—中国建筑业协会混凝土分会会刊—

本文将从冬季混凝土施工的原理、施工方法、技术措施三方面进行介绍。

什么是冬期施工

⊙根据JGJ/T104-2011《建筑工程冬期施工规程》规定，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。混凝土结构工程应采取冬期施工措施，并应采取气温突然下降的防冻措施。

一、冬季混凝土工程施工的一般原理

混凝土拌合物浇筑后之所以逐渐凝结和硬化，直至获得最终强度，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，强度增长液较快；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%，同时产生约2500 kg/平方厘米的膨胀应力。这个应力值常常大于水泥石内部形成的初期强度值，使混凝土收到不同程度的破坏（即早起受冻破坏）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，从而影响混凝土的抗压强度。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，国内外许多学者对水在混凝土中的形态进行大量的试验。研究结果表明，新浇筑混凝土在冻结前有一段预养期，可以增加其内部液相，减少固相，加速水泥的水化作用。试验研究还表明，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（如达到R28的35%）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混凝土受冻后，后期强度都有不用程度的损失。

由此可见，混凝土冻结前，要使其在正常温度下有一段预养期，以加速水泥的水化作用，使混凝土获得不遭受冻害的最低强度，一般称临界强度，即可达到预期效果。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强度等级的30%，也不得低于35千克每平方厘米。

混凝土冻害的危害

1、降低混凝土强度

2、造成混凝土裂缝

3、混凝土中钢筋的锈蚀

4、降低混凝土耐久性能

施工前的准备工作

（1）混凝土浇筑前应清除模板和钢筋上的冰雪及垃圾，尤其是新老混凝土交接处（如梁柱交接处），但不得用水冲洗。

（2）浇筑前应准备好混凝土覆盖用保温材料，如塑料薄膜、彩条布、棉毡和草帘等，做好相应的防冻保温措施。并采取必要的挡风、封闭措施，以提高保温效果。

（3）不得在冻土层上进行混凝土浇筑，浇筑前，必须设法升温使冻土消融。混凝土接槎时，应预热旧槎，浇筑后加强保温，防止接槎受冻。

（4）如果混凝土的坍落度过小，不能满足施工要求时，可在混凝土公司技术人员的指导下，使用外加剂调整，严禁用加水的办法调整混凝土坍落度。

混凝土浇筑

（1）为保证混凝土的浇筑质量，防止温度发生变化影响质量，混凝土运至施工单位浇筑地点后应尽快浇筑，宜在90min内卸料；采用翻斗车运输时，宜在60min内卸料。

（2）冬施期间泵车润管水不得放入模板内；润管用过的砂浆也不得放入模板内，更不准集中浇筑在构件结构内。

（3）在浇筑过程中，施工单位应随时观察混凝土拌合物的均匀性和稠度变化。当浇筑现场发现混凝土坍落度与要求发生变化时，应及时与混凝土公司联系，以便及时进行调整。进入浇筑现场的混凝土严禁随意加水，更应杜绝边加水边泵送浇筑的行为发生。

（4）当楼板、梁、墙、柱一起浇筑时，先浇筑墙柱、混凝土沉实后，再浇筑梁和楼板。浇筑墙、柱等较高构件时，一次浇筑高度以混凝土不离析为准，一般每层不超过500mm，捣平后再浇筑上层，浇筑时更注意振捣到位，使混凝土充满试模，不在显著下沉，无明显气泡排出。

（5）分层浇注厚大的整体式结构混凝土时，已浇注层的混凝土温度在未被上一层混凝土覆盖前不应低于2℃。采用加热养护时，养护前的温度不得低于2℃。

（6）混凝土的入模温度不得低于5℃，浇注后，对混凝土结构易冻部位，必须加强保温以防冻害。

适时合理地抹压

（1）冬期混凝土初凝时间一般为8~12小时，终凝为12~16小时。因此应适当把握好抹面时机，并在初凝前（用手轻按表面可留下指痕）进行二次抹面，可以减少表面裂缝。混凝土墙、柱等边模的拆模时间应适当延长，以避免表面发生脱皮等影响外观质量。

（2）混凝土初凝前用刮尺赶平，用木抹子第一次抹面，初凝后到终凝前用铁抹子碾压表面数遍，将表面不均匀、不规则裂缝闭合，最后用收光抹子第二次抹面，闭合收水裂缝，随后立即在混凝土表面覆盖塑料薄膜，使混凝土内蒸发的游离水积在混凝土表面进行保温养护，在薄膜上再盖草帘子。

混凝土的养护

（1）混凝土经过相关施工工艺处理后，应及时覆盖塑料薄膜并加盖草帘、棉毡等保温养护，以保证混凝土初凝前不受冻。根据施工工程部位及气温情况，可参照以下方法进行覆盖：

• 当气温在0℃~5℃时，盖一层棉毡或草帘和一层塑料薄膜；
• 当气温在-5℃~0℃时，盖两层棉毡或草帘和一层塑料薄膜；
• 当气温在-10℃~-5℃时，盖三层棉毡或草帘和一层塑料薄膜；
• 当气温低于-10℃时，盖四层棉毡或草帘和一层塑料薄膜；
• 低于-15℃时应采用加温和其他材料（如岩棉、苯板等）进行保温，其保温层厚度，材质应根据计算确定。

（2）养护初期，派专人负责测温并详细记录整个养护期的温度变化，每昼夜最少四次测量混凝土和环境温度以便发现问题及时采取措施补救。

（3）在模板外部保温时，除基础可随浇筑随保温外，其它结构须在设置保温材料后方可浇筑混凝土。钢模表面可先挂草帘、麻袋等保温材料并扎牢然后再浇筑混凝土。

（4）混凝土终凝后应立即进行覆盖保温养护，按国家标准要求养护时间不得少于14天，若早期养护不到位，其28天强度将受很大影响。

（5）拆模后的混凝土也应及时覆盖保温材料，以防混凝土表面温度骤降而产生裂缝。

模板牢固，适时加荷、拆模

（1）拆模时混凝土必须达到规定的拆模强度，过早拆模、承重会导致混凝土表面撕裂产生裂缝等质量问题。在混凝土未达到1.2MPa前，不准在幼龄混凝土上面踩踏、支模和加荷。不要过早在楼板上进行施工作业或堆放重物，以减少或避免结构产生收缩变形裂缝。

（2）混凝土拆模时要注意拆模式时间及顺序，特别对于梁、墙板等结构应适当延长拆模时间，拆模后应继续进行养护。

（3）模板和保温层，应在混凝土冷却到5℃后方可拆除。未冷却的混凝土有较高的脆性，所以结构在冷却前不得遭受冲击或动力荷载的作用。当混凝土与外界温差大于20℃时，拆模后的混凝土表面，应临时覆盖，使其缓慢冷却。

（4）根据同条件养护的试块强度决定拆模时间。

二、冬季混凝土施工方法

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，工程结构状况（工程量、结构厚大程度与外露情况），工期紧迫程度，水泥的品种及价格，早强剂、减水剂、抗冻剂的性能及价格，保温材料的性能及价格，热源的条件等，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4种方法。

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-10℃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。

三、冬季混凝土施工技术措施

1、冬季施工混凝土组成材料的要求：

• 骨料中不得有冰块、雪团和有机物，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，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。

2、冬季混凝土搅拌及运输的要求混凝土的搅拌：

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混凝土，以避免水泥假凝，混凝土搅拌的时间不得少于3分钟。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被进行保温，保温被的覆盖应整齐、严密，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、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。