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摘要：本文作者对水利工程冬季混凝土施工技术进行了分析介绍，供同行参考。
关键词：水利工程；混凝土；冬季；施工技术
中图分类号：TU984 文献标识码：A 文章编号：
混凝土施工是水利工程建设的重要组成部分，由于水利工程自身的局限性，一般都会在冬季施工建设，然而冬季的气候条件给混凝土施工、人员工作等都有不便之处，其中混凝土受气候环境影响最为严重。因此，如何解决好冬季混凝土施工问题是顺利开展冬季水利工程施工建设的关键。
1 冬季施工准备
1.1 针对混凝土的主要材料水泥的选材，要根据冬季气候特点，选择高抗冻性水泥。目前我国水泥市场上水泥的抗冻性强弱不一，其中硅酸盐水泥的抗冻性最好，普通硅酸盐水泥与矿渣硅酸盐水泥的抗冻性次之，火山灰和粉煤灰硅酸盐抗冻性能最低。在冬季进行水利工程施工的过程中要根据气候条件优先选择抗冻性能好的水泥，并且对水泥标号、水泥用量、水灰比重等问题做严格的要求，一般水泥标号不得低于32.5号，水灰比不应大于0.6。
1.2 冬季施工，应对混凝土掺合材料进行细致的分析研究，例如：掺入减水剂、早强剂、速凝剂、防冻剂等对提高抗冻性效果显著的外加剂时，要严格按照参量表进行配比，认真对掺合材料对混凝土抗冻、抗渗等性能的影响进行仔细分析，避免参合材料对混凝土造成不利影响。
1.3 混凝土所选用的骨科必须保持清洁，混凝土对骨科的掺杂有严格的要求，骨科中不得含有易冻裂的矿物质和冰雪冻结物，同时在含有钠离子与钾离子等防冻剂的混凝土中，所使用的骨科不得含有活性材料，以免发生化学反应，影响混凝土的稳定性。
2 混凝土冬季施工方案的选择
2.1 调整混凝土配合比
調整配合比法主要适用于在0℃左右环境下的混凝土施工。具体做法是:① 选择适当品种的水泥是提高混凝土抗冻的重要手段。应使用早强硅酸盐水泥。该类水泥水化热较大,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。 ② 尽量降低水灰比(水灰比<0.6),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。③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。④ 掺加早强外加剂,缩短混凝土的混结时间,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MS—F复合早强试水剂(掺水泥用量的5%)。⑤选择颗粒硬度高和缝隙少的集科,使其热膨胀系数和周围砂浆膨胀系数相近。
2.2 蓄热法
蓄热法主要适用于环境温度0℃左右,结构比较厚大的工程。做法是:对原材料(水、砂、石)进行保温、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。一般混凝土入仓温度应大于5℃ ,以加快水泥水化,同时做好混凝土的保温工作,以保证温度降到0℃ 以前混凝土具有足够的抗冻能力。此法工艺简单,施工费用不多,但要注意保温,避免角部与外露表面受冻,且要延长养护龄期。① 砂石料储备保温:为避免入冬以后砂石料在料场或运输过程中受冻,应在入冬前组织砂石料进场,进场后及时用草袋以及棉毡或采取其它措施覆盖,保证砂石料不受冻、温度在5℃ 以上,同时防止冰雪、冻块进入搅拌机造成混凝土温度损失。②混凝土拌和料加温:采用蒸汽对砂石料和拌和用水加温,拌和水加热温度根据混凝土拌和物混合温度和计算控制但不大于80% ,也可以采用深井水(常温18℃左右)适当加热作为拌和用水;水泥、外加剂在库房或暖棚内保温,禁止对其进行直接加温。搅拌站搭设暖棚挡风保温。③ 各种混凝土运输车、混凝土输送泵以及管道在使用前用热水清洗加温;保证运输过程顺畅,混凝土泵安装后加保温采暖棚,管道用土工布或棉毡包裹保温,使用前后用热水冲洗干净,防止混凝士残料在管道内冻结、影响畅通。
2.3 外部加热法
主要用于气温―10℃ 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。一是火炉加热。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。二是蒸气加热。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。三是电加热。将钢筋作为电极,或将电热器贴在混凝土表面,便能变为热能,以提高混凝土的温度。此法简单方便,热损失较少,易控制,不足之处是电能消耗量大。四是红外线加热。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。
2.4 添加防冻剂
在混凝土冬季施工的诸多方法中,采用外加剂是一种比较简单而经济的方法。近几年来已在冬季施工中广泛的采用。比之于电热法、蒸气法、暖栅法,远红外等加热法措施法,设备投资,能源消耗、设备维修都可省去。可节约冬季费用。防冻剂在混凝土中的主要作用如下:①提高早强度。掺入防冻剂后可在规定的施工环境温度下,最大限度的提高早期强度。利用防冻剂中的早强。减少组分使混凝土早期强度尽快提高,当混凝土的强度达到或超过临界强度后,就不会发生冻害。② 防止混凝土受冻破坏。防冻剂中的有效组分之一是降低冰点的物质。它的主要作用是使混凝土中的水份在尽可能低的温度下结冰,防止因水份冻结而产生的冻胀应力破坏混凝土结构。它的另外一个作用是干扰冰晶的生长,使冰晶的生长发生变异,从而减少了冻胀应力。
3 混凝土的拌制
拌制混凝土用的骨料必须清洁,不得含有冰雪和冻块,以及易冻裂的物质。在掺有含钾、钠离子的外加剂时,不得使用活性骨料。在有条件的时候,砂石筛洗应抢在零上温度时做,并用塑料纸,油布盖好。拌制掺外加剂的混凝土时,如外加剂为粉剂,可按要求掺量直接撒在水泥上面和水泥同时投入。如外加剂为液体,使用时应先配制成规定浓度溶液,然后根据使用要求,用规定浓度溶液配制成施工溶液。各溶液要分别置于有明显标志的容器中,不得混淆。每班使用的外加剂溶液应一次配成。
当施工期处于0 ℃左右时,可在混凝土中添加早强剂,掺量应符合使用要求及规范规定,且应注意在添加前应做好模拟试验,以核实有关技术措施;对于有限期拆模要求的混凝土,还应适当提高混凝土设计等级。混凝土中添加防冻剂时,严禁使用高铝水泥。严格控制混凝土水灰比,骨料带入的水分及外加剂溶液中的水分均应从拌和水中扣除。搅拌掺有外加剂的混凝土时,搅拌时间应取常温搅拌时间的1.5倍。混凝土拌和物的出机温度不宜低于10℃ ,入模温度不得低于5 ℃。
4 混凝土的运输和浇筑
混凝土搅拌场地应尽量靠近施工地点,以减少材料运输过程中的热量损失,同时也应正确选择运输用的容器(包括形状,大小,保温措施)。混凝土浇筑前,应清除模板和钢筋上,特别是新老混凝土(如梁,柱交接处)交接处的冰雪及垃圾。
当采用商品混凝土时,在浇筑前,应了解商品混凝土中掺入抗冻剂的性能,并做好相应的防冻保暖措施。分层浇筑混凝土时,已浇筑层在未被上一层的混凝土覆盖前,不应低于计算规定的温度也不得低于2℃。重点工程或上部结构要连续施工的工程,混凝土应采取有效措施,以保证预期所要达到的强度。预应力混凝土构件在进行孔道和立缝的灌浆前,浇灌部位的混凝土必须经预热,并采用热的水泥浆,砂浆或混凝土,浇灌后在正温下养护到强度不低于15MPa。现场应留设同条件养护的混凝土试块作为拆模依据。
5 混凝土的养护
冬季浇筑的混凝土,由正温转入负温养护前,混凝土的抗压强度不应低于设计强度的40% ,对于C10以下的混凝土不得小于5MPa。
采用的保温材料(草袋,麻袋),应保持干燥。保温材料不宜直接覆盖在刚浇筑完毕的混凝土层上,可先覆盖塑料薄膜,上部再覆草袋,麻袋等保温材料。保温材料的铺设厚度为:一般情况下0℃以上铺一层;0℃ 以下铺二层或三层;大体积混凝土浇筑及二次抹面压实后应立即覆盖保温,其保温层厚度,材质应根据计算确定。拆模后的混凝土也应及时覆盖保温材料,以防混凝土表面温度的骤降而产生裂缝。
参考文献：
[1] 李萍.水利工程冬季施工质量控制和预防措施[J].山西水利,2009，（10）.
[2] 王勇.浅析混凝土冬季施工技术措施[J].内蒙古水利,2011，（9）.
关键词：水利工程；混凝土；冬季；施工技术
中图分类号：TU984 文献标识码：A 文章编号：
混凝土施工是水利工程建设的重要组成部分，由于水利工程自身的局限性，一般都会在冬季施工建设，然而冬季的气候条件给混凝土施工、人员工作等都有不便之处，其中混凝土受气候环境影响最为严重。因此，如何解决好冬季混凝土施工问题是顺利开展冬季水利工程施工建设的关键。
1 冬季施工准备
1.1 针对混凝土的主要材料水泥的选材，要根据冬季气候特点，选择高抗冻性水泥。目前我国水泥市场上水泥的抗冻性强弱不一，其中硅酸盐水泥的抗冻性最好，普通硅酸盐水泥与矿渣硅酸盐水泥的抗冻性次之，火山灰和粉煤灰硅酸盐抗冻性能最低。在冬季进行水利工程施工的过程中要根据气候条件优先选择抗冻性能好的水泥，并且对水泥标号、水泥用量、水灰比重等问题做严格的要求，一般水泥标号不得低于32.5号，水灰比不应大于0.6。
1.2 冬季施工，应对混凝土掺合材料进行细致的分析研究，例如：掺入减水剂、早强剂、速凝剂、防冻剂等对提高抗冻性效果显著的外加剂时，要严格按照参量表进行配比，认真对掺合材料对混凝土抗冻、抗渗等性能的影响进行仔细分析，避免参合材料对混凝土造成不利影响。
1.3 混凝土所选用的骨科必须保持清洁，混凝土对骨科的掺杂有严格的要求，骨科中不得含有易冻裂的矿物质和冰雪冻结物，同时在含有钠离子与钾离子等防冻剂的混凝土中，所使用的骨科不得含有活性材料，以免发生化学反应，影响混凝土的稳定性。
2 混凝土冬季施工方案的选择
2.1 调整混凝土配合比
調整配合比法主要适用于在0℃左右环境下的混凝土施工。具体做法是:① 选择适当品种的水泥是提高混凝土抗冻的重要手段。应使用早强硅酸盐水泥。该类水泥水化热较大,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。 ② 尽量降低水灰比(水灰比<0.6),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。③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。④ 掺加早强外加剂,缩短混凝土的混结时间,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MS—F复合早强试水剂(掺水泥用量的5%)。⑤选择颗粒硬度高和缝隙少的集科,使其热膨胀系数和周围砂浆膨胀系数相近。
2.2 蓄热法
蓄热法主要适用于环境温度0℃左右,结构比较厚大的工程。做法是:对原材料(水、砂、石)进行保温、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。一般混凝土入仓温度应大于5℃ ,以加快水泥水化,同时做好混凝土的保温工作,以保证温度降到0℃ 以前混凝土具有足够的抗冻能力。此法工艺简单,施工费用不多,但要注意保温,避免角部与外露表面受冻,且要延长养护龄期。① 砂石料储备保温:为避免入冬以后砂石料在料场或运输过程中受冻,应在入冬前组织砂石料进场,进场后及时用草袋以及棉毡或采取其它措施覆盖,保证砂石料不受冻、温度在5℃ 以上,同时防止冰雪、冻块进入搅拌机造成混凝土温度损失。②混凝土拌和料加温:采用蒸汽对砂石料和拌和用水加温,拌和水加热温度根据混凝土拌和物混合温度和计算控制但不大于80% ,也可以采用深井水(常温18℃左右)适当加热作为拌和用水;水泥、外加剂在库房或暖棚内保温,禁止对其进行直接加温。搅拌站搭设暖棚挡风保温。③ 各种混凝土运输车、混凝土输送泵以及管道在使用前用热水清洗加温;保证运输过程顺畅,混凝土泵安装后加保温采暖棚,管道用土工布或棉毡包裹保温,使用前后用热水冲洗干净,防止混凝士残料在管道内冻结、影响畅通。
2.3 外部加热法
主要用于气温―10℃ 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。一是火炉加热。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。二是蒸气加热。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。三是电加热。将钢筋作为电极,或将电热器贴在混凝土表面,便能变为热能,以提高混凝土的温度。此法简单方便,热损失较少,易控制,不足之处是电能消耗量大。四是红外线加热。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。
2.4 添加防冻剂
在混凝土冬季施工的诸多方法中,采用外加剂是一种比较简单而经济的方法。近几年来已在冬季施工中广泛的采用。比之于电热法、蒸气法、暖栅法,远红外等加热法措施法,设备投资,能源消耗、设备维修都可省去。可节约冬季费用。防冻剂在混凝土中的主要作用如下:①提高早强度。掺入防冻剂后可在规定的施工环境温度下,最大限度的提高早期强度。利用防冻剂中的早强。减少组分使混凝土早期强度尽快提高,当混凝土的强度达到或超过临界强度后,就不会发生冻害。② 防止混凝土受冻破坏。防冻剂中的有效组分之一是降低冰点的物质。它的主要作用是使混凝土中的水份在尽可能低的温度下结冰,防止因水份冻结而产生的冻胀应力破坏混凝土结构。它的另外一个作用是干扰冰晶的生长,使冰晶的生长发生变异,从而减少了冻胀应力。
3 混凝土的拌制
拌制混凝土用的骨料必须清洁,不得含有冰雪和冻块,以及易冻裂的物质。在掺有含钾、钠离子的外加剂时,不得使用活性骨料。在有条件的时候,砂石筛洗应抢在零上温度时做,并用塑料纸,油布盖好。拌制掺外加剂的混凝土时,如外加剂为粉剂,可按要求掺量直接撒在水泥上面和水泥同时投入。如外加剂为液体,使用时应先配制成规定浓度溶液,然后根据使用要求,用规定浓度溶液配制成施工溶液。各溶液要分别置于有明显标志的容器中,不得混淆。每班使用的外加剂溶液应一次配成。
当施工期处于0 ℃左右时,可在混凝土中添加早强剂,掺量应符合使用要求及规范规定,且应注意在添加前应做好模拟试验,以核实有关技术措施;对于有限期拆模要求的混凝土,还应适当提高混凝土设计等级。混凝土中添加防冻剂时,严禁使用高铝水泥。严格控制混凝土水灰比,骨料带入的水分及外加剂溶液中的水分均应从拌和水中扣除。搅拌掺有外加剂的混凝土时,搅拌时间应取常温搅拌时间的1.5倍。混凝土拌和物的出机温度不宜低于10℃ ,入模温度不得低于5 ℃。
4 混凝土的运输和浇筑
混凝土搅拌场地应尽量靠近施工地点,以减少材料运输过程中的热量损失,同时也应正确选择运输用的容器(包括形状,大小,保温措施)。混凝土浇筑前,应清除模板和钢筋上,特别是新老混凝土(如梁,柱交接处)交接处的冰雪及垃圾。
当采用商品混凝土时,在浇筑前,应了解商品混凝土中掺入抗冻剂的性能,并做好相应的防冻保暖措施。分层浇筑混凝土时,已浇筑层在未被上一层的混凝土覆盖前,不应低于计算规定的温度也不得低于2℃。重点工程或上部结构要连续施工的工程,混凝土应采取有效措施,以保证预期所要达到的强度。预应力混凝土构件在进行孔道和立缝的灌浆前,浇灌部位的混凝土必须经预热,并采用热的水泥浆,砂浆或混凝土,浇灌后在正温下养护到强度不低于15MPa。现场应留设同条件养护的混凝土试块作为拆模依据。
5 混凝土的养护
冬季浇筑的混凝土,由正温转入负温养护前,混凝土的抗压强度不应低于设计强度的40% ,对于C10以下的混凝土不得小于5MPa。
采用的保温材料(草袋,麻袋),应保持干燥。保温材料不宜直接覆盖在刚浇筑完毕的混凝土层上,可先覆盖塑料薄膜,上部再覆草袋,麻袋等保温材料。保温材料的铺设厚度为:一般情况下0℃以上铺一层;0℃ 以下铺二层或三层;大体积混凝土浇筑及二次抹面压实后应立即覆盖保温,其保温层厚度,材质应根据计算确定。拆模后的混凝土也应及时覆盖保温材料,以防混凝土表面温度的骤降而产生裂缝。
参考文献：
[1] 李萍.水利工程冬季施工质量控制和预防措施[J].山西水利,2009，（10）.
[2] 王勇.浅析混凝土冬季施工技术措施[J].内蒙古水利,2011，（9）.