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寒冷地区混凝土冬季施工方法研究 【摘要】我国北方气候寒冷，每年都有较长的时间处于温度较低的冬季。在进行工程施工时，大多数情况下会受到工期限制而必须在冬季进行施工。冬季温度较低，对混凝土施工有着较大的影响，致使混凝土施工过程更为复杂，同时特别容易出现混凝土质量问题。本文对寒冷地区混凝土冬季施工方法进行了相应的研究，希望对相关人士有所帮助。 【关键词】寒冷地区；混凝土；施工方法 一、前言 寒冷地区冬季施工受温度的影响，工程施工很难进行，施工过程中工程的质量便是决定施工能否正常进行的重要因素。随着市场经济快速发展，解决好寒冷地区冬季施工问题对于减少工程造价，加快国民经济建设势在必行。因此，如何解决好冬季施工面临的困境，保障施工的质量对于国民经济的持续增长、社会的高速发展都是相当必要的。冬季施工中，严格控制混凝土的施工质量就成为了重中之重。 二、冬季混凝土工程施工的一般原理 混凝土拌和物浇灌后之所以能逐渐凝结和硬化，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）变为固相（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，也就是完全由液相变为固相时，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%，同时产生很大的冰胀应力。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（即早期受冻破坏）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各样的空隙，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。 三、混凝土冬季施工的材料储备保温和加温 1、注意混凝土材料的保温工作 混合料在运输途中，若保温措施不当极易受冻，因此必须在进入冬期之前就安排砂石混合料进场，并且在冬期开始前用棉毡、草袋覆盖保温，将砂石料温度始终维持在0以上，防止其遭受冻害影响。在保温运输途中，如有冰雪、冻块混入搅拌机，会在一定程度上降低混合料温度；难以融化、粉碎的冻块会堵塞输料口，降低混凝土拌和质量。外加剂、水泥使用前不必直接加温，为防止其受冻，须妥善存放在暖棚、库房内。另外，水源储备问题也是冬期施工必须考虑的。 2、施工材料的拌合加温 搅拌站要搭建保温暖棚来维持砂石料的正常温度，同时要适当加温混凝土拌合料，拌合水加热温度，根据混凝土拌合物混合温度和计算控制。水的加热温度控制在80以内。若骨料无需加热，则允许水温超过80，但是要先投入骨料和已加热的水进行搅拌均匀，再加水泥，以免热水直接接触水泥影响拌和质量。若加热水达不到预期要求，可均匀加热骨料，温度不宜超过60。片石掺用前须预热。使用水泥前先将其存放在暖棚里预热，但切忌直接加热，以免破坏拌和效果。每次工作完华后，搅拌筒内必须用粗石子加清水洗干净，按出料方法操作，把筒内积水排尽，同时也要对搅拌筒外表及底座周围的水泥残渣进行冲洗，正确处理和保养能延长搅拌筒的使用寿命。 四、混凝土配合设计和浇筑 1、合理的混凝土配合比 由实验室通过实验确定，除满足确定、耐久性要求和节约原材料外，应该具有施工要求的和易性。因此要实验室设计合理的配比，必须提供合格的水泥、砂、石。水泥控制强度，砂控制细度、含水率、含泥量等，石控制含水率及含泥量等。只有材料达到合格要求，才能做出合理的混凝土配合比，才能使施工得以正常合理的进行，达到设计和验收标准。 2、混凝土的浇筑 浇筑之前，要对模板以及钢筋做认真清理，并在清理后及时浇筑混凝土，然后立即覆盖保温；拌合物的容器应该具备保温措施，混凝土在浇筑过程中要尽量提高速度，以防止混凝土内的热量散失过快。混凝土的入模温度一般取1520，养护前的温度不得低于2。且不得在强冻胀地基上浇筑混凝土，当在弱冻胀地基上浇筑混凝土时，应对基土采取一系列保温措施，以免遭冻，当在非冻胀性地基土上浇筑混凝土时，混凝土在受冻前，其抗压强度不得低于临界强度。对于现浇结构，要注意混凝土的浇筑程序和施工缝的位置，防止在加热养护时产生较大的温度应力，破坏结构。 五、冬季混凝土拌制和运输 通常情况下，对混凝土进行冬季施工时，硅酸盐水泥或者普通硅酸盐水泥是首选，在水泥标号方面不低于32.5，每立方米混凝土水泥用量不少于300公斤，水灰比控制在0.6，同时加入早强剂，必要时加入防冻剂。对混凝土进行冷却，当温度达到5后，进行拆模。当混凝土与外界之间的温差超过20时，为了确保施工质量，拆除模板后，需要将遮挡物覆盖在混凝土的表面实施保温，对混凝土在一定程度上进行缓慢冷却。在拌制混凝土混合物的过程中，为了保持骨料的清洁，需要清除骨料中含有的冰雪、冻块、易冻裂的物质等。如果加入的外加剂中含有钾、钠等离子，活性骨料在这种情况下不能使用。在拌制混凝土时，需要加入外加剂，外加剂的状态不同，需要采取不同的拌制措施。例如，对于粉剂外加剂，通常情况下需要与混合料一起进行搅拌；对于液体外加剂，通常情况下需要加入水与混合料一起搅拌。当施工现场的温度处于0左右时，可以将早强剂添加到混凝土中，同时按照使用要求及规范规定确定掺量。在拆模过程中，通过提高混凝土的设计等级，进而在一定程度上满足混凝土在时间方面存在限期的要求。对于掺有外加剂的混凝土，在搅拌时间方面，其搅拌时间通常是常温的1.5倍；温度方面，出机温度和入模温度分别不低于10和5。 六、冬季混凝土施工的具体工艺方法 1、调整配合比方法 使用硅酸盐早强混凝土或者使用硫铝酸盐早强混凝土。在负温下施工时，为使混凝土加速硬化，在混凝土中也适宜掺入亚硝酸钠。施工方法为： （1）选择硫铝酸盐早强水泥，可以采用热水拌和，水温不超过50，混凝土拌合物温度宜为515。水泥不得直接加热或者直接与30以上热水接触。 （2）采用机械搅拌时，混凝土出罐时应注意搅拌桶内的拌合物倒净，每隔0.51h刷罐一次，以免残留物积累后造成“铸罐”现象。 （3）拌合物应该在30min内浇注完毕。混凝土入模温度不应该低于2。当拌合物失去流动性以后不得加水二次搅拌。 （4）浇注完毕后应该在混凝土表面覆盖一层塑料薄膜防止失水，并应根据气温情况适当保温。 （5）环境气温为零下时，应使混凝土在养护初期的12砚4h内保持正温，以保证强度的增长。梁柱接头除保温外，还应在浇筑前进行预热，以减少热损失。 （6）硫铝酸盐水泥混凝土施工时，养护温度不得高于30。硫铝酸盐水泥应加强保管，不得与其他品种水泥混合使用。 2、蓄热法 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，还储备有相当的热量，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，且要延长养护龄期。 蓄热法具有经济简便节能等优点，混凝土在较低的温度下硬化，其最终强度损失少，耐久性能较高，可以获得较优质量的制品。但使用蓄热法施工强度增长较慢，因此易于选用强度较高水化热较大的硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥或快硬硅酸盐水泥，同时选用导热系数小廉价耐用的保温材料。 3、外部加热法 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能正常硬化。 （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。混凝土的蒸汽加热分为两种情况，一是让蒸汽与混凝土直接接触，利用蒸汽的湿热作用来养护混凝土，二是将蒸汽作为热载体，通过某种形式的散热器使热量传导给混凝土，使混凝土升温。前者有蒸汽室和蒸汽套法以及内部通气法，而毛管法和热模则属于后者。 （3）电加热。一般可以分为电热毯加热法、工频涡流加热法和线圈感应加热法三类。 电热毯加热法是以电热毯作为加热元件，使用于以钢模板浇注的构件。电热毯由四层玻璃纤维布中间夹以电阻丝制成。 工频涡流加热法在钢模板的外侧铺设钢管，钢管与顶面紧贴并且焊牢，管内穿以导线，当导线中有电流通过时，在管壁上产生热效应，使混凝土升温。 线圈感应加热法是用绝缘电缆缠绕在梁、柱构件的表面以形成线圈，通电后使钢模板、钢筋或者构件内所含的型钢发热升温并加热混凝土。优点是易于控制，加热均匀。 4、抗冻外加剂法 （1）提高早期强度。掺入防冻剂后可在规定的施工环境温度下最大限度的提高早期强度。利用防冻剂中的早强和减水成分使混凝土早期强度尽快提高，当混凝土的强度达到或者超过了临界强度之后，就不会发生冻害了。 （2）防治混凝土受冻破坏。防冻剂中的有效组分之一是降低冰点的物质。它的主要作用是使混凝土中的水分尽可能低的温度下结冰，防止水分冻结而产生的冻涨力破坏混凝土结构。它的另外一个作用是干扰冰晶的生长发生变异，从而减少了冻涨力。同时保证了一部分不结冰的水分，以维持水化反映的进行，保证了负温下混凝土强度的增长。冬期施工的混凝土结构工程，应根据混凝土防冻剂的品种，选择防冻剂的用量圈。 5、暖棚法 暖棚法就是在混凝土浇筑仓上搭设暖棚，棚内通常用蒸汽排管或暖风机供热，使棚内温度保持在05左右，混凝土的浇注和养护均在棚内进行。本法的优点是：操作和施工与常温无异，劳动条件好，劳动效率较高。混凝土质量有可靠保证，不易发生冻害。缺点是：暖棚搭设需要大量材料和人工，供热需要大量能源，费用较高。暖棚法适用于混凝土工程较为集中的区域，尤其适用于混凝土工程较多的地下工程。当日平均气温低于-10时，暖棚法不易奏效。 6、综合蓄热法热模法 综合蓄热法是对混凝土原材料进行加热，以提高混凝土的入模温度，成型后对其表面进行覆盖保温。同时，利用水泥的水化热和掺外加剂的方法使混凝土在受冻前达到抗冻临界强度，转入负温后强度继续增长。综合蓄热法可以看作是一种复合了几种常见冬季施工工艺的养护方法。综合蓄热法养护工艺简单，费用低。技术上可行优先采用。 七、结束语 在寒冷地区冬季的混凝土施工存在很多的局限条件，由于温度低，水化作用、和易性都受到很大的影响，混凝土强度受到水泥与水化水间的水化作用和游离水的蒸发作用很大程度的影响，这使得冬季混凝土施工难度增大。因此，做好冬季施工工作，需要分析混凝土冬季施工的特点，施工前做好防范措施，施工过程中采用适当的施工操作方法，并在混凝土浇筑完成后及时做好养护工作。相信只要采取科学有效的施工管理工作，对施工技术人员做好培训工作，严格按照混凝土冬季施工的流程进行施工，就一定能确保混凝土冬季施工