冬季混凝土施工的临界强度及预养期

（一）冬季混凝土施工的一般原理

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，还随着温度的高低而变化。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，此时强度就不再增长。

水变成冰后，体积约增大9%，同时产生约2500 kg/cm2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，使混凝土受到不同程度的破坏（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黏结力，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，后期强度都有不同程度的缩减。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。

（二）混凝土浇筑

第一，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90 min内卸料；采用翻斗车运输时，宜在60 min内卸料。

第二，冬季施工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。

第三，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，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。

第四，当楼板、梁、墙、柱一起浇筑时，应先浇筑墙、柱，等待混凝土沉实后，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500 mm，捣平后再浇筑上层，浇筑时要注意振捣到位，使混凝土充满试模，不再显著下沉，无明显气泡排出。

第五，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℃。

第六，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。

（三）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：

第一，如何确定混凝土最短的养护龄期；

第二，如何防止混凝土早期冻害；

第三，如何保证混凝土后期强度和耐久性以满足要求。

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，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。

2.冬季混凝土施工方法种类

（1）调整配合比方法

调整配合比方法主要适用于在0℃左右的混凝土施工，具体流程如下：

第一，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。

第二，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。

第三，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，改善其黏聚性及保水性，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。

第四，掺加早强外加剂，缩短混凝土的凝结时间，提高早期强度。(www.xing528.com)

第五，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

蓄热法主要用于气温-10℃左右，结构比较厚大的工程。该方法就是对原材料（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，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，施工费用不高，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

抗冻外加剂法，是指在-10℃以上的气温中，对混凝土拌合物掺加一种能够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，常用的抗冻剂包括：氧化钙、氯化钠等单抗冻剂，以及亚硝酸钠加氯化钠。

（4）外部加热法

外部加热法主要用于气温-10℃以下，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。

第一，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，且释放出的二氧化碳会使新浇混凝土表面碳化，影响质量。

第二，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。

第三，电加热。将钢筋作为电极，或将电热器贴在混凝土表面，使电能转化为热能，以提高混凝土的温度。该方法简单方便，热损失较少，易控制，不足之处是电能消耗大。

第四，红外线加热。用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。

（四）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

第一，骨料：骨料中不得有冰块、雪团和有机物，骨料应易清洁、级配良好、质地坚硬；

第二，水：采用可饮用的自来水；

第三，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；

第四，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

（1）混凝土的搅拌

第一，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，先将热水与骨料拌和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 min。

第二，必要时对搅拌机周围进行防护，并进行通暖保温。

（2）混凝土的养护

第一，混凝土浇筑完成后马上用塑料布覆盖保持水分，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。

第二，适当延长混凝土养护的时间，以不少于15天为宜。

第三，加做两组混凝土同条件试块放在现场环境中，以便随时了解同条件下混凝土的抗压强度。