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1、混凝土冬期施工及质量控制作业指导书 冬期施工是指当环境昼夜平均气温（最高和最低气温的 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 C或最低气温低于-3 C时进行的混凝土施工。一、冬期施工基础知识 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 C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（水） 。 这时参与水泥水化作用的水减少了，因此，水化作
2、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%，同时产生约 2500 千克每 平方厘米的冰胀应力。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（即旱期受冻 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
3、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。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（如达到 R28 的 35%）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
4、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，我国规定为不低于设计标号的 30%， 也不得低于 3.5MPa。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，主要解决三个问题：一是如何确定混凝 土最短的养护龄期，二是如何防止混凝土早期冻害，三是如 何保证混凝土后期强度和耐久性满足要求。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、减少剂、抗冻剂的性能及价格，保温材料的性能及 价格，热源的条件等，来选择合理的施工方法。一般来说， 对于同一个工程，可以有若干个不
5、同的冬季施工方案。一个 理想的方案，应当用最短的工期、最低的施工费用，来获得 最优良的工程质量， 也就是工期、 费用、 质量最佳化。 目前， 基本上采用以下 4 种方法。1调整配合比方法主要适用于在 oC左右的混凝土施工。具体做法：选 择适当品种的水泥是提高混凝土抗冻的重要手段。试验结果 表明，应使用早强硅酸盐水泥。该水泥水化热较大，且在早 期放出强度最高，一般 3 天抗压强度大约相当于普通硅水泥 7天的强度，效果较明显。尽量降低水灰比，稍增水泥用 量，从而增加水化热量，缩短达到龄期强度的时间。掺用 引气剂。在保持混凝土配合比不变的情况下，加入引气剂后 生成的气泡，相应增加了水泥浆的体积，提高
6、拌和物的流动 性，改善其粘聚性及保水性，缓冲混凝土内水结冰所产生的 水压力，提高混凝土的抗冻性。掺加早强外加剂，缩短混 凝土的凝结时间， 提高早期强度。 应用较普遍的有硫酸钠 （掺 用水泥用量的 2%）和 MSF 复合早强试水剂 （掺水泥用量的 5沟。选择颗粒硬度高和缝隙少的集料，使其热膨胀系数 和周围砂浆膨胀系数相近。2蓄热法主要用于气温一10 c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，以保证在温度降到0C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
7、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。3外部加热法主要用于气温一10 C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。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。 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。电加热。 将钢筋作为电极，或将电热器贴在混凝土表面，便电能变为 热能，以提高混凝土的温度。此法
8、简单方便，热损失较少， 易控制，不足之处是电能消耗量大。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。4抗冻外加剂在-10 C以上的气温中，对混凝土拌和物掺加一种能降 低水的冰点的化学剂，使混凝土在负温下仍处于液相状态， 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。上述 4 种冬季施工方法都有利有弊，其适用范围都受一 定条件的制约。应根据工地现有条件，采用一种或两种以上 施工方法结合作用。二、冬期混凝土施工的基本要求1 冬期施工期间，当用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥 配制混凝土， 且其抗压强度达到
9、设计强度的 30前， 混凝土 均不得受冻。当混凝土抗压强度未达到 5MPa 前，也不得受 冻。浸水冻融条件下的混凝土开始受冻时，其强度不得小于 设计强度的 75。2冬期施工应根据工程类别、气象资料、材料来源和 工期等要求，通过热工计算及经济分析，选择下列两类施工 方法：（1 ）在养护期间不需对混凝土加热的蓄热法、掺外加 剂法和综合法；（2）在养护期间需利用外部热源对混凝土加热的暖棚法、蒸汽加热法、电热法和热综合法三、冬期混凝土施工试验控制1混凝土配制、搅拌和运输（1）搅拌混凝土前，应先经过热工计算，并经试拌确 定水和骨料需要预热的最高温度，尽可能保证混凝土的人模 温度不低于5C。水泥、矿物掺和
10、料、外加剂等可在使用前 运人暖棚进行自然预热，但不得直接加热。（2）混凝土宜选用较小的水胶比和较小的坍落度。 当需要对水进行加热处理时，水的加热温度不宜高于80 C。当骨料不加热时，水可加热至 80 C以上，但搅拌时应 先投人骨料和已加热的水，拌匀后再投人水泥。当加热水尚不能满足要求时，可将骨料均匀加热，其加热温度不应高于60 C。当拌制的混凝土出现坍落度减小或发生速凝现象时，应 重新调整拌和料的加热温度。混凝土搅拌时间宜较常温施工延长50左右。（ 3）骨料中不得混有冰雪、冻块及易被冻裂的矿物质。 （4）混凝土运输应采取保温措施。2混凝土的浇筑（1）混凝土浇筑前，环境气温低于 -10 c时应将
11、直径大于或等于 25 mm 的钢筋和金属预埋件加热至正温。（ 2）采用加热养护的整体结构，当混凝土的养护温度 高于40 C时，应预先安排混凝土的浇筑顺序和施工缝的位（3）喷射混凝土作业区的环境气温和进人喷射机的材料温度不应低于 5C。已喷射混凝土的强度未达到 5MPa前不 得受冻。（4）预应力混凝土的孔道灌浆应在正温下进行，其强度达到25MPa前不得受冻。3混凝土的养护与拆模（1）混凝土开始养护时的温度应按施工方案通过热工 计算确定，但不得低于 5 C,细薄截面结构不宜低于 10C。（2）当室外最低气温高于-15 C时，地下工程或表面系 数（冷却面积和体积的比值） 不大于15ml1的工程应优先
12、采用 蓄热法养护，并符合下列规定：所采用的保温措施应使混凝土的温度下降到0 C以前达到 1.1 条规定的强度。混凝土浇筑成型后，应立即防寒保温。保温材料应按施工方案设置，并保持干燥。应对结构的边棱隅角加强覆盖保 温，迎风面应采取防风措施。位于基坑中的混凝土，当地下水位较高时，可待顶面混凝土初凝后，采用放水淹没的方法养护。但当基坑地下水位超出混凝土顶面的高度小于冰层厚度时，不得放水养护。当用蓄热法养护不能达到要求时，可采用外部热源加热法养护，养护制度应通过试验确定：整体浇筑表面系数等于或大于6m-1 的结构，升温速度不得大于15 C /h ;浇筑表面系数小于 6m-1的结构，升温速度不 得大于1
13、0C/h。用蒸汽加热法养护的混凝土，当采用快硬硅酸盐水泥、硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥时，养护温度不得高于 60C。采用电热法养护的混凝土， 当结构的表面系数小于 15m-1 时，养护温度不宜高于 40 C ;当结构的表面系数大于 15m -1 时，养护温度不宜高于 35C。恒温养护结束后，表面系数等于或大于 6m-1 的结构，降 温速度不得大于 15C /h ;表面系数小于 6m-1 的结构，降温速 度不得大于 5C /h 。当采用暖棚法养护混凝土时，棚内底部温度不得低于5C,且混凝土表面应保持湿润；采用燃煤加热时，应将烟 气排出棚外。（3）混凝土拆模时，混凝土强度应满足设计及规范要 求，同时
14、混凝土芯部与表面、表面与环境的温差不得大于15C。当温差在10C以上但低于15C时，拆除模板后的混 凝土表面宜采取临时覆盖措施。（4）采用外部热源加热养护的混凝土，当养护完毕后的环境气温仍在 0C以下时，应待混凝土冷却至5 C以下且混凝土与环境之间的温差不大于15C后，方可拆除模板。四、冬期施工混凝土的质量检验1定期检测水、外加剂及骨料加入搅拌机时的温度， 以及混凝土搅拌、浇筑时的环境温度，每一工作班至少检测 4 次。2混凝土养护温度的检测次数应符合下列规定：（ 1）当采用蓄热法养护时， 在养护期间至少每 6h 检测1 次。（2）当采用蒸汽或电热法养护时，在升、降温期间每lh 检测 1 次，在
15、恒温期间每 2h 检测 1 次。（3）室外气温及施工环境温度应每昼夜定时、定点观测 4 次。3混凝土养护温度的检测方法应符合下列规定：（1）在结构隅角、突出、迎风和细薄部位应均匀留置 测温孔，孔深可根据养护方法及结构尺寸确定。测温孔应编 号并绘图。（2）当采用蓄热法养护时，测温孔应设在易于散热的 部位；当采用外部热源加热养护时，测温孔应在离热源不同 的位置分别设置；大体积结构的测温孔应在表面及内部分别 设置。（3）检测混凝土温度时，测温计不应受外界气温的影 响，并应在测温孔内至少留置 3min 。根据工地条件，可采 用热电偶、热敏电阻等预埋式温度计检测混凝土的温度。4冬期施工的混凝土除应按制作
16、标准养护混凝土试件外，尚应根据养护、拆模和承受荷载的需要，增加与结构同 条件养护的施工试件不少于 2 组。此种试件应在解冻后方可 试压。五、混凝土冬季施工的热工计算 1混凝土拌合物温度计算 （1）混凝土搅拌、运输、浇注温度计算 混凝土拌合温度按下式计算To=O.92（m ceTce+maTsa+mTg）+4.2T w（mw3 saRla3 gRg） +Cl（ 3 samsa Tsa+ 3 gmgTg） c2（ 3 sams a+3 gmg）+ 4.2m w+0.9（m ce+nsa+mg）式中：To混凝土拌合物温度（C）;nw水用量（kg）;me水泥用量（kg）；ma砂用量（kg）；m石子用量
17、（kg）；Tw水的温度（C）;Tce水泥的温度（C）；Tsa砂子的温度（C）；Tg石子的温度（C）；3 sa砂子的含水率（% ；石子的含水率（ %）；Ci水的比热容（kJ/kg.K ）C2冰的溶解热（kJ/kg ）。当骨料温度大于 0C时，ci=4.2 , C2=0;当骨料温度小于或等于 0C时，ci=2.1 , C2=335。（ 2） 混凝土拌合物出机温度计算：T1 =T0-0 .16（T 0-Ti ）式中：Ti混凝土拌合物出机温度（C）;Ti 搅拌机棚内温度（C）。（ 3） 混凝土拌合物经运输到浇注时的温度计算：T2=Ti- （a t i+0.032n ） （Ti-Ta）式中：T2混凝土拌
18、合物运输到浇注时的温度（C）；ti混凝土拌合物运输到浇注时的时间（h）;n 混凝土拌合物运转次数；Ta混凝土拌合物运输时的环境温度（C）；a温度损失系数（h 1 ）；当混凝土采用混凝土搅拌车运输时，a =0.25 ；当采用开 敞式大型自卸汽车时，a =0.20，当采用开敞式小型自卸汽 车时，a =0.30 ,当采用封闭自卸汽车时，a =0.10。2混凝土蓄热养护过程中的温度计算 混凝土蓄热养护开始到任一时刻 t 的温度：T e Vcet e Vcet Tm,a混凝土蓄热养护开始到任一时刻 t 的平均温度：其中:Vce CcVce Qce mceVce Ce""CKIMm”a式中：T混凝土蓄热养护开始到任一时刻的温度（C）；Tm混凝土蓄热养护开始到任一时刻的平均温度（C）;t 混凝土蓄热养护开始到任一时刻的时间（h）;Tm, a混凝土蓄热开始到任一时刻t的平均气温（C）;P c混凝土的质量密度（kg/m3）;me每立方米混凝土的水泥用量（kg/m3）;Cc混凝土的比热容（kJ/kg.K ）;Qe水泥水化积累最终放热量（kJ/kg ）;3透风系数；m结构表面系数（m1）;K结构维护层的总传热系数（kJ/m2.h.K ）;自认对数底，可取e=2.72