混凝土冬季施工质量控制.docx

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，强度增长也较快；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标号的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
防止混凝土冻害的一般原则：
1. 减少用水量
2. 提高早期的强度
3. 减低水的冰点、
4. “缓冲”冰对混凝土内部结构的压力
5. 降低混凝土体积变化
混凝土防冻剂的作用机理：
1.防冻剂中减水成分：减少混凝土搅拌用水，提高混凝土强度；减少混凝土拌合物中自由水的含量，减低受冻害的几率。
2.防冻剂中早强成分：使混凝土早期强度提高，在水结冰前使混凝土超过临界强度，降低冰对混凝土强度的影响。
3.防冻剂中引气成分：均匀、稳定而封闭的微小气泡，减轻水到冰的过程引起的体积变化对混凝土造成的压力和体积变化。
防冻剂有效使用温度的规定：
1. 防冻剂的有效作用温度
2. 防冻剂对混凝土结构的实际“有效作用温度”
3. 对防冻剂适用温度的规定
混凝土防冻剂的作用：
1. 防冻剂迅速提高早期强度。
2. 防冻剂不能根本改变混凝土在低温强度增长的规律。
3. 防冻剂掺量对混凝土强度的影响
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。目前基本上采用以下4中方法。
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鞥呢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：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。