我國許多地方有較長的寒冷季節(jié)。隨著建筑工程的快速發(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(nèi)外對(duì)混凝土冬季施工理論和方法的探索研究認(rèn)為，當(dāng)環(huán)境溫度降到5℃以下時(shí)，只要采用適當(dāng)?shù)氖┕し椒ǎ苊庑聺仓炷猎缙谑軆?，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(jié)和硬化，直至獲得最終強(qiáng)度，是由于水泥水化作用的結(jié)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，主要是隨著溫度的高低而變化的。當(dāng)溫度升高時(shí)，水化作用加快，強(qiáng)度增長液較快；而當(dāng)溫度降低到0℃時(shí)，存在于混凝土中的水有一部分開始結(jié)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(qiáng)度增長相應(yīng)較慢。溫度繼續(xù)下降，當(dāng)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(qiáng)度就不在增長。

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(yīng)力。這個(gè)應(yīng)力值常常大于水泥石內(nèi)部形成的初期強(qiáng)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(qiáng)度。此外，當(dāng)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(jié)力，從而影響混凝土的抗壓強(qiáng)度。當(dāng)冰凌融化后，又會(huì)在混凝土內(nèi)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，在冬季混凝土施工中，水的形態(tài)變化是影響混凝土強(qiáng)度增長的關(guān)鍵，國內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)水在混凝土中的形態(tài)進(jìn)行大量的試驗(yàn)。研究結(jié)果表明，新澆筑混凝土在凍結(jié)前有一段預(yù)養(yǎng)期，可以增加其內(nèi)部液相，減少固相，加速水泥的水化作用。試驗(yàn)研究還表明，混凝土受凍前預(yù)養(yǎng)期愈長，強(qiáng)度損失愈小。

混凝土化凍后（即處在正常溫度條件下）繼續(xù)養(yǎng)護(hù)，其強(qiáng)度還會(huì)增長，不過增長的幅度大小不一。對(duì)于預(yù)養(yǎng)期長，獲得初期強(qiáng)度較高（如達(dá)到R28的35%）的混凝土受凍后，后期強(qiáng)度幾乎沒有損失。而對(duì)于安全預(yù)養(yǎng)期短，獲得初期強(qiáng)度比較低的混凝土受凍后，后期強(qiáng)度都有不用程度的隨時(shí)。由此可見，混凝土凍結(jié)前，要使其在正常溫度下有一段預(yù)養(yǎng)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(qiáng)度，一般稱臨界強(qiáng)度，即可達(dá)到預(yù)期效果。對(duì)于臨界強(qiáng)度，各國規(guī)定取值不等，我國規(guī)定為不得低于設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)的30%，也不得低于35千克每平方厘米。

混凝土凍害的危害：

1. 降低混凝土強(qiáng)度

2. 造成混凝土裂縫

3. 混凝土中鋼筋的銹蝕

4. 降低混凝土耐久性能

防止混凝土凍害的一般原則：

1. 減少用水量

2. 提高早期的強(qiáng)度

3. 減低水的冰點(diǎn)、

4. “緩沖”冰對(duì)混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的壓力

5. 降低混凝土體積變化

混凝土防凍劑的作用機(jī)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(qiáng)度；減水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(qiáng)成分：使混凝土早期強(qiáng)度提高，在水結(jié)冰前使混凝土超過臨界強(qiáng)度，降低冰對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響。

3.防凍劑中引氣成分：均勻、穩(wěn)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(duì)混凝土造成的壓力和體積變化。

防凍劑有限使用溫度的規(guī)定：

1. 防凍劑的有效作用溫度

2. 防凍劑對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的實(shí)際“有效作用溫度”

3. 對(duì)防凍劑適用溫度的規(guī)定

混凝土防凍劑的作用：

1. 防凍劑迅速提高早期強(qiáng)度。

2. 防凍劑不能根本改變混凝土在低溫強(qiáng)度增長的規(guī)律。

3. 防凍劑摻量對(duì)混凝土強(qiáng)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(gè)問題：

1）如何確定混凝土最短的養(yǎng)護(hù)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(qiáng)度和耐久性滿足要求

實(shí)際工程中，要根據(jù)施工時(shí)的氣溫情況，工程結(jié)構(gòu)狀況（工程量、結(jié)構(gòu)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(qiáng)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，來選擇合理的施工方法。一般來說，對(duì)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(yīng)當(dāng)用最短的工期、最低的施工費(fèi)用，來獲得最優(yōu)良的工程質(zhì)量，也就是工期、費(fèi)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

1）調(diào)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(dāng)品種的水泥是提高混凝土抗凍的重要手段。試驗(yàn)結(jié)果表明，應(yīng)使用早強(qiáng)硅酸鹽水泥。該水泥水化熱較大，且在早期放出強(qiáng)度最高，一般3天抗壓強(qiáng)度大約相當(dāng)于普通硅酸鹽水泥的7天強(qiáng)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(dá)到齡期強(qiáng)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(yīng)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(nèi)水結(jié)冰所產(chǎn)生的水壓力，提高混凝土的抗凍性。④摻加早強(qiáng)外加劑，縮短混凝土的凝結(jié)時(shí)間，提高早期強(qiáng)度。應(yīng)用較普通的有硫酸鈉（摻用水泥用量的2%）和MSF符合早強(qiáng)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(shù)和周圍砂漿膨脹系數(shù)相同。

2）蓄熱法

主要用于氣溫-10℃左右，結(jié)構(gòu)比較厚大的工程。做法是：對(duì)原材料（水、砂、石）進(jìn)行加熱，使混凝土在攪拌、運(yùn)輸和澆灌以后，還儲(chǔ)備相當(dāng)?shù)臒崃?，以使水泥水化放熱較快，并加強(qiáng)對(duì)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(fèi)用不多，但要注意內(nèi)部保溫，避免角部與外露表面受凍，且要延長養(yǎng)護(hù)臨期。

3）抗凍外加劑

在-10℃以上的氣溫中，對(duì)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(fù)溫下仍處于液相狀態(tài)，水化作用能繼續(xù)進(jìn)行，從而使混凝土強(qiáng)度繼續(xù)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(gòu)件并不厚大的工程。通過加熱混凝土構(gòu)件周圍的空氣，將熱量傳給混凝土，或直接對(duì)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(nèi)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。但因其需要專門的鍋爐設(shè)備，費(fèi)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?qū)㈦姛崞髻N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(fā)生器，對(duì)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(tuán)和有機(jī)物，應(yīng)清潔、級(jí)配良好、質(zhì)地堅(jiān)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(jī)理是在規(guī)定的負(fù)溫下顯著降低混凝土的液相冰點(diǎn)，使混凝土在液態(tài)不結(jié)冰，保證水泥的水化作用，在一定的時(shí)間內(nèi)獲得預(yù)期的強(qiáng)度，防凍劑應(yīng)通過技術(shù)鑒定，符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，并經(jīng)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)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(yùn)輸?shù)囊?/strong>