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摘要: 钢筋混凝土结构在冬季负温状态下进行施工，受冻后将对其各种性能，如抗压强度、抗拉强度、钢筋粘结强度等产生一系列不利影响，造成结构承载力削弱甚至丧失，混凝土受冻后的缺陷处理甚为关键，盲目下结论，可能会造成资源和经济的巨大浪费。本文结合实例分析了混凝土冬期施工的受冻后的处理方法，并制定了相应的补强措施。
关键字: 混凝土；冬期受冻；缺陷处理
中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：
0 引言
有关资料表明，新拌混凝土含有的自由水中的很大一部分在-0.2℃～-2℃将开始结冰。自由水转化成冰晶后使混凝土产生两种后果，一是混凝土中的水泥因缺少水分无法进行水化反应，停止强度增长；二是体积增大使混凝土产生内应力和造成骨料与水泥浆之间的相对位移，并且由于混凝土内部的水分向负温表面迁移，混凝土局部形成冰聚体导致材料结构破坏。鉴于混凝土工程在冬季低溫季节施工的特殊性，国家行业标准《建筑工程冬期施工规程》（JGJ104-2011）规定，当室外日气温连续5d平均气温低于5℃即进入冬期施工，应遵守该标准规定的有关要求，在混凝土工程施工方案选择、原材料制备以及养护等各方面采取特殊的技术措施，以保证工程施工质量。尽管如此，工程实践表明，由于技术、管理和天气等方面的原因，在冬季负温下施工的混凝土工程，质量问题仍然多发。因此，近一步加强混凝土工程冬期施工的研究，不断积累工程施工和质量问题处理的经验，仍然具有较重要的现实意义，本文就此针对北京地区某住宅混凝土工程冬期施工情况以及受冻后缺陷处理方法进行介绍和探讨。
1 工程概况
1.1 工程设计参数
该工程位于北京市五环外，建筑面积17210平方米，地上21层，地下3层，全现浇剪力墙结构。该工程主体结构安全等级为二级，结构设计使用年限50年，设计抗震类别丙类，结构抗震等级二级，主体结构混凝土强度等级C35，钢筋等级HPB235、HRB335、HRB400。考虑在冬期施工，水泥的强度等级选择不低于P·O32.5号，同时水灰比不宜大于0.5。为了保证混凝土的强度，不宜添加大量粉煤灰、矿粉等掺合料。混凝土技术参数与配合比见表1与表2。
表1 混凝土技术参数
表2C35混凝土配合比
1.2 施工工艺与要求
（1）混凝土运输要求
混凝土水平和垂直运输的混凝土输送泵管道用50mm保温海绵进行保温，防止管道产生冻结。混凝土地泵、吊斗在表面包上保温海绵，外罩胶皮加以固定保温。商品混凝土运输车外包保温被进行保温。
（2）混凝土施工要求
商品混凝土的搅拌、运输和泵送，按照北京市商品混凝土管理规定，冬期混凝土到达施工现场的出罐温度不得低于15℃(严冬时期气温低于-10℃混凝土出罐温度不低于20℃)，入模温度不低于10℃，并严格控制混凝土坍落度在14～16cm以内。
（3）混凝土养护要求
混凝土采用综合蓄热法养护。当含水率大时采用真空吸水设备，对楼板进行真空抽水处理，提高楼板混凝土早期强度。混凝土未达到受冻临界强度均不得拆除保温材料；拆模后混凝土表面温度与外界温差大于20℃时，及混凝土表面冷却到5℃以前，必须继续覆盖塑料薄膜及阻燃草帘保水保温。
1.3 混凝土受冻对回弹强度的影响分析
该工程2009年9月开始进行主体结构施工，2010年1月份施工至地下1层时，气温骤降至-16℃，施工现场实测最低气温-21℃，远超出北京地区历年-10℃左右的最低气温常规天气，施工时预留混凝土标准试件及同条件养护试件各4组。2010年4月份对混凝土构件进行实体检测时发现，该工程地下1层墙体混凝土回弹强度不足，回弹强度见表3。
表3回弹强度统计表
回弹强度平均值19.8Mpa，混凝土强度仅达到设计强度的55 %；进一步仔细检查后发现部分混凝土构件外表存在起砂、酥松等现象，由此可以判断混凝土在达到临界强度之前已受冻。
2 混凝土受冻原因分析及强度论证
2.1 混凝土受冻程度论证
钻芯法检验是目前较为可靠的混凝土实际强度的检测方法，该方法适用于经过一个冬季后对混凝土实际强度的检查。此时取的芯样能较准确地检测出结构表面与内部之间冻深的损失关系。本工程共进行了两轮钻芯检验，第一轮检测强度见表4。
表4第一轮钻芯检测芯样强度统计表
从芯样强度试验结果分析，混凝土强度大都较低，各检测部位强度代表值偏差大，没有规律性，由此初步判断混凝土受冻情况较严重，工程可能需要全部拆除返工。
为慎重起见，我们对工程其他有关情况进一步进行分析，发现无法印证以上的钻芯检验结果。首先，钻芯检测出报告时已施工至地上10层，受冻墙体已加载大量荷载，利用钻芯检测结果进行结构计算，芯样强度较低部位应该出现大面积应力裂缝，而观察地下一层受冻混凝土表面并没有超出常规的裂缝迹象；然后调阅标准试件及同条件试件试验报告，所有结果均达到设计强度；而重新在强度较低钻芯部位进行回弹检测，结果均普遍高于钻芯强度；再仔细分析钻芯强度试压原始数据，发现同组3个数据之间偏差强度甚至超出2倍，专家组由此怀疑芯样在钻取、运输、保存、制作过程中存在破坏现象，决定再次对混凝土强度进行钻芯检测，加强对芯样钻取、运输、保存、制作过程的监督，第二轮钻芯强度见表5。
表5第二轮钻芯检测芯样强度统计表
第二轮钻芯检测结果强度代表值偏差较小，与回弹结果和试块强度对比有一定的规律性，具有很强的采信价值。依据第二轮钻芯检测结果，专家组定性为混凝土表皮受冻，避免了因论证不当导致工程全部被拆除的资源和经济的浪费。
2.2 混凝土受冻原因分析
为了分析混凝土在低温条件下受冻的原因，现对两条流水段进行对比分析。两条流水段中，一条出现受冻情况，另一条则正常。正常流水段采用的水泥强度等级P·O42.5，考虑-21℃条件下的防冻剂配比，添加了适量的引气剂、减水剂、膨胀剂、防冻剂等外加剂，水灰比为0.44，坍落度为160mm。而受冻流水段采用的水泥强度等级同样为P·O42.5，但仅考虑了-15℃条件下的防冻剂配比，因此仅添加了少量的防冻剂等外加剂，水灰比为0.52。从养护方式上来看，未受冻流水段采用综合蓄热法进行养护，并短时间通过电炉进行人工加热室温，其保温效果较好，而受冻流水段仅仅采用的是覆盖保温法，其保温效果相对较差。通过调阅施工资料发现，未受冻流水段入模温度为18℃，而受冻流水段入模温度仅为11℃。
通过两条流水段的对比分析可知，冬季造成混凝土受冻的原因主要包括以下几点。
（1）防冻剂掺量型号选择不当。防冻剂的配比度应根据温度条件进行确定，如温度过低，则需要加大防冻剂的用量。受冻流水段就是因为未考虑到-21℃条件下的防冻剂配比，导致防冻剂用量不足。
（2）养护方式不当，导致混凝土保温效果不好。目前常用的混凝土养护方式有蓄热法、综合蓄热法、人工加热法等，若选择的保温养护方式不当或是养护不到位，将导致混凝土失去保温效果，从而造成混凝土受冻。
（3）出罐温度与入模温度过低。相关资料规定，冬期混凝土到达施工现场的出罐温度不得低于15℃(严冬时期气温低于-10℃混凝土出罐温度不低于20℃)，入模温度不低于10℃。若混凝土出罐温度和入模温度过低，将导致混凝土受冻几率增大。
（4）混凝土水灰比过大。冬期混凝土施工时，混凝土的水灰比一般不超过0.5。若水灰比过大，则混凝土中的水量更多，其受冻可能性更大。
3 受冻混凝土缺陷处理方案
根据实验结果分析论证认为，该段墙体为混凝土表皮受冻，受冻深度约为1-2cm，受冻后墙体受力截面减小，混凝土强度和耐久性将受到影响，这对工程体的安全以及寿命造成了一定的影响。因此必须采取措施对受冻混凝土进行修补处理，从而加强混凝土的强度并增加混凝土的耐久性能。经分析，适用本工程的处理方法主要有如下几种：
（1）增大截面法
增大截面法是一种混凝土加固的常用方法。其工艺流程非常简单易行，使用范围也比较广，主要可用于板、梁、柱、墙等混凝土结构的加固。该方法是通过使用钢筋混凝土来增大混凝土的结构面积，从而达到提高混凝土结构承载能力的目的。
（2）置换混凝土法
置换混凝土法多用于强度较低的混凝土结构，若原有混凝土结构强度远远低于设计要求，则采取其他加固方法无法从根本上解决问题，此时只有通过置换混凝土才可解决混凝土结构强度过低的问题。进行置换混凝土时，应对原有结构分块进行置换，当某部分浇筑完成，混凝土凝固后，方可进行下一部分的置换。
（3）粘贴纤维复合材料、钢板法
粘贴纤维复合材料或是粘贴钢板是一个非常有效的方法，该方法不用拆除原有结构，只需通过加入支撑材料即可达到增大混凝土结构承载能力的目的。因而该方法具有较好的应用价值。
根据综合论证分析，本工程对受冻混凝土表皮补强措施如下：①清除混凝土受冻层, 在未冻表面上涂刷环氧树脂或刷107 胶；② 受冻墙体满挂100*100φ8钢筋网，钢筋上下植入结构板中，立面间隔60cm焊接膨胀螺栓与墙体牢靠连接；③从上层结构板中开洞，预留混凝土浇注孔；④C40自密实混凝土从上层结构板预留孔中浇灌；现场采用综合蓄热养护法。
28d后，经过混凝土试压试验，所有混凝土均达到设计强度, 满足了设计要求。连续观察12个月后，未发现补强后墙体出现应力裂缝等现象。
4 结语
北京地区通常11月中旬进入冬季施工，次年1月份进入寒冬季节，在此季节中施工防止混凝土受冻是一项十分重要的工作。由于施工措施不当和气候的多变, 使混凝土未达到临界强度即出现冻害，出现冻害后有时不被引起重视，而影响到工程质量，有时盲目下结论，造成资源和经济的巨大浪费。因此, 多途径鉴别分析混凝土受冻程度及准确判定混凝土实际强度, 制定相应的补强措施, 是保证结构安全、避免不必要的资源浪费的必要手段，具有重要的经济、社会和环境意义。
参考文献
[1] 李泽利. 浅谈冬季混凝土施工应注意的几个问题[J]. 黑龙江科技信息. 2008(33)
[2] 曹景喜. 混凝土冬期施工中应注意的几个问题[J]. 黑龙江科技信息. 2007(15)
[3] 费毓. 混凝土早期受冻临界强度与冻害的预防[J]. 民营科技. 2010(08)
[4] 宋海涛,马春艳,于蘊萍. 冬季混凝土施工预防冻害方法[J]. 黑龙江水利科技. 2011(02)
关键字: 混凝土；冬期受冻；缺陷处理
中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：
0 引言
有关资料表明，新拌混凝土含有的自由水中的很大一部分在-0.2℃～-2℃将开始结冰。自由水转化成冰晶后使混凝土产生两种后果，一是混凝土中的水泥因缺少水分无法进行水化反应，停止强度增长；二是体积增大使混凝土产生内应力和造成骨料与水泥浆之间的相对位移，并且由于混凝土内部的水分向负温表面迁移，混凝土局部形成冰聚体导致材料结构破坏。鉴于混凝土工程在冬季低溫季节施工的特殊性，国家行业标准《建筑工程冬期施工规程》（JGJ104-2011）规定，当室外日气温连续5d平均气温低于5℃即进入冬期施工，应遵守该标准规定的有关要求，在混凝土工程施工方案选择、原材料制备以及养护等各方面采取特殊的技术措施，以保证工程施工质量。尽管如此，工程实践表明，由于技术、管理和天气等方面的原因，在冬季负温下施工的混凝土工程，质量问题仍然多发。因此，近一步加强混凝土工程冬期施工的研究，不断积累工程施工和质量问题处理的经验，仍然具有较重要的现实意义，本文就此针对北京地区某住宅混凝土工程冬期施工情况以及受冻后缺陷处理方法进行介绍和探讨。
1 工程概况
1.1 工程设计参数
该工程位于北京市五环外，建筑面积17210平方米，地上21层，地下3层，全现浇剪力墙结构。该工程主体结构安全等级为二级，结构设计使用年限50年，设计抗震类别丙类，结构抗震等级二级，主体结构混凝土强度等级C35，钢筋等级HPB235、HRB335、HRB400。考虑在冬期施工，水泥的强度等级选择不低于P·O32.5号，同时水灰比不宜大于0.5。为了保证混凝土的强度，不宜添加大量粉煤灰、矿粉等掺合料。混凝土技术参数与配合比见表1与表2。
表1 混凝土技术参数
表2C35混凝土配合比
1.2 施工工艺与要求
（1）混凝土运输要求
混凝土水平和垂直运输的混凝土输送泵管道用50mm保温海绵进行保温，防止管道产生冻结。混凝土地泵、吊斗在表面包上保温海绵，外罩胶皮加以固定保温。商品混凝土运输车外包保温被进行保温。
（2）混凝土施工要求
商品混凝土的搅拌、运输和泵送，按照北京市商品混凝土管理规定，冬期混凝土到达施工现场的出罐温度不得低于15℃(严冬时期气温低于-10℃混凝土出罐温度不低于20℃)，入模温度不低于10℃，并严格控制混凝土坍落度在14～16cm以内。
（3）混凝土养护要求
混凝土采用综合蓄热法养护。当含水率大时采用真空吸水设备，对楼板进行真空抽水处理，提高楼板混凝土早期强度。混凝土未达到受冻临界强度均不得拆除保温材料；拆模后混凝土表面温度与外界温差大于20℃时，及混凝土表面冷却到5℃以前，必须继续覆盖塑料薄膜及阻燃草帘保水保温。
1.3 混凝土受冻对回弹强度的影响分析
该工程2009年9月开始进行主体结构施工，2010年1月份施工至地下1层时，气温骤降至-16℃，施工现场实测最低气温-21℃，远超出北京地区历年-10℃左右的最低气温常规天气，施工时预留混凝土标准试件及同条件养护试件各4组。2010年4月份对混凝土构件进行实体检测时发现，该工程地下1层墙体混凝土回弹强度不足，回弹强度见表3。
表3回弹强度统计表
回弹强度平均值19.8Mpa，混凝土强度仅达到设计强度的55 %；进一步仔细检查后发现部分混凝土构件外表存在起砂、酥松等现象，由此可以判断混凝土在达到临界强度之前已受冻。
2 混凝土受冻原因分析及强度论证
2.1 混凝土受冻程度论证
钻芯法检验是目前较为可靠的混凝土实际强度的检测方法，该方法适用于经过一个冬季后对混凝土实际强度的检查。此时取的芯样能较准确地检测出结构表面与内部之间冻深的损失关系。本工程共进行了两轮钻芯检验，第一轮检测强度见表4。
表4第一轮钻芯检测芯样强度统计表
从芯样强度试验结果分析，混凝土强度大都较低，各检测部位强度代表值偏差大，没有规律性，由此初步判断混凝土受冻情况较严重，工程可能需要全部拆除返工。
为慎重起见，我们对工程其他有关情况进一步进行分析，发现无法印证以上的钻芯检验结果。首先，钻芯检测出报告时已施工至地上10层，受冻墙体已加载大量荷载，利用钻芯检测结果进行结构计算，芯样强度较低部位应该出现大面积应力裂缝，而观察地下一层受冻混凝土表面并没有超出常规的裂缝迹象；然后调阅标准试件及同条件试件试验报告，所有结果均达到设计强度；而重新在强度较低钻芯部位进行回弹检测，结果均普遍高于钻芯强度；再仔细分析钻芯强度试压原始数据，发现同组3个数据之间偏差强度甚至超出2倍，专家组由此怀疑芯样在钻取、运输、保存、制作过程中存在破坏现象，决定再次对混凝土强度进行钻芯检测，加强对芯样钻取、运输、保存、制作过程的监督，第二轮钻芯强度见表5。
表5第二轮钻芯检测芯样强度统计表
第二轮钻芯检测结果强度代表值偏差较小，与回弹结果和试块强度对比有一定的规律性，具有很强的采信价值。依据第二轮钻芯检测结果，专家组定性为混凝土表皮受冻，避免了因论证不当导致工程全部被拆除的资源和经济的浪费。
2.2 混凝土受冻原因分析
为了分析混凝土在低温条件下受冻的原因，现对两条流水段进行对比分析。两条流水段中，一条出现受冻情况，另一条则正常。正常流水段采用的水泥强度等级P·O42.5，考虑-21℃条件下的防冻剂配比，添加了适量的引气剂、减水剂、膨胀剂、防冻剂等外加剂，水灰比为0.44，坍落度为160mm。而受冻流水段采用的水泥强度等级同样为P·O42.5，但仅考虑了-15℃条件下的防冻剂配比，因此仅添加了少量的防冻剂等外加剂，水灰比为0.52。从养护方式上来看，未受冻流水段采用综合蓄热法进行养护，并短时间通过电炉进行人工加热室温，其保温效果较好，而受冻流水段仅仅采用的是覆盖保温法，其保温效果相对较差。通过调阅施工资料发现，未受冻流水段入模温度为18℃，而受冻流水段入模温度仅为11℃。
通过两条流水段的对比分析可知，冬季造成混凝土受冻的原因主要包括以下几点。
（1）防冻剂掺量型号选择不当。防冻剂的配比度应根据温度条件进行确定，如温度过低，则需要加大防冻剂的用量。受冻流水段就是因为未考虑到-21℃条件下的防冻剂配比，导致防冻剂用量不足。
（2）养护方式不当，导致混凝土保温效果不好。目前常用的混凝土养护方式有蓄热法、综合蓄热法、人工加热法等，若选择的保温养护方式不当或是养护不到位，将导致混凝土失去保温效果，从而造成混凝土受冻。
（3）出罐温度与入模温度过低。相关资料规定，冬期混凝土到达施工现场的出罐温度不得低于15℃(严冬时期气温低于-10℃混凝土出罐温度不低于20℃)，入模温度不低于10℃。若混凝土出罐温度和入模温度过低，将导致混凝土受冻几率增大。
（4）混凝土水灰比过大。冬期混凝土施工时，混凝土的水灰比一般不超过0.5。若水灰比过大，则混凝土中的水量更多，其受冻可能性更大。
3 受冻混凝土缺陷处理方案
根据实验结果分析论证认为，该段墙体为混凝土表皮受冻，受冻深度约为1-2cm，受冻后墙体受力截面减小，混凝土强度和耐久性将受到影响，这对工程体的安全以及寿命造成了一定的影响。因此必须采取措施对受冻混凝土进行修补处理，从而加强混凝土的强度并增加混凝土的耐久性能。经分析，适用本工程的处理方法主要有如下几种：
（1）增大截面法
增大截面法是一种混凝土加固的常用方法。其工艺流程非常简单易行，使用范围也比较广，主要可用于板、梁、柱、墙等混凝土结构的加固。该方法是通过使用钢筋混凝土来增大混凝土的结构面积，从而达到提高混凝土结构承载能力的目的。
（2）置换混凝土法
置换混凝土法多用于强度较低的混凝土结构，若原有混凝土结构强度远远低于设计要求，则采取其他加固方法无法从根本上解决问题，此时只有通过置换混凝土才可解决混凝土结构强度过低的问题。进行置换混凝土时，应对原有结构分块进行置换，当某部分浇筑完成，混凝土凝固后，方可进行下一部分的置换。
（3）粘贴纤维复合材料、钢板法
粘贴纤维复合材料或是粘贴钢板是一个非常有效的方法，该方法不用拆除原有结构，只需通过加入支撑材料即可达到增大混凝土结构承载能力的目的。因而该方法具有较好的应用价值。
根据综合论证分析，本工程对受冻混凝土表皮补强措施如下：①清除混凝土受冻层, 在未冻表面上涂刷环氧树脂或刷107 胶；② 受冻墙体满挂100*100φ8钢筋网，钢筋上下植入结构板中，立面间隔60cm焊接膨胀螺栓与墙体牢靠连接；③从上层结构板中开洞，预留混凝土浇注孔；④C40自密实混凝土从上层结构板预留孔中浇灌；现场采用综合蓄热养护法。
28d后，经过混凝土试压试验，所有混凝土均达到设计强度, 满足了设计要求。连续观察12个月后，未发现补强后墙体出现应力裂缝等现象。
4 结语
北京地区通常11月中旬进入冬季施工，次年1月份进入寒冬季节，在此季节中施工防止混凝土受冻是一项十分重要的工作。由于施工措施不当和气候的多变, 使混凝土未达到临界强度即出现冻害，出现冻害后有时不被引起重视，而影响到工程质量，有时盲目下结论，造成资源和经济的巨大浪费。因此, 多途径鉴别分析混凝土受冻程度及准确判定混凝土实际强度, 制定相应的补强措施, 是保证结构安全、避免不必要的资源浪费的必要手段，具有重要的经济、社会和环境意义。
参考文献
[1] 李泽利. 浅谈冬季混凝土施工应注意的几个问题[J]. 黑龙江科技信息. 2008(33)
[2] 曹景喜. 混凝土冬期施工中应注意的几个问题[J]. 黑龙江科技信息. 2007(15)
[3] 费毓. 混凝土早期受冻临界强度与冻害的预防[J]. 民营科技. 2010(08)
[4] 宋海涛,马春艳,于蘊萍. 冬季混凝土施工预防冻害方法[J]. 黑龙江水利科技. 2011(02)