1、浅议冬季水泥混凝土路面施工冻害分析及防护措施摘要：当温度降至 0时，存在于混凝土中的游离水有一部分开始结冰，逐渐由液相变为固相，这时水泥水化作用基本停止，强度也不再上升。温度继续下降，当混凝土中的水全部结成冰，由液相变为固相时，体积膨胀约 10%，同时产生侧压力。这个应力值一般大于混凝土浇筑后内部形成的初期强度值，致使混凝土受到程度不同的早期破坏而降低强度。在实际施工中，在根据施工现场气温变化、工程结构部位和数量、工期要求期限、水泥品种、外加剂、保温材料性能和现场条件、供热来源等情况，采取合适的施工方法和组织措施。一般情况下，同样一个工程可以有多种方法和措施来保证工期和质量，但最佳方案必须满足
2、工期短、造价低且质量有保证。关键词： 冬季施工 水泥路面冻害分析 施工防护从事公路建设者们都知道水泥混凝土路面与其他类型路面相比，混凝土路面具有以下优点：一强度高、二稳定性好、三耐久性好、四有利于夜间行车等。然而在水泥混凝土路面施工过程中，往往会遇到保障春运畅通、某某庆典活动、为了下一个重点项目如期开工确保道路畅通、以及因道路在建设过程中遇到某些不确定因素导致工期迟缓为了确保合同工期等情况下，这样就不得不在冬季低温施工水泥混凝土路面。然而混凝土在低温下施工如果措施不得当往往会出现混凝土受冻害损伤，影响工程质量，缩短道路使用寿命。混凝土受冻害损伤可以分为两种情况：1）剥落脱皮是由于冻融引起的混凝
3、土表面材料的损伤；2）内部损伤是表面没有可见效应而在混凝土内部产生的损害。随着经济的迅猛发展,社会对交通的便捷、快速要求越来越高,因此我们常常面临着工期和提前通车的压力,为了解决公路通车工期和冬季施工技术之间的矛盾,水泥砼路面冬季施工防护将会在一定程度上保证水泥砼在冬季施工中的工程质量。首先对冬季混凝土施工受冻问题分析1、温度与混凝土强度之间的关系混凝土捣拌浇灌后之所以能逐渐凝结和有高的温度，是由本身水化作用的结果。而水泥水化作用的速度除与混凝土组合材料和配合比有关外，主要是随着温度的高低而变化。当温度升高时，水化作用加快，强度增长也快；而当温度降至 0时，存在于混凝土中的游离水有一部分开始结
4、冰，逐渐由液相变为固相，这时水泥水化作用基本停止，强度也不再上升。温度继续下降，当混凝土中的水全部结成冰，由液相变为固相时，体积膨胀约 10%，同时产生侧压力。这个应力值一般大于混凝土浇筑后内部形成的初期强度值，致使混凝土受到程度不同的早期破坏而降低强度。此外当水结成冰后会在骨料和钢筋表面产生颗粒较大的冰凌，这种冰凌会减弱水泥浆与骨料同钢筋的粘结力，也会影响混凝土的抗压强度。当气温回升冰融化后又会在混凝土内部留下众多的空隙和孔洞，降低混凝土的密实性和耐久性。 2、临界强度与预防早期冻害之间的关系混凝土冻结前，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
5、，一般称为临界强度，即可达到预期效果。对于临界强度，各国规定取值不等，我国规定为不低于设计强度的 30%。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因素。分析国内外关于水在混凝土中的形态的一些资料可以看出，新浇灌的混凝土立刻冻结时，有四分之三以上的水变成冰，液相不足四分之一，水化反应极其微弱了；当混凝土经过 24h 的标准养护后再冻结，只有三分之二的水变成冰；当混凝土强度达到设计标准的一半以上时，即使温度降至-10以下，而含水量也维持在三分之二以下，还有三分之一的水未转变为固相，水化作用也能继续进行。可以得出这样一个结论：混凝土在浇灌后有一段养护期，对加速水化作用极为重要，因而应
6、预防早期冻害。当混凝土在受冻前只有 1h的养护期，强度损失会超过一半；在受冻前得到 6h的养护期，强度损失不超过五分之一。混凝土冬季施工采取方法及措施公路水泥混凝土路面施工技术规范（JTG F302003）中要求水泥混凝土路面施工当摊铺现场连续 5昼夜平均气温高于 5，夜间最低气温在-35之间，混凝土路面和桥面的施工应按下述低温季节施工规定的措施进行：1、拌合物中应优选和掺加早强剂或促凝剂。2、应选用水化总热量大的 R型水泥或单位水泥用量较多的 32.5级水泥，不宜掺粉煤灰。3、搅拌机出料温度不得低于 10，摊铺混凝土温度不得低于 5。在养生期间，应始终保持混凝土板最低温度不低于 5。否则，应
7、采用热水或加热砂石料拌和混凝土，热水温度不得高于 80；砂石料温度不宜高于 50。4、应加强保温保湿覆盖养生，可先用塑料薄膜保湿隔离覆盖或喷洒养生剂，再采用草帘、泡沫塑料垫等保温覆盖初凝后的混凝土路面。遇雨雪必须再加盖油布、塑料薄膜等。5、应随时检测气温、水泥、拌合水、拌合物及路面混凝土的温度，每工班至少测定 3次。从以上浅析认识到，在冬季混凝土施工中，一般要解决和处理好以下几个问题：一是如何确定混凝土最短最佳的养护龄期；二是如何防止混凝土早期受冻；三是如何使冻后混凝土的后期强度能达到设计的需要。在实际施工中，在根据施工现场气温变化、工程结构部位和数量、工期要求期限、水泥品种、外加剂、保温材料
8、性能和现场条件、供热来源等情况，采取合适的施工方法和组织措施。一般情况下，同样一个工程可以有多种方法和措施来保证工期和质量，但最佳方案必须满足工期短、造价低且质量有保证。1、覆盖法是最常见的防护方法当夜间室外温度不低于-5时一般采用覆盖法较为常见。主要采用保温材料进行覆盖，一般在二级以下公路常采用薄膜加土工布、麻袋、稻草覆盖，稻草覆盖厚度不低于20cm；这种覆盖方式的优点主要体现在以下几点：一费用低、二取材较广、三施工简单、四可以重复使用等。2、调整配合比法在气温 0左右时施工，应选用普通硅酸盐水泥，其硅酸三钙含量不低于 50%，细度达到 4900/cm2细目筛余量 15% 的水泥。这种水泥水
9、化热反应早，使早期强度提高快，一般三天的强度大约等于普通硅酸盐水泥 7 天的强度，效果较明显；在满足和易性的前提下尽量降低水灰比，实际上是减少游离水，增加水泥用量，增加幅度在 50kgf/m3左右较合适，从而增加水化热量，减短龄期使强度增长快；掺入早强剂和减水剂，提高早期强度，但掺量必须经过试验确定，计量以水泥用量为依据，一般不超过水泥用量的 5%，少掺既无效果又浪费，多掺量反而会降低强度，另外增加含气量。混凝土中加入 4% 6% 的含气量，可以截断渗水通道，使孔隙互相封闭形成连贯毛细孔，从而提高混凝土内密实性和耐久性。3、储热法主要适用于气温-15且结构较厚大的现浇混凝土工程对原材料砂石和水
10、进行加热，使混凝土在搅拌、运输和浇筑完成后还储备有相当的热量，以使水化放热加快，并加强对混凝土的保温，以保持在温度降至 0以前具有一定的抗冻能力。使用蓄热法应是结构体积厚大，外露面积越小，通过表面散热损失也会少，蓄有热量则较多。因此要注意内部少量降温，且应注意保护外露及角边以防受冻。此法工艺简单，费用又少而可以有足够的养护期限。4、外加热法外部加热法主要是适用于气温-10以上，而构件并不厚大的工程。外部加热法是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。在施工过程中，外部加热法主要有以下几种：火炉加热：在较小的工地上应用。方法简单但室温
11、不会很高且较干燥，特别是炉子里明火和聚集烟放出的二氧化碳会使新浇混凝土表面易碳化，影响表面光洁，是一种较原始的方法。蒸气加热：是采用蒸气的温度和湿度养护混凝土。此法比较简单且易控制使得温度均匀，广泛应用在大型预制构件厂，一般小型工地施工不易办到。但需要专门锅炉设备和场地。热损失大，费用高，工作环境也差。暖棚法：即在现场搭设工棚，使构件或基础在棚内正常温度下施工。费用较高，因需建棚和加温，常用于一些重点项目。电加热法：在施工过程中，是将钢筋作为电极，或将电热器贴在混凝土表面，通过这样使电能转变为热能，以达到提高混凝土的温度。虽然这种方法操作起来也比较简单，但是在电能紧张的情况下，很容易消耗电能，
12、而且在施工操作过程中危险性比较大。除了以上三种加热方面，还可以采用红外线加热法，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。5、防冻法目前生产的防冻剂可应用在-10及其以下气温中施工。它是采用降低冰点，使混凝上中的水在负温下仍处于液相状态，使水化作用能继续进行，从而改善孔结构，达到强度增长不受影响的目的。防冻法分为早强、负温防冻和结构法等，常用防冻剂是亚硝酸钠，它不但可以降低冰点，而且是极好的防锈剂，费用低，大小工地皆可使用。6、综合法是同时采用任意的两种以上保温及防冻措施进行施工。应根据结构类型等特点，施工队伍素质和当地能源状况来确定方案，有以蓄热为主辅以早期防冻的蓄热综合法
13、，有以加热为主辅以防冻，也有以防冻为主辅以蓄热等。结束语总之，进入冬季，应尽量避免水泥混凝土路面的施工，特别是夜间气温低于规范规定温度时。如果必须施工，应严格按冬季防护规范施工，减少不必要的中间环节，精心施工，避免因气温低而造成的不必要的损失。路 基 冻 害 的 防 治 中 国 东 北 地 区 及 西 北 高 原 地 区 ， 多 为 季 节 性 冻 土 地 区 ，地 表 土 层 一 般 冬 季 冻 结 ， 春 季 开 始 融 化 ， 夏 季 除 永 冻 层 外 将 全 部 融 化 。这 类 地 区 的 路 基 ， 在 土 、 水 、 温 度 的 共 同 影 响 下 ， 路 基 面 将 发 生
14、不 同 程度 的 冻 胀 ， 春 夏 又 发 生 融 化 下 沉 ， 使 轨 面 高 低 、 水 平 产 生 不 均 匀 变 形 ，严 重 地 段 往 往 伴 生 翻 浆 冒 泥 ， 道 碴 陷 槽 ， 基 床 外 挤 等 病 害 。冻 胀 原 因 及 影 响 因 素 由 于 土 中 的 水 在 冻 结 过 程 中 有 向 冻 结 锋 面 迁 移 的 特征 ， 并 不 断 析 出 冰 层 ， 且 体 积 增 大 9%这 一 物 理 力 学 现 象 造 成 。 所 以 ， 冻结 过 程 中 土 中 水 的 迁 移 机 理 ， 是 产 生 路 基 冻 害 的 基 本 原 因 。 影 响 因 素 ：
15、 温 度 的 影 响 。 当 土 层 温 度 处 于 负 温 相 转 换 区 ， 且 冻 结 速 率 较 低 时 ， 土水 中 迁 移 最 活 跃 ， 以 致 形 成 较 大 的 冻 胀 。 土 质 的 影 响 。 由 粒 径 大 于 0.1mm 的 粗 颗 粗 组 成 的 土 质 ， 无 冻 胀 或 冻 胀 较 小 ， 如 砂 、 砾 石 、 碎 石 等 ； 由粒 径 小 于 0.1mm 细 颗 粒 组 成 的 土 质 ， 如 砂 黏 土 、 黏 土 等 ， 有 较 大 冻 胀 性， 尤 其 是 黏 粒 含 量 大 于 15%， 密 度 较 小 的 粉 粒 土 冻 胀 最 强 烈 。 水 分
16、 的 影响 。 土 的 天 然 含 水 量 越 大 ， 冻 胀 性 也 越 大 ， 特 别 是 有 地 下 水 补 给 时 ， 会发 生 强 烈 的 冻 胀 。冻 害 的 表 现 形 态 从 轨 面 前 后 高 低 变 形 看 ， 分 为 冻 峰 （ 臌 包 ） 、 冻 谷 （凹 槽 ） 、 冻 阶 （ 台 阶 ） 。 从 轨 面 水 平 变 形 看 ， 分 为 单 股 冻 起 、 双 股 冻起 、 交 错 冻 起 。 从 冻 胀 部 位 看 ， 分 为 道 床 冻 胀 、 基 床 表 层 冻 胀 、 基 床深 层 冻 胀 。 从 冻 起 高 度 看 ， 冻 起 高 度 小 于 25mm， 为
17、 一 般 冻 害 ， 冻 起 高度 25 50mm， 为 较 大 冻 害 ， 冻 起 高 度 大 于 50mm， 称 为 大 冻 害 。预 防 措 施 保 持 道 床 清 洁 ， 防 止 泥 土 混 入 ， 及 时 清 除 土 垅 ， 以 利 排 水 。 路 肩 和 边 坡 保 持 平 整 ， 无 坑 洼 、 裂 缝 、 防 止 积 水 下 渗 。 侧 沟 、 天 沟等 地 表 排 水 设 施 及 渗 沟 、 暗 沟 等 地 下 排 水 设 施 应 保 持 工 况 完 好 ， 畅 通 无阻 ， 防 止 或 减 少 水 对 路 基 的 补 给 。整 治 措 施 冻 害 发 生 后 ， 首 先 应
18、 认 真 进 行 调 查 ， 弄 清 冻 胀 发 生 部 位 、 形 状、 高 度 、 起 落 及 发 展 过 程 ， 弄 清 冻 胀 土 层 的 性 质 被 、 结 构 及 水 文 地 质 条件 ， 以 便 分 析 冻 胀 产 生 的 原 因 和 变 化 规 律 ， 然 后 提 出 相 应 的 整 治 措 施 。常 用 的 整 治 措 施 有 修 建 减 少 路 基 基 床 含 水 量 的 排 水 设 施 。 如 修 建 具有 抗 冻 防 渗 能 力 的 地 表 排 水 设 施 ， 以 防 治 因 地 表 水 节 而 引 起 的 冻 胀 ； 修建 渗 沟 、 暗 沟 、 截 水 沟 等 ，
19、截 断 、 疏 导 地 下 水 或 降 低 地 下 水 位 ， 以 防 治因 地 下 水 补 给 而 引 起 冻 胀 。 挖 除 冻 害 地 段 的 基 床 土 ， 换 填 无 冻 胀 或 冻胀 很 小 的 碎 石 、 河 沙 、 砂 类 土 等 。 换 土 深 度 应 主 冻 结 试 之 下 ， 换 土 宽 度应 包 括 路 肩 在 内 的 整 断 面 更 换 。 在 基 床 表 层 铺 设 保 温 层 ， 改 善 基 床 温度 环 境 ， 使 表 层 下 的 基 床 土 不 冻 结 或 减 小 冻 结 深 度 。 保 温 材 料 一 般 用 炉渣 ， 其 导 热 系 数 小 、 ， 成 本
20、 低 廉 ， 也 可 用 石 棉 、 泡 沫 聚 苯 乙 烯 板 等 保 温材 料 。 国 外 经 验 表 明 ， 用 泥 炭 或 冷 压 泥 炭 砖 作 保 温 材 料 ， 效 果 良 好 ， 使用 时 间 长 。 湿 度 大 的 泥 炭 在 水 分 冻 结 时 ， 会 释 放 大 量 潜 热 ， 能 防 止 泥 炭进 一 步 冻 结 。 人 工 盐 化 基 床 土 。 用 氯 盐 （ NaCl） 整 治 路 基 冻 害 ， 费 工较 多 。 效 果 虽 明 显 ， 但 有 效 时 间 短 ， 一 般 只 用 于 基 床 表 层 冻 胀 地 段 。 选择 上 述 措 施 时 ， 应 注 意
21、总 体 效 果 ， 考 虑 相 互 配 合 ， 以 期 达 到 根 除 冻 害 的目 的 。路 基 雪 害 的 防 治 中 国 黑 龙 江 、 吉 林 、 内 蒙 古 等 省 区 ， 属 寒 温 带 大 陆 性 季风 气 候 ， 全 年 降 雪 天 数 190 200 d,积 雪 天 数 160 180 d， 最 大 积 雪深 度 200 1 000 mm。 年 平 均 风 速 4.4m/s， 最 大 风 速 40m/s。 这 些 地 区的 铁 路 线 路 ， 冬 季 常 被 雪 埋 ， 严 重 影 响 行 车 安 全 。易 于 积 雪 地 段 由 于 铁 路 线 路 的 地 形 、 地 貌
22、及 其 与 主 风 向 的 夹 角 各 不 相 同， 线 路 积 雪 的 程 度 也 不 一 样 。 经 验 表 明 ， 下 列 地 段 易 于 积 雪 ： 车 站 站场 ； 路 堑 与 路 堤 交 界 处 ； 深 2m 以 下 的 浅 路 堑 ； 高 1.2m 以 下 的 矮路 堤 ； 复 线 并 行 不 等 高 的 高 差 大 于 0.3 m 地 段 。防 治 措 施 积 雪 掩 埋 线 路 危 及 行 车 安 全 。 积 雪 融 化 后 ， 增 加 路 基 含 水 量 ，降 低 中 期 承 载 能 力 ， 形 成 路 基 翻 浆 冒 泥 和 陷 槽 等 病 害 。 易 被 雪 地 埋 钱
23、 ，必 须 那 瓣 治 驰 。 最 经 济 有 效 ， 且 一 劳 永 逸 的 防 治 措 施 是 营 造 防 护 林 带 （参 见 线 路 维 修 管 理 之 铁 路 沿 线 造 林 绿 化 ） 。 它 不 仅 可 以 防 止 雪 害 ， 而 且还 可 以 改 造 生 态 环 境 。 防 雪 林 带 的 布 设 位 置 、 型 式 、 树 种 ， 应 根 据 地 理、 气 候 、 土 壤 条 件 ,风 速 、 风 向 、 积 雪 程 度 等 情 况 选 定 。 在 无 营 造 防 雪 林条 件 或 防 雪 林 尚 未 发 挥 作 用 之 前 ， 也 可 修 建 一 些 临 时 防 雪 设 备 ， 如 移 防防 雪 栅 、 防 雪 堤 垣 、 防 雪 堤 垣 、 导 风 挡 板 等 。 冬 季 有 时 会 发 生 预 计 不 到的 暴 风 雪 ， 在 不 积 雪 地 段 ， 也 会 严 重 积 雪 而 影 响 行 车 。 为 预 防 不 设 ， 应在 适 当 区 段 ， 储 备 一 些 除 雪 机 ， 以 备 急 需 。
