1、混凝土冻胀机理及冬季施工措施摘 要：阐述了混凝土冻胀破坏的一般原理，介绍了混凝土冬季施工的常用方法及选择依据，为混凝土冬季施工中保证工程质量提供了参考。 关键词：混凝土；冻胀机理；冬季施工措施 中图分类号：TU755.8 文献标识码：A 1 前言 随着我国经济建设的加速发展，工程建设领域的节奏也越来越快，工期紧、任务重几乎是每个工地都存在并且比较头痛的事情。在抓晴天、抢雨天的情况下，漫长的冬季无疑是北方地区缓解工期紧张比较理想的机会；但同时冬季施工对工程质量尤其是混凝土的质量难免产生不良影响。如何能实现混凝土冬季施工，又能保证工程质量，是众多工程技术人员多年研究探索的课题。如果摸清了混凝土冻胀
2、破坏的机理，并采取针对性的措施来保证混凝土在冬季施工中的质量，那么就解决了混凝土冬季施工的问题。 2 混凝土冬季施工的含义 根据混凝土冬季施工规范 ，当工地昼夜平均气温（最高和最低的平均值或当地时间 6 时、14 时及 21 时室外气温的平均值）连续 3d 低于5或最低气温低于-3时，混凝土施工进入冬季施工。混凝土冬季施工的实质即采取必要措施，促使混凝土在低温条件下能够进行一定的水化凝结作用，产生抵抗毛细水结冰膨胀的应力，从而保证混凝土的设计强度。 3 混凝土冻胀破坏的一般原理 在施工中，混凝土拌和物浇筑后在水泥水化作用下逐渐凝结和硬化，而在该过程中水泥水化作用的速度随着温度的高低而变化。当温
3、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，逐渐由液相变为固相。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，体积会增大 9%，并会产生约 2.5Mpa 的冰胀应力。这个应力值如果大于水泥内部形成的初期强度值，便会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，即冻胀破坏。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
4、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，降低混凝土的密实性及耐久性。所以说冻胀破坏对混凝土来说是致命的威胁。 由此可知，混凝土的冻胀破坏，主要是混凝土中水的形态变化（由液相变为固相）产生的。国内外许多学者对水在混凝土中的形态进行的大量研究结果表明，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。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
5、受冻后，后期强度都有不同程度的损失。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，我国规定当用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥配制混凝土，其抗压强度不得低于设计强度的 30；用矿渣硅酸盐水泥配制混凝土、且其抗压强度不得低于设计强度的 40， ；C15 及以下的混凝土，其抗压强度不得低于 5Mpa。 4 混凝土冬季施工方法的选择 从上述分析可以知道，在冬季混凝土施工中，防止混凝土产生冻胀破坏，主要从 3 个途径来解决问题：一是使混凝土在预养期获得较高的初期强度； 二是推迟
6、混凝土中水的形态变化时间；三是降低混凝土中水的冰点。在实际工程中，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及其热源的条件等来选择合理的施工方法。在选择施工方案的时候，应综合考虑工期、费用、质量等因素，以求实现最短的工期、最低的施工费用，最优良的工程质量。目前，三种途径较常用的有以下方法。 方法一，提高混凝土的早期强度。该方法主要主适用于在 0左右的混凝土施工。具体做法：选择早强水泥。试验结果表明，使用早强硅酸盐水泥能取得较高的早期强度，实现良好的抗冻胀破坏效果。该水泥水化热
7、较大，且在早期得到的强度最高，一般 3d 抗压强度大约相当于普通硅水泥 7d 的强度，效果较明显。降低水灰比，增水泥用量，从而增加水化热量，缩短达到临界强度的时间。掺加早强外加剂，缩短混凝土的凝结时间，提高早期强度。较常用的有硫酸钠（掺用水泥用量的2%）和 MS-F 复合早强试水剂（掺用水泥用量的 5%） 。 方法二，推迟混凝土中水的形态变化时间，即延迟结冰或不结冰。该方法主要以蓄热法和外部加热法为主。 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
8、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。 外部加热法。主要用于气温10 以上，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能正常硬化。a、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。b、蒸气加热。用蒸气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。c、电加热。将钢筋作为电极，或将电
9、热器电热毯贴在混凝土表面，使电能变为热能，以提高混凝土的温度。此法简单方便，热损失较少，易控制，不足之处是电能消耗量大。d、红外线加热。以高温电加热器或气体红外线发生器，对混凝土进行密封幅射加热。 方法三，降低混凝土中水的冰点。此方法适应在1015 之间的气温下混凝土的施工。最主要的方法就是掺加抗冻外加剂。在混凝土拌和物中掺加一定的外加剂，能够有效的降低水的冰点，使混凝土中的水在负温条件下仍处于液相状态，水化作用能继续进行，从而使混凝土强度继续增长。目前常用的有氧化钙、氯化钠等单抗冻剂及亚硝酸钠加氯化钠复合抗冻剂。 5 结束语 随着科学技术的发展和施工工艺的进步，混凝土冬季施工方法也会不断改进和突破。上述几种冬季施工方法，由于受经验和学识所限，难免以偏概全。另外，每种方法均有其利弊，其适用范围也受一定条件的制约，应根据实际条件，采用适宜的施工方法。
