強度大小與混凝土的水泥品種、外加劑類型及強度等級等有直接關系。各國對臨界強度值的規(guī)定也不盡相同，1974 年德國就提出過 5.0MPa 的規(guī)定；美國在 1978年提過 3.5MPa。1981 年日本也分別在規(guī)范中規(guī)定了 3.5MPa和 5.0MPa 兩個值；前蘇聯(lián)的 RILE39-BH 委員會則在規(guī)范中明確規(guī)定為應達到設計強度的 20%。我國的專家學者在分析國內外對此問題研究的基礎上，我國的行業(yè)標準 JGJ 104—2011《建筑工程冬期施工規(guī)程》明確規(guī)定：對于冬季施工僅采用保溫蓄熱而未摻外加劑的混凝土比較嚴格。當采用硅酸鹽或普通硅酸鹽水泥時，為設計強度值的 30%；當采用礦渣水泥時，則為設計強度的 40%，但當混凝土強度等級為 C10及以下時，也不得小于 5.0MPa。目前，商品混凝土冬季使用的外加劑，根據(jù)最低氣溫的要求，可分別選擇摻用早強型復合減水劑或防凍型復合減水劑。對此摻用外加劑的商品混凝土，當室外氣溫不低于 -15℃時，臨界強度值應為 4.0MPa。最低氣溫在 -15℃～-30℃時，新澆筑混凝土的臨界強度應不低于 5MPa[2]。

還應指出的是，在冬季混凝土施工中既使不屬于冬期施工，環(huán)境氣溫低于 5℃以下，其強度增長很慢，有人視為水化基本停止，應注意混凝土的保溫蓄熱的養(yǎng)護。因此，在這里應注意到混凝土強度增長與溫度、濕度的關系是十分必要的，參看圖 1、圖 3[1]。

圖 3 混凝土強度與保潮時間的關系

2 冬季施工與冬期施工是有區(qū)別的

建筑工程中混凝土冬期施工規(guī)范中的“冬期”與“冬季”施工在概念上不盡相同。我國的冬季的劃分如前所述，而規(guī)范 JGJ 104—2011《建筑工程冬期施工規(guī)程》中的冬期施工有其另外的明確界定：根據(jù)當?shù)囟嗄隁庀筚Y料統(tǒng)計，當室外日平均氣溫連續(xù) 5d 穩(wěn)定低于 5℃ 時，即進入冬期施工；當室外日平均氣溫連續(xù) 5d 高于 5℃ 時解除冬期施工”。此規(guī)定的精神與一年中的月份沒有直接關系。黃河南北的廣大地區(qū)屬于冬季的月份，雖在冬至后有明顯的寒冷特征，但應該注意的是，并非連續(xù) 5d 平均氣溫低于 5℃，不應屬于冬期施工。如遇到大風、降溫天氣，或寒潮突襲，有可能最低氣溫出現(xiàn) 0～-5℃ 甚至更低，為防止混凝土受凍，都需采取一定的防寒、防凍養(yǎng)護措施。此種凍害，常發(fā)生在剛澆筑的混凝土中，由于飽和含水結冰，混凝土中的自由水析出成冰粒，如同“凍豆腐”，破壞了漿體的初始結構，水泥漿體與骨料與鋼筋的界面會因自由水的結冰而嚴重削弱，不僅顯著影響其28 天強度，耐久性也會受到極大的影響。此種情況愈是發(fā)生在早期，其影響愈大。如不及時采取應對措施，即使氣溫恢復到 0℃ 以上，水泥可繼續(xù)水化，其強度損失也達 60% 左右[1]。

3 “防凍劑”并不防凍

市場上有什么需求，受利潤驅動就會有什么產品銷售。有些工程因工期要求冬季停不下來，總希望摻“防凍劑” 的外加劑能照常施工，實際市場上常見的一般防凍型外加劑并不能降低冰點，只能以加速水化通過縮短達到臨界前的預養(yǎng)期的方法，達到預防凍害的目的。除東北、內蒙、烏魯木齊等地嚴寒地區(qū)外，在長城以南的寒冷的北方，冬季最低氣溫＞-15℃ 的北京、天津、蘭州、石家莊、太原等，都可以在采用保溫蓄熱綜合法的同時，摻用防凍型或早強型復合外加劑達到繼續(xù)施工的目的。這種防凍型或早強型復合外加劑主要有減水劑、引氣劑、早強劑和少量防凍劑以水為載體制成，其降低冰點的作用很小，主要靠適當提高單方水泥摻量，降低水膠比，充分利用水泥水化的水化熱和保溫、蓄熱養(yǎng)護，靠混凝土的自身溫度，加速水化，使之縮短預養(yǎng)期，盡早達到臨界強度來滿足預防凍害的需求。設想完全靠防凍劑降低冰點的做法是不現(xiàn)實的。據(jù)研究[2]在冬季氣溫＜-15℃ 的嚴寒地區(qū)的施工，僅靠防凍劑施工，在采用發(fā)熱量較大的快硬硫鋁酸鹽水泥施工的條件下，采用亞硝酸鈉（NaNO2）作防凍劑，達到預計施工氣溫的 NaNO2摻量[2]如表 1。

表 1 預計施工氣溫的 NaNO2摻量 %

從表 1 的冬季施工按降低冰點的 NaNO2摻量看，即使要求僅滿足在 -5℃ 氣溫的要求，在采用硫鋁酸鹽水泥施工，防凍劑亞硝酸鈉的摻量也要在 1.0% 上下，這比水劑外加劑中減水劑的有效成分摻量還要多，在一般施工中摻用膠凝材料的2%～3% 防凍型復合外加劑中，根本就溶不進去。更別說在-5～-15℃ 氣溫下的施工了。因之，黃河南北的廣大地區(qū)，混凝土澆筑后的保溫、蓄熱養(yǎng)護措施是十分重要的，充分利用水泥水化自身的熱量，加速水泥水化，使之盡早達到臨界強度，以避免凍害事故的發(fā)生，是優(yōu)先采用的措施。那種完全依賴防凍劑解決冬季施工凍害的方法是欠妥的。

4 進入冬季商品混凝土公司應注意的事項

總體上應凡事預則立，以預防為主，首先商品混凝土公司做好冬季施工準備，為施工方提供優(yōu)質的冬季施工混凝土，并提前與施工方在冬季施工中保溫蓄熱養(yǎng)護上進行充分的溝通，共同應對冬季混凝土施工中的種種問題，為業(yè)主交付一個滿意的工程。

4.1 商品混凝土公司本身應做好的冬季施工準備

4.1.1 原材料準備

（1）應量選用水化熱較大的 R 型硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥為主，且強度等級不應低于 42.5。不宜用礦渣水泥、粉煤灰水泥或火山灰水泥。因特殊情況的需要提前竣工，也可選用硫鋁酸鹽水泥，以保證在冬期氣溫較低的情況下，混凝土有較大的發(fā)熱量，為保溫蓄熱養(yǎng)護提供必要的條件。

（2）砂石料的質量和規(guī)格應嚴格把關，含泥量不大于3%，含水量不大于 1%。砂石料進場后堆放有序，注意防凍。不允許含有凍結的砂石料或冰塊進入生產流程。

（3）外加劑的選用是混凝土冬季或冬期施工的重要環(huán)節(jié)，應提前做好準備。按大江南北地區(qū)的冬季氣候條件，冬季一般氣溫為 0～-15℃，商品混凝土施工，采用保溫蓄熱綜合法，當最低氣溫在 0～-10℃ 時，一般采用早強型復合減水劑；最低氣溫為 -5～-15℃ 時應選擇防凍型復合減水劑。目前商品混凝土使用的水劑外加劑，推薦摻量一般是1.5%～2.0%，這對復合早強劑和防凍劑，達到有效的摻量都是很難的。上兩種冬季施工的外加劑，應通過試驗，其摻量可提高到 3%～5%，或者把防凍劑和復合減水劑分別按需要摻用。但需要強調的是，商品混凝土摻用這種外加劑后，一般情況下，其降低冰點的作用是有限的，保溫蓄熱措施仍是必不可少的重要環(huán)節(jié)。

4.1.2 調整好配合比

為適應冬季施工的需要，首先選用復合有引氣劑、早強劑或防凍劑的外加劑，并適當增大水泥用量10～20kg/m3，適當降低水膠比，結構混凝土水膠比不得大于 0.6，膠凝材料用量不宜小于 300kg/m3。良好的混凝土質量，是冬季施工確保混凝土工程質量的前提。

4.1.3 適當延長攪拌時間，必要時使用熱水攪拌

混凝土的攪拌時間適當延長，入模溫度不得低于 5℃。在氣溫處于 -10℃ 以下時，可預熱砂石或使用熱水攪拌時，但水溫不宜高于 80℃，調整加料順序，不能直接加到水泥上。更不能用含有凍結塊的砂石或冰塊的水攪拌混凝土。坍落度在滿足施工要求的前提下盡可能小。

4.1.4 做好設備檢修

進入冬季施工無論是攪拌或運輸車輛都會因氣溫太低而發(fā)生變化，如攪拌樓的上水管和外加劑上料管的防寒防凍，要加強保溫措施。車輛要做好檢修和更換冬季潤滑油加好防凍劑。

4.2 加強與施工方充分溝通

冬季混凝土工程質量問題，商砼公司僅能提供合格的混凝土產品是遠遠不夠的，施工方才是矛盾的主要方面，沒有施工方對混凝土冬季施工的主動性、積極性，確?；炷凉こ藤|量是不可能的。因此，商品混凝土公司應提前以各種方式及時與施工單位溝通，以行業(yè)標準 JGJ 104—2011《建筑工程冬季施工規(guī)程》為依據(jù)，針對具體工程與當?shù)氐沫h(huán)境氣溫，具體問題具體分析，雙方共同商討如何處理混凝土冬季施工中的有關問題，凡事預則立，以預防為主確保冬季施工的混凝土質量。

（1）在當?shù)貧鉁夭恍∮?-15℃ 的條件下，都可采用以保溫蓄熱為主并摻用早強型或防凍型復合外加劑的施工方法。施工中宜用木模板, 并根據(jù)結構的表面系數(shù)和物的類型，采用相應的保溫蓄熱覆蓋方式，必要時可采用暖棚施工，為此，應提前做好防寒防凍的物資準備。如常用的塑料薄膜、彩條布、棉毯、草袋、架桿等。

（2）混凝土的澆筑工作盡可能安排在氣溫較高的上午，以利進入低溫前有較長的正溫預養(yǎng)期，混凝土也不得澆筑在有冰雪或溫度低于 2℃ 的地面上。氣溫低于 5℃ 時，不宜灑水養(yǎng)護。

（3）拆模時溫差不宜過早。在混凝土蓄熱法養(yǎng)護拆模時，一要注意混凝土結構的實際強度，適當延長拆模時間；二要注意混凝土溫度與環(huán)境氣溫溫差不得大于 20℃，并在拆模后再次覆蓋養(yǎng)護不少于 14 天，以保證強度的繼續(xù)增長。

（4）在冬季因晝夜溫差較大，夜間常低于 0℃ 以下，應加強溫度監(jiān)控。達到臨界強度前每 2 小時測溫不得少于一次，發(fā)現(xiàn)接近于 0℃ 時，以便及時采取措施。

（5）明確冬季施工中的強度檢測概念，并加強對實際結構的強度檢測，預留同條件檢測試塊?；炷恋膹姸缺仨氁詷藴蕳l件下制作和養(yǎng)護的 28d 強度為準。結構驗收中的回彈檢測都應滿足 600℃·d[5]的要求，以免產生不必要的質量糾紛。

（6）萬一發(fā)生凍害的應急措施。

凍害的發(fā)生多在當天午后澆筑的混凝土，白天氣溫低于5℃上下時，本來水泥水化很慢，夜間氣溫進入負溫度，水化完全停止，混凝土還未到初凝，且含有較多飽和自由水，由于結冰析出，原有的漿體結構遭到破壞。此時如處理不當，既使白天氣溫恢復到正溫以上，強度雖可繼續(xù)增長，其強度損失也是難以挽回的（圖 2）。

如遇上述凍害不必驚慌失措，應看到此時混凝土還遠未達到終凝，漿體中水泥水化產物并未形成結構。當白天恢復到正溫混凝土解凍后，對受凍混凝土表面重新搓拍提漿、抹面，使之恢復原有漿體結構，認真復蓋保溫蓄熱，強度增長可不受影響。甚至，因部分水份蒸發(fā)，水膠比降低強度還有所提高。

5 結束語

在冬季因氣溫條件不同，對商品混凝土和施工方法也應有相應的調整，這是混凝土工程因氣溫變化的矛盾特殊性表現(xiàn)。一種有效的施工方法或理論都是相對的、有一定的時間空間條件。沒有一成不變的配合比，也沒有用在任何氣溫條件下都適宜的施工方法。

[1] 楊靜．建筑材料[M]．北京：中國水利水電出版社，2004.

[2] JGJ 104—2011．建筑工程冬期施工規(guī)程[S]．

[3] GB 50119—2013．混凝土外加劑應用技術規(guī)范[S]．

[4] 趙衛(wèi)星，趙銀花，金艷，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. 鋼筋混凝土結構施工質量的驗收規(guī)范[S].

［通訊地址］上海奇齊科技開發(fā)實業(yè)有限公司（201600）

王永逵（1934—），副教授，前蘭州鐵道學院建材室主任