一、冬季混凝土工程施工的一般原理

混凝土拌合物澆筑后之所以逐漸凝結和硬化，直至獲得最終強度，是由于水泥水化作用的結果。

而水泥水化作用的速度除與混凝土本身組成材料和配合比有關外，主要是隨著溫度的高低而變化的。當溫度升高時，水化作用加快，強度增長也較快；而當溫度降低到0℃時，存在于混凝土中的水有一部分開始結冰，逐漸由液相（水）變成固相（冰）。這時參與水泥水化作用的水減少了。因此，水化作用減慢，強度增長相應較慢。溫度繼續下降，當存在于混凝土中的水完全變成冰，也就是完全液相變為固相時，水泥水化作用基本停止，此時強度就不在增長。

水變成冰后，體積約增大9%，同時產生約2500 Kg/平方厘米的膨脹應力。這個應力值常常大于水泥石內部形成的初期強度值，使混凝土收到不同程度的破壞（即早起受凍破壞）而降低強度。此外，當水變成冰后，還會在骨料和鋼筋表面上產生顆粒較大的冰凌，減弱水泥漿與骨料和鋼筋的粘結力，從而影響混凝土的抗壓強度。當冰凌融化后，又會在混凝土內部形成各種空隙，而降低混凝土的密實性及耐久性。

由此可見，在冬季混凝土施工中，水的形態變化是影響混凝土強度增長的關鍵，國內外許多學者對水在混凝土中的形態進行大量的試驗。研究結果表明，新澆筑混凝土在凍結前有一段預養期，可以增加其內部液相，減少固相，加速水泥的水化作用。試驗研究還表明，混凝土受凍前預養期愈長，強度損失愈小。

混凝土化凍后（即處在正常溫度條件下）繼續養護，其強度還會增長，不過增長的幅度大小不一。對于預養期長，獲得初期強度較高（如達到R28的35%）的混凝土受凍后，后期強度幾乎沒有損失。而對于安全預養期短，獲得初期強度比較低的混凝土受凍后，后期強度都有不用程度的損失。由此可見，混凝土凍結前，要使其在正常溫度下有一段預養期，以加速水泥的水化作用，使混凝土獲得不遭受凍害的最低強度，一般稱臨界強度，即可達到預期效果。對于臨界強度，各國規定取值不等，我國規定為不得低于設計標號的30%，也不得低于35千克每平方厘米。

混凝土凍害的危害：

降低混凝土強度

造成混凝土裂縫

混凝土中鋼筋的銹蝕

降低混凝土耐久性

防止混凝土凍害的一般原則：

減少用水量

提高早期的強度

減低水的冰點、

“緩沖”冰對混凝土內部結構的壓力

降低混凝土體積變化

混凝土防凍劑的作用機理：

1.防凍劑中減水成分：減少混凝土攪拌用水，提高混凝土強度；減少混凝土拌合物中自由水的含量，減低受凍害的幾率。

2.防凍劑中早強成分：使混凝土早期強度提高，在水結冰前使混凝土超過臨界強度，降低冰對混凝土強度的影響。

3.防凍劑中引氣成分：均勻、穩定而封閉的微小氣泡，減輕水到冰的過程引起的體積變化對混凝土造成的壓力和體積變化。

防凍劑有效使用溫度的規定：

防凍劑的有效作用溫度

防凍劑對混凝土結構的實際“有效作用溫度”

對防凍劑適用溫度的規定

混凝土防凍劑的作用：

防凍劑迅速提高早期強度。

防凍劑不能根本改變混凝土在低溫強度增長的規律。

防凍劑摻量對混凝土強度的影響

二、冬季混凝土施工方法

1、冬季混凝土施工方法選擇

從上述分析可以知道，在冬季混凝土施工中，主要解決三個問題：

1）如何確定混凝土最短的養護齡期；

2）如何防止混凝土早期凍害；

3）如何保證混凝土后期強度和耐久性滿足要求

實際工程中，要根據施工時的氣溫情況，工程結構狀況（工程量、結構厚大程度與外露情況），工期緊迫程度，水泥的品種及價格，早強劑、減水劑、抗凍劑的性能及價格，保溫材料的性能及價格，熱源的條件等，來選擇合理的施工方法。

一般來說，對于同一個工程，可以有若干個不同的冬季施工方案。一個理想的方案，應當用最短的工期、最低的施工費用，來獲得最優良的工程質量，也就是工期、費用、質量最佳化。目前基本上采用以下4中方法。

2、冬季混凝土施工方法種類

1）調整配合比方法

主要適用于在0℃左右的混凝土施工。

具體做法：

①選擇適當品種的水泥是提高混凝土抗凍的重要手段。試驗結果表明，應使用早強硅酸鹽水泥。該水泥水化熱較大，且在早期放出強度最高，一般3天抗壓強度大約相當于普通硅酸鹽水泥的7天強度，效果較明顯。

②盡量降低水灰比，稍增水泥用量，從而增加水化熱量，縮短達到齡期強度的時間。

③摻用引氣劑。在保持混凝土配合比不變的情況下，加入引氣劑后生成的氣泡，相應增加了水泥漿的體積，提高拌合物的流動性，改善其粘聚性及保水性，緩沖混凝土內水結冰所產生的水壓力，提高混凝土的抗凍性。

④摻加早強外加劑，縮短混凝土的凝結時間，提高早期強度。應用較普通的有硫酸鈉（摻用水泥用量的2%）和MSF符合早強試水劑（摻水泥用量的5%）。

⑤選擇顆粒硬度和縫隙少的集料，使其熱膨脹系數和周圍砂漿膨脹系數相同。

2）蓄熱法

主要用于氣溫-10℃左右，結構比較厚大的工程。做法是：對原材料（水、砂、石）進行加熱，使混凝土在攪拌、運輸和澆灌以后，還儲備相當的熱量，以使水泥水化放熱較快，并加強對混凝土的保溫，以保證在溫度降到0℃以前使新澆混凝土具有足夠的抗凍能力。此法工藝簡單，施工費用不多，但要注意內部保溫，避免角部與外露表面受凍，且要延長養護臨期。

3）抗凍外加劑

在-10℃以上的氣溫中，對混凝土拌合物摻加一種鞥呢降低水的冰點的化學劑，使混凝土在負溫下仍處于液相狀態，水化作用能繼續進行，從而使混凝土強度繼續增長。目前常用有氧化鈣、氯化鈉等單抗凍劑及亞硝酸鈉加氯化鈉符合抗凍劑。

4）外部加熱法

主要用于氣溫-10℃以下，而構件并不厚大的工程。通過加熱混凝土構件周圍的空氣，將熱量傳給混凝土，或直接對混凝土加熱，使混凝土處于正溫條件下正常硬化。

①火爐加熱，一般在較小的工地使用，方法簡單，但室內溫度不高，比較干燥，且放出的二氧化碳會使新澆混凝土表面碳化，影響質量。

②蒸汽加熱。用蒸汽使混凝土在濕熱條件下硬化。此法較易控制，加熱溫度均勻。但因其需要專門的鍋爐設備，費用較高。且熱損失較大，勞動條件亦不理想。

③電加熱。將鋼筋作為電極，或將電熱器貼在混凝土表面，便電能為熱能，以提高混凝土的溫度。次方法簡單方便，熱損失較少，易控制，不足之處是電能消耗大。

④紅外線加熱，以高溫電加熱或氣體紅外線發生器，對混凝土進行密封輻射加熱。

三、冬季混凝土施工技術措施

1、冬季施工混凝土組成材料的要求

骨料：骨料中不得有冰塊、雪團和有機物，應清潔、級配良好、質地堅硬；

水：采用可飲用的自來水；

外加劑：選用防凍劑，防凍劑的作用機理是在規定的負溫下顯著降低混凝土的液相冰點，使混凝土在液態不結冰，保證水泥的水化作用，在一定的時間內獲得預期的強度，防凍劑應通過技術鑒定，符合質量標準，并經實驗室試驗掌握其性能；

水泥：顯著活性高、水化熱大的普通硅酸鹽水泥。

2、冬季混凝土攪拌及運輸的要求

混凝土的攪拌：

混凝土攪拌選用加熱水的方法，80℃以上的熱水不得與水泥直接接觸，先將熱水與骨料拌合而后摻入水泥攪拌混凝土，以避免水泥假凝，混凝土攪拌的時間不得少于3分鐘。另外，必要時對攪拌機周圍進行防護并通暖保溫。

混凝土的養護：

混凝土澆筑完成后馬上用塑料布覆蓋保持水份，同時在塑料布外側覆蓋保溫被進行保溫，保溫被的覆蓋應整齊、嚴密，使混凝土溫度不至于下降過快，避免混凝土凍害的發生。適當延長混凝土養護的時間，以不少于15天為宜。

加做兩組混凝土同條件試塊放在現場環境中，以便隨時得到同條件下混凝土的抗壓強度。

3、冬季混凝土測溫的要求

混凝土的測溫工作：

在混凝土中埋設導線設專人進行測溫，包括大氣溫度、混凝土的出罐、入模溫度、混凝土內部溫度，如有異常及時采取措施。