我國許多地方有較長(cháng)的寒冷季節。隨著(zhù)建筑工程的快速發(fā)展，由于受工期制約，許多工程的混凝土冬季施工時(shí)不可避免的。國內外對混凝土冬季施工理論和方法的探索研究認為，當環(huán)境溫度降到5℃以下時(shí)，只要采用適當的施工方法，避免新澆筑混凝土早期受凍，使外露混凝土與冬季外界氣溫保持較小的溫差，也會(huì )取得像在天暖施工時(shí)的效果。
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(guān)外，主要是隨著(zhù)溫度的高低而變化的。當溫度升高時(shí)，水化作用加快，強度增長(cháng)也較快；而當溫度降低到0℃時(shí)，存在于混凝土中的水有一部分開(kāi)始結冰，逐漸由液相（水）變成固相（冰）。這時(shí)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(cháng)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?yōu)楣滔鄷r(shí)，水泥水化作用基本停止，此時(shí)強度就不在增長(cháng)。水變成冰后，體積約增大9%，同時(shí)產(chǎn)生約2500 Kg/平方厘米的膨脹應力。這個(gè)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(huì )在骨料和鋼筋表面上產(chǎn)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(huì )在混凝土內部形成各種空隙，而降低混凝土的密實(shí)性及耐久性。由此可見(jiàn)，在冬季混凝土施工中，水的形態(tài)變化是影響混凝土強度增長(cháng)的關(guān)鍵，國內外許多學(xué)者對水在混凝土中的形態(tài)進(jìn)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(cháng)，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(huì )增長(cháng)，不過(guò)增長(cháng)的幅度大小不一。對于預養期長(cháng)，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(méi)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(jiàn)，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(chēng)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。
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(guò)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(guò)程引起的體積變化對混凝土造成的壓力和體積變化。
- 防凍劑對混凝土結構的實(shí)際“有效作用溫度”
- 防凍劑不能根本改變混凝土在低溫強度增長(cháng)的規律。
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(gè)問(wèn)題：3）如何保證混凝土后期強度和耐久性滿(mǎn)足要求實(shí)際工程中，要根據施工時(shí)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(jià)格，早強劑、減水劑、抗凍劑的性能及價(jià)格，保溫材料的性能及價(jià)格，熱源的條件等，來(lái)選擇合理的施工方法。一般來(lái)說(shuō)，對于同一個(gè)工程，可以有若干個(gè)不同的冬季施工方案。一個(gè)理想的方案，應當用最短的工期、最低的施工費用，來(lái)獲得最優(yōu)良的工程質(zhì)量，也就是工期、費用、質(zhì)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(lèi)
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(shí)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(dòng)性，改善其粘聚性及保水性，緩沖混凝土內水結冰所產(chǎn)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(shí)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?chē)皾{膨脹系數相同。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(jìn)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(jiǎn)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(cháng)養護臨期。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(diǎn)的化學(xué)劑，使混凝土在負溫下仍處于液相狀態(tài)，水化作用能繼續進(jìn)行，從而使混凝土強度繼續增長(cháng)。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。主要用于氣溫-10℃以下，而構件并不厚大的工程。通過(guò)加熱混凝土構件周?chē)目諝?，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(jiǎn)單，但室內溫度不高，比較干燥，且放出的二氧化碳會(huì )使新澆混凝土表面碳化，影響質(zhì)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(zhuān)門(mén)的鍋爐設備，費用較高。且熱損失較大，勞動(dòng)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(jiǎn)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(xiàn)加熱，以高溫電加熱或氣體紅外線(xiàn)發(fā)生器，對混凝土進(jìn)行密封輻射加熱。
三、冬季混凝土施工技術(shù)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(zhì)地堅硬；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(zhù)降低混凝土的液相冰點(diǎn)，使混凝土在液態(tài)不結冰，保證水泥的水化作用，在一定的時(shí)間內獲得預期的強度，防凍劑應通過(guò)技術(shù)鑒定，符合質(zhì)量標準，并經(jīng)實(shí)驗室試驗掌握其性能；水泥：顯著(zhù)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(shí)間不得少于3分鐘。另外，必要時(shí)對攪拌機周?chē)M(jìn)行防護并通暖保溫。混凝土澆筑完成后馬上用塑料布覆蓋保持水份，同時(shí)在塑料布外側覆蓋保溫被進(jìn)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(guò)快，避免混凝土凍害的發(fā)生。適當延長(cháng)混凝土養護的時(shí)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(chǎng)環(huán)境中，以便隨時(shí)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
在混凝土中埋設導線(xiàn)設專(zhuān)人進(jìn)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(shí)采取措施。
