商品混凝土冬季施工的技术管理.docx

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商品混凝土冬季施工的技术管理

商品混凝土冬季施工的技术管理

『摘要』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，有可能造混凝土结冰,引发冻害质量事故。

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的技术管理。

『关键词』:

冬季 冬期 临界强度 防冻剂 保温蓄热

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，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。

它的普遍联系主要表现在它与温、湿度及其对措应施等。

冬季气温多在5℃以下，甚至更低，不仅不利于水泥水化，甚至带来冻害。

使用的水泥品种及对应采用的一切应对措施，是联系普遍性表现。

冬季的低温以及不期而遇的大风降温、寒潮与水泥水化对温、湿度要求是对立统一关系，是一对矛盾，也是非常温条件下的一种矛盾特殊性。

混凝土的冬季施工也不能千篇一律，也要结合工程及其所处环境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正常施工，避免冻害发生和可能采取的一切相关措施，是解决混凝土冬季施工中矛盾发展的动力。

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，如何预防冬季新浇混凝土因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，因冬季气温降至0℃以下，可能引起商品混凝土的冻害，不仅仅是长江以北商砼企业应关注的问题，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水化需要，而是依据施工要求，是饱和含水状态，自由水较多，商品混凝土尤甚。

在0℃以下，由 0℃的水转化成0℃的冰体积增大约9%，产生很大的冻胀力。

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凝结硬化，但因初始强度低，不能足以抵抗此冻胀力而导致破坏。

当气温恢复到0℃以上，水泥虽仍可继续水化，28天强度也会大大削弱，甚至不到标准养护强度的60%『1』﹙图－2﹚。

因此，如何使混凝土在可能遭受冻害前尽快达到临界强度，是冬季施工技术理中心环节。

老混凝土只要含水率低于85％，0℃的水转化成0℃的冰体积增大9%，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。

1.临界强度的概念

临界强度的含义是指新浇混凝土在遭受冻害前，必需具有一定的早期强度值。

混凝土在达到此临界值后，即使再处于低温环境，只是涉及强度增长慢，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。

在国外，早在1974年西德就提出过5.0MPa的规定，随后美国在1978年提过3.5MPa。

三年后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%。

由此可见，各国对临界强度的规定应为多大合适尚不一致。

我国的专家学者在分析国内外对此问题研究的基础上，1998年在编制我国行业标准《建筑工程冬期施工规程》（JGJ104-2011）时明确规定：

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，商品混凝土普遍使用外加剂，在冬季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℃，临界强度值应为4.0MPa。

长城以北的严寒地区，如哈尔滨、内蒙、乌鲁木齐等地冬季最低气湿有时到－15℃以下，新浇筑混凝土的临界强度应不低于10MPa『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，应注意混凝土保温蓄热的养护。

对抗压强度的检测，非标准方法成型或非标准养护或同条件养护的试块，其28天抗压强度的检测结果，都不应作不合格判断的依据。

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』。

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”，与其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JGJ104中的冬期施工有其另外的明确界定：

根据当地气象资料统计，当室外日平均气温连续5天稳定低于5℃时，即进入冬期施工；当室外日平均气温连续5天高于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，虽在冬至后有明显特征，但应该注意的一个问题是，并非连续5天平均气温低于5℃,不属冬期施工。

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，都需采取一定的防寒防冻措施，以免混凝土受冻。

此种冻害，常发生在刚浇筑的混凝土，由于饱和含水结冰，混凝土中的自由水淅出成冰粒，如同“冻豆腐”，破坏了浆体的初始结构，愈是发生在早期，其28天强度损失愈大。

此种情况如不及时采取应对措施，即使气温恢复到0℃以上，水泥继续水化，其强度损失可达60%左右『1』。

3.万一发生冻害的应对措施

3.1 以预防为主。

天有不测风云，如遇寒潮突袭，大风降温天气，或有可能最低气温出现0℃以下时，商砼公司应提前以各种联略方式及时与施工单位沟通，提醒甲方及时对新浇筑的混凝土采取防寒、保温蓄热措施，以免新浇筑的混凝土遭受冻害。

 3.2冻害多在初凝前。

冻害多在当天午后浇筑的混凝土，白天气温低于5℃，水化很慢。

夜间气温进入负温度，水化完全停止，混凝土还多未到初凝，混凝土中的自由水结冰淅出，原有的浆体结构破坏。

此时如处理不当，既使白天气温恢复到正温以上，强度可继续增长，其强度损失也是必然的﹙图－2﹚。

3.3应对措施。

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。

4. “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”能照常施工。

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﹚，有可能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要求。

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、蓄热措施，靠混凝土的自身温度，加速水化，使之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，当采用发热量较大的快硬硫铝酸盐水泥施工，并选用亚硝酸钠﹙NaNO2﹚作防冻剂，达到预计施工气温的NaNO2掺量『2』如下表-1。

预计施工气温的NaNO2掺量﹙％﹚ 表-1

预计当天气温﹙℃﹚

≥－5

－5～－15

－15～－25

NaNO2掺量﹙％﹚

0.5～1.0

1.0～3.0

3.0～4.0

从表-1的冬季施工按降低冰点的NaNO2掺量看，既使要求仅满足在－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，这比水剂外加剂中的减水剂掺量还要多，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。

那种依赖防冻剂解决冬季施工的主要方法是欠妥的。

5 进入冬季商砼公司应注意的事项

由于混凝土的凝结硬化与环境气温的密切关系，因之在预期进入冬季施工前，公司的技术管理应提前做到以下准备：

5.1 冬季施工的原材料准备

水泥应以选用水化热较大的R型硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥为主，且标号不应低于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条件。

砂石料的质量和规格应严格把关，含泥量要求等级不低于Ⅱ级，含水量要尽可能低。

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。

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。

按江淮地区的冬季气候条件，最低气温一般不会低于-15℃，冬季商品混凝土施工，有施工单位的配合，一般最低气温在0℃~-5℃时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%，这对再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，其掺量都必须提高到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度的，仍然需要施工单位配合，保温蓄热措施是必不可少的重要环节。

5.2 调整好配合比

为适应冬季施工的需要，适当掺加引气剂，适当增大水泥用量，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。

5.3 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，注意入模温度不得低于5℃，在气温处于-10℃以下时可采用加热搅拌用水，且水温不高于80℃，并不得直接加到水泥上，更不能用含有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。

5.4 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。

5.5 提前做好与施工单位的协调

商砼产品只是混凝土结构工程中的一种原材料，最终质量的好坏要在工程结构上体现，为确保冬季的工程质量，施工方的配合是不可缺少的重要一环。

为此，在进入冬季前，提前与施工方沟通是十分必要的。

6 冬季施工施工方注意事项

工程质量本来不单是混凝土公司的事，进入冬季因气温异常带来一系列施工中的新问题，更应引起施工方的重视并提前做好必要的准备。

没有施工单位的配合，再好的混凝土也难保工程质量。

6.1首先在认识上沟通：

由混凝土公司提供掺用早强型或防冻型减水剂的混凝土，只是在一定的气温条件下水化，使之较早达到临界强度，降低冰点的作用是有限的。

它不能完全杜绝混凝土拌合物在0℃以下的冻害。

认为掺防冻剂后就可高枕无忧是个误解。

仍需要采取保温防寒措施。

进入冬期施工，施工单位应合理使用冬季施工附加费，充分做好准备。

6.2做好防寒防冻的物资准备。

加强温度监控做好冬季施工混凝土防寒防冻的准备。

在冬季因昼夜温差较大，夜间常低于0℃以下，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、草袋等，以便需要时能用上。

并在气温低于0℃后，应加强温度监控。

每2小时测温不得少于一次，以便及时采取措施。

6.3 精心施工。

施工中不能在已冻结或带有冰雪的地基上浇筑混凝土；对大体积需分层浇筑，注意不要漏振或过振；已浇筑层的混凝土在未被上一层混凝土覆盖前的温度不应低于2℃。

6.4 以保温蓄热综合法为主

在黄河南北地区，一般情况下，可不必采用电热法或蒸汽养护，可充分利用混凝土中的水泥水化热采用蓄热法养护。

方法是混凝土浇筑振捣完后，先覆盖一层塑料薄膜，再在其上视具体情况覆盖彩条布和草袋保温等即可。

在特殊情况下，气温低于-5℃时，也可采用增加棉毯或电热毯养护，以防混凝土在达到临界强度前受到冻害，特别是对表面功能要求比较高的水泥混凝土路面更是如此。

6.5 基础工程可利用地形。

对地下结构或地表以下的混凝土基础，可利用地形，采用暖棚法养护，必要时也可在暖棚内设置火炉。

6.6 气温低于5℃时不再洒水养护

当气温低于5℃后，应采取塑料薄膜覆盖，利用混凝土本身的水分蒸发保持养护湿度，不必洒水养护，以免水的蒸发又带走大量的热量，不利于混凝土的强度增长。

6.7充分利用正温浇筑混凝土

尽可能将混凝土浇筑工序安排在气温较高的上半天，使混凝土进入0℃以下时，有一定的预养期。

对道路施工，除注意覆盖保温保湿外，气温降到0℃前应有不少于8小时预养时间，严禁受冻。

6.8 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且不少于14天，以保证强度的继续增长。

6.9 做好冬季的强度检测管理

在冬季施工中，混凝土强度检测应严格执行标准，注意试块制作和养护，也不能用同条件养护检测强度作为评定强度的依据。

强度检测和回弹验收，都要满足600℃·d的要求。

据多年现场经验统计，未经培训的人员制作的试块，在相同养护条件下，强度要低30%左右；非标准养护的试块强度，冬季要低40%上下。

更不应发生拿同条件养护的28天试块强度，做为判定混凝土合格与否的依据。

7 结束语

在冬季因气温条件不同，对商品混凝土和施工上有其特殊要求，这是混凝土工程矛盾特殊性的表现。

对此特殊性也要具体问题具体分析。

忽视这一点也会带来事半而功倍，甚至质量事故。

但只要引起注意，采取针对性相应措施，确保工程质量也是完全可以做到的。

『参考文献』

[1] 建筑材料 杨静编著清华土木工程技术丛书

[4] 建筑工程冬期施工规程JGJ104-2011

[3] 混凝土外加剂应用技术规范GB50119-2013

[4] 商品混凝土冬期施工控制措施 赵卫星 赵银花 金艳等 『商品混凝土』2005年11期 P46~P48