一、混凝土的冬季施工

1.有關(guān)冬季施工起止時間的規(guī)定

混凝土結(jié)構(gòu)工程的施工應(yīng)采取冬期施工措施，可以取第一個出現(xiàn)連續(xù)5天穩(wěn)定低于5℃的初日作為冬期施工的起始日期。當(dāng)氣溫回升時，取第一個連續(xù)5天穩(wěn)定高于5℃的末日作為冬期施工的終止日期。初日和末日之間的日期即為混凝土冬期施工期。

2.溫度對混凝土性能的影響

環(huán)境溫度低，水泥的水化反應(yīng)慢，影響混凝土強(qiáng)度的增長。試驗得出：溫度每降低1℃，水泥的水化作用降低約5％～7％，在1℃～0℃范圍內(nèi)水泥的水化活性劇烈地降低，水化作用緩慢。一般當(dāng)溫度低于0℃的某個范圍時，游離水將開始結(jié)冰，溫度達(dá)到-15℃左右時，游離水幾乎全部凍結(jié)成冰，致使水泥的水化和硬化完全停止。

當(dāng)水轉(zhuǎn)化為固態(tài)的冰時，其體積約增大9％，使混凝土產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，造成骨料與水泥顆粒的相對位移及內(nèi)部水分向負(fù)溫表面遷移，在混凝土體內(nèi)形成冰聚體引起局部結(jié)構(gòu)破壞。

新澆筑的混凝土過早遭受凍結(jié)將大大降低極限強(qiáng)度，強(qiáng)度損失率可能達(dá)到設(shè)計標(biāo)號的50％，甚至引起整體結(jié)構(gòu)破壞；但當(dāng)混凝土達(dá)到臨界強(qiáng)度后遭受凍結(jié)，混凝土的極限強(qiáng)度損失較小，也不會發(fā)生整體結(jié)構(gòu)破壞。

混凝土的拌合水中摻入一定量的防凍劑會使水溶液的冰點(diǎn)降低，其冰點(diǎn)的降低幅度與防凍劑的種類和摻量或溶液的濃度有關(guān)。防凍劑的使用效果在很大程度上取決于溶液的濃度以及混凝土硬化過程經(jīng)受的負(fù)溫值。

混凝土內(nèi)摻入防凍劑的主要目的是使其在負(fù)溫下保持足夠的液相，使水泥的水化得以繼續(xù)進(jìn)行；轉(zhuǎn)入正溫后，混凝土強(qiáng)度能進(jìn)一步增長，并達(dá)到或超過設(shè)計標(biāo)號。

3.混凝土冬期施工注意事項

混凝土冬期施工要求正溫澆筑、正溫養(yǎng)護(hù)。對原材料的加熱，以及混凝土的攪拌、運(yùn)輸、澆筑和養(yǎng)護(hù)應(yīng)進(jìn)行熱工計算，并據(jù)此施工。

（1）對材料和材料加熱的要求 

①冬期施工中配制混凝土用的水泥，應(yīng)優(yōu)先選用活性高、水化熱量大的硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥，蒸汽養(yǎng)護(hù)時用的水泥品種應(yīng)經(jīng)試驗確定。水泥的強(qiáng)度不應(yīng)低于42.5等級，水灰比不應(yīng)大于0.6。水泥不得直接加熱，使用前1～2天運(yùn)入暖棚存放，暖棚溫度宜在5℃以上。

②因為水的比熱是砂、石集料的5倍左右，所以冬期拌制混凝土?xí)r應(yīng)優(yōu)先采用加熱水的方法，但加熱溫度要符合規(guī)定的數(shù)值。

③集料要求提前清洗和貯備，做到集料清潔，無凍塊和冰雪。冬期集料所有貯備場地應(yīng)選擇地勢較高不積水的地方。

④冬期施工拌制混凝土的砂、石溫度要符合熱工計算需要溫度。加熱的方法可因地制宜，但以蒸汽加熱法為好。

⑤原材料不論用何種方法加熱，在設(shè)計加熱設(shè)備時，必須先求出每天的最大用料量和要求達(dá)到的溫度，根據(jù)原材料的初溫和比熱，求出需要的總熱量。同時考慮加熱過程中熱量的損失。有了要求的總熱量，可以決定采用熱源的種類、規(guī)模和數(shù)量。

（2）攪拌

混凝土不宜露天攪拌，應(yīng)盡量搭設(shè)暖棚，優(yōu)先選用大容量的攪拌機(jī)，以減少混凝土的熱量損失。攪拌前，用熱水或蒸汽沖洗攪拌機(jī)?；炷恋陌韬蜁r間比常溫規(guī)定時間延長50％。由于水泥和80℃左右的水拌和會發(fā)生驟凝現(xiàn)象，所以材料的投料順序是先將水和砂石投入拌和，然后加入水泥。若能保證熱水不和水泥直接接觸，水可以加熱到100℃。

（3）運(yùn)輸

混凝土的運(yùn)輸時間和距離應(yīng)保證混凝土不離析、不喪失塑性。主要措施為減少運(yùn)輸時間和距離；使用大容積的運(yùn)輸工具并加以適當(dāng)保溫等。

（4）澆筑和養(yǎng)護(hù)

混凝土在澆筑前，應(yīng)清除模板和鋼筋上的凍雪和污垢，盡量加快混凝土的澆筑速度，防止熱量散失過多?；炷涟韬臀锏某鰴C(jī)溫度不宜低于10℃，入模溫度不得低于5℃。采用加熱養(yǎng)護(hù)時，混凝土養(yǎng)護(hù)前的溫度不得低于2℃。 

加熱養(yǎng)護(hù)整體式結(jié)構(gòu)時，施工縫的位置應(yīng)設(shè)置在溫度應(yīng)力較小處。加熱溫度超過40℃時，由于溫度高，勢必在結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生溫度應(yīng)力。因此，在施工之前應(yīng)征求設(shè)計單位的意見，在跨內(nèi)適當(dāng)?shù)奈恢迷O(shè)置施工縫。留施工縫處，在水泥終凝后立即用3～5個大氣壓的氣流吹除結(jié)合面的水泥膜、污水和松動石子。

二、防凍劑的組成及作用機(jī)理

防凍劑必須從防止凍害的發(fā)生及提高混凝土本身的抗凍性兩個途徑來解決。 

防凍劑可以分成兩大類型：早強(qiáng)型和防凍型。 

我國氣候及溫度變化規(guī)律：長江以北到黃河以南，氣溫雖然可以降至5℃以下但基本上在0℃上，冬季施工只要加早強(qiáng)劑即可以保證質(zhì)量了。黃河以北，氣溫會在0℃以下數(shù)個月，冬季施工需要防凍劑。華北西北地區(qū)，最低氣溫在-10℃以上的地區(qū)，使用早強(qiáng)型的防凍劑。東北地區(qū)內(nèi)蒙新疆，冬季氣溫經(jīng)常在-10℃以下，冬季施工的混凝土必須使用防凍性的防凍劑。 

混凝土防凍劑 

1.早強(qiáng)型防凍劑

最低氣溫不超過-10℃，日氣溫一般在0℃上下浮動，在氣溫最高的白天澆筑，混凝土內(nèi)部溫度就可以保持在0℃以上。不是在最高氣溫下澆筑，澆筑后用塑料薄膜及草袋等覆蓋，混凝土內(nèi)部溫度也會高于氣溫。這種情況下混凝土?xí)芸爝_(dá)到臨界強(qiáng)度3.5MPa而不至于產(chǎn)生凍害。因此在最低溫度高于-10℃時只需添加早強(qiáng)型防凍劑即可。目的是更快的達(dá)到臨界強(qiáng)度。

早強(qiáng)型防凍劑可以不必加入太多的防凍組分，盡量使防凍劑的摻量降低些，不但經(jīng)濟(jì)核算，降低摻量對混凝土的耐久性也是很有好處的。

2.防凍型防凍劑

日平均氣溫在-15℃以下的地區(qū)，混凝土澆筑后即使是入模溫度較高，但由于混凝土內(nèi)外溫差較大，混凝土在簡單覆蓋的情況下還是會很快的降至0℃以下，防凍劑的作用是要保證混凝土在澆筑后能抵御一定限度負(fù)溫環(huán)境。在此低溫下混凝土內(nèi)部仍然保持足夠的液相，以使水泥水化作用繼續(xù)進(jìn)行，而不致被凍脹破壞。 

防凍組分是以降低液相中的冰點(diǎn)為目的的一些純化學(xué)物質(zhì)。為保持在規(guī)定的負(fù)溫下仍然有足夠的液相就必須保持防凍成分有一定摻量。這些物質(zhì)在防凍劑中占有相當(dāng)?shù)谋壤@種比例隨著所要求的規(guī)定溫度不同而變化，負(fù)溫越低摻量越大。 

3.復(fù)合型防凍劑的組分及作用機(jī)理

根據(jù)混凝土產(chǎn)生凍害的原因分析，必須從提高混凝土本身的抗凍能力及防治凍害的發(fā)生兩個途徑來解決。

（1）早強(qiáng)組分

為了促進(jìn)水泥水化作用，使混凝土盡快達(dá)到抵御凍害的能力，強(qiáng)度迅速增長，加速模板周轉(zhuǎn)，縮短工期，早強(qiáng)組分是必不可少的，為了避免鋼筋銹蝕，采取相應(yīng)技術(shù)措施，使用少量的氯鹽，確保對鋼筋無促銹作用。

常用的早強(qiáng)劑有硫酸鈉，氯化鈣，硝酸鈣，亞硝酸鈣，三乙醇胺等。防凍劑中的早強(qiáng)成分主要是是混凝土盡快達(dá)到或超過混凝土的受凍臨界強(qiáng)度。

（2）減水組分

減水劑的作用就在于分散水泥和降低混凝土的水灰比。減少了絕對用水量，使毛細(xì)孔變細(xì)、減少、且分布均勻，提高了混凝土的密實性。實質(zhì)上是減少了混凝土中可凍水的數(shù)量，即減少了受凍混凝上中的含冰率，相應(yīng)也提高了混凝土防凍性能。另外防凍劑摻量是固定的，由于水灰比的減小，相對的提高了混凝土中減水劑水溶液的濃度，進(jìn)一步降低了冰點(diǎn)，從而提高了混凝土防早期凍害能力。

常用的減水劑有木鈣，木萘，萘系高校減水劑及三聚氰胺，氨基磺酸鹽等。

（3）引氣組分

水結(jié)冰時體積增大9％，嚴(yán)重時可造成混凝土中骨料與水泥顆粒的相對位移，使混凝土結(jié)構(gòu)受到損傷甚至破壞，形成不可逆轉(zhuǎn)的強(qiáng)度損失。這種引氣劑在攪拌混凝土過程中能引入大量均勻分布、穩(wěn)定而封閉的激小氣泡。這些氣泡對混凝土主要有四種作用：

(a)能減少混凝土的用水量，進(jìn)一步降低水灰比；

(b)引入的汽泡對混凝土內(nèi)冰晶的膨脹力有一個緩沖和消弱作用，減輕冰晶膨脹力的破壞作用；

(c)提高了混凝土的耐久性能；

(d)小氣泡起到阻斷毛細(xì)孔作用，使毛細(xì)孔中的可凍結(jié)水減少。

當(dāng)引入的氣泡數(shù)量少，體積大，一般都是可見氣泡，起不到上述效果，反而會產(chǎn)生一些不利的影響，并且由于振搗排除不力時，一些氣泡還會聚合成更大氣泡，因此稱這種氣泡為有害氣泡，所以使用引氣原材料要特別謹(jǐn)慎。

引氣的組分可以使用引氣型減水劑如木鈣，木鈉，蒽系減水劑等。也可以使用引氣劑，如松香熱聚物等。 

（4）防凍組分

主要功能是在負(fù)溫條件下降低混凝土內(nèi)游離水的冰點(diǎn)，減少混凝土內(nèi)部水分的成冰率，使之有較多的液態(tài)水供水泥水化，更重要的是改變成冰結(jié)構(gòu)，使冰晶變得疏松且成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，因而對混凝土結(jié)構(gòu)沒有破壞作用。防凍組分一般摻量都比較大，考慮到對混凝土耐久性能的要求，應(yīng)盡量減少K+和Na+的引入量，這也是防凍劑的突出特點(diǎn)。 

在負(fù)溫下?lián)椒纼鰟┗炷林写蟛糠炙员３忠合?，混凝土?qiáng)度在負(fù)溫下依然在增長。在負(fù)溫下混凝土的增長速度取決于水泥品種、防凍劑種類和負(fù)溫溫度。按混凝土強(qiáng)度增長的速率的次序如下排列：

K2CO3>CaCl2>NaCl>NaNO2>Ca(NO3)2

只要保證混凝土在達(dá)到臨界強(qiáng)度前不受早期凍結(jié)，摻防凍劑混凝土的強(qiáng)度在以后的正溫下都能正常地繼續(xù)增長。

三、防凍劑的生產(chǎn)與工程應(yīng)用 

1防凍劑的生產(chǎn)

復(fù)合型防凍劑在我國北方地區(qū)大量使用。

粉狀防凍劑的生產(chǎn)關(guān)鍵在于配方的選擇與產(chǎn)品質(zhì)量的均勻性。而液體產(chǎn)品必須考慮各組分之間在水溶液中的相容性。液態(tài)產(chǎn)品中不允許有沉淀、結(jié)晶、絮狀物、粘稠度要適于管道輸送。

2冬季施工中防凍劑的選用

冬施混凝土大致分為3大類：冷混凝土、負(fù)溫混凝土和早強(qiáng)混凝土。

冷混凝土是指除拌合水必須保持液態(tài)外，其他集料均不保溫，澆筑后也不采取任何保溫措施，主要依靠防凍組分保證一定的過冷液體在負(fù)溫下緩慢的進(jìn)行水化。這種混凝土需要摻大量無機(jī)鹽類來降低冰點(diǎn)。在施工條件不具備采取其他措施時才使用。 

負(fù)溫混凝土：混凝土在負(fù)溫施工時，對砂、石、拌合水進(jìn)行保溫和熱處理，在混凝土養(yǎng)護(hù)過程中要與保溫防護(hù)、蓄熱法等綜合措施相結(jié)合。

低溫早強(qiáng)混凝土：在0℃左右的低溫或不很低的負(fù)溫下施工，只采取加熱拌合水再輔以綜合蓄熱法使混凝土保持在正溫下硬化、增強(qiáng)。

冷混凝土和負(fù)溫混凝土摻防凍劑的作用是降低拌合物種中液相的冰點(diǎn)，使水泥在負(fù)溫下繼續(xù)水化，因此采用防凍型的防凍劑，負(fù)溫混凝土采用了加熱原材料及蓄熱保溫養(yǎng)護(hù)使混凝土的初始溫度始終高于外界最低溫度，因此外加劑摻量比冷混凝土少。

低溫早強(qiáng)混凝土則只需加入早強(qiáng)型防凍劑即可。