【水泥人网】摘要:本文在分析混凝土原材料的选择、配合比设计、混凝土拌合、浇筑和养生五个方面对水泥混凝土冬季施工工艺和质量保证措施进行了分析论述，对桥涵结构物混凝土冬季施工具有指导和借鉴作用。
目前在公路工程施工中，为确保工程尽早竣工通车，提前创造经济效益。安排桥梁下部结构和涵洞、通道等结构物在冬期进行施工的进度保障措施越来越被众多的项目所采纳。本文在分析混凝土原材料的选择、配合比设计、混凝土拌合、浇筑和养生五个方面对水泥混凝土冬季施工工艺和质量保证措施进行了分析论述，对桥涵结构物混凝土冬季施工具有指导和借鉴作用。
水泥混凝土施工应在高于5℃的气温条件下施工，因为混凝土强度增长主要靠水化作用。如果环境气温过低，会致使混凝土水化作用缓慢甚至停止，而且当气温降至零度以下，混凝土中所含水结冰体积膨胀，会导致混凝土结构松散破坏。因此，如果在昼夜平均气温低于5℃的环境中进行水泥混凝土施工，必须采取相应的冬季施工质量保证措施加以保护，保证混凝土强度的增长与形成。
水泥混凝土受冻类型
水泥混凝土在冰点以下受冻，一般可分为两种类型：
·水泥混凝土在受冻以前，已经达到了一定的强度标准，尽管水泥尚没完全水化，或者说没有完全达到设计强度，但混凝土已经依靠自身水化热转入正温养护，水泥灰连续水化而增加其强度，这种类型是允许受冻的，其最终强度损失一般不超过5%。在一般情况下，当达到混凝土设计强度的40%~50%，且表面强度绝对值大于10Mpa时，可不必采取防冻措施。
·水泥混凝土在达到一定强度标准之前，即已受到冰冻的侵害时，称之为混凝土的早期受冻，我们讨论的冬季施工主要就是针对这种类型。在这种情况下，新浇筑的混凝土初凝后，水泥处于缓慢的水化胶凝期间、强度缓慢的增长，水分逐渐向表层移动，由于表面温度低于冰点，水分开始结冰，冰晶逐渐聚成较大的扁平冰聚体，从而引起水分在混凝土中的重新分布。由于冰晶体积膨胀而排挤胶凝体和水泥颗粒，因而会破坏水泥水化所形成的结晶骨架。一旦气温回升，冰晶体就开始消融，将会在原来位置上留下空隙，给混凝土造成严重的物理损害，如果不及时防治，后果不堪设想。因此，在水泥混凝土冬季施工中，需要采取有效措施，想方设法避免早期受冻的情况的发生。
混凝土冻害的影响因素
混凝土设计抗冻标号偏低：决定混凝土抗冻能力的重要指标就是混凝土的抗冻标号。
材料品质对混凝土冻融破坏的影响：组成混凝土的材料品质与抗冻性决定着混凝土抵抗冻融破坏的能力，另外抗冻性要求较高的混凝土可采用加气剂提高抗冻标号。
混凝土在施工和养生阶段的主要影响因素：如配合比控制不精确、水灰比过大、人工拌和不均、振捣不密实、湿润养生措施差等等。尤其在养生初期混凝土受冻，会大大降低混凝土抵抗冻融破坏的能力。
混凝土冬季施工措施
要提高混凝土的抗冻能力，尤其应特别强调施工和养生阶段的质量控制，在施工中需要从混凝土的原材料选择、配合比设计、拌和、浇筑和养生五个环节进行考虑：
混凝土原材料的选择
选用抗冻性高的水泥：我国各种水泥抗冻性高低次序如下：硅酸盐水泥>普通硅酸盐水泥>矿渣硅酸盐水泥>火山灰或粉煤灰硅酸盐水泥。在冬季混凝土施工中，应首选硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。
掺入提高抗冻性效果显著的外加剂，如加气剂、减水剂、早强剂、速凝剂、防水剂、发泡剂等，各种外加剂掺量如下：（以占水泥重量百分比计）
加气剂：1/10000~1.5/10000
防冻剂：0.2%~0.5%
早强剂：氯化钙1.5%~3%
氯化钠：1%~2%
三乙醇胺：0.05%+食盐1%+亚硝酸钠1%
硅酸钠：2%+食盐1%
混凝土的配合比
配合比、水灰比、最优砂率及含气量对混凝土的抗冻性都有影响。其中影响最大的就是水灰比。因为水化反应所需水分只占水泥重量的25%~30%，但为了满足施工和易性的要求，常常将水量加大到50%~70%，甚至更大。用水量大大超过水泥水化反应的实际水量。而且是游离态存在于混凝土中，游离水越多，空隙就越多，密实度就越小，因而就会降低混凝土的抗冻能力，甚至结冰，使混凝土抹面工作难以进行。冬季进行混凝土施工时，一定要掌握好砂率，控制好水灰比，水灰比一般不宜超过0.6。
混凝土的拌和
在混凝土拌和前预先将水或粒料加热。通常是仅将水加热，因为加热水设备简单，同时水的热容量比粒料容量大，一般11kg水升高1℃所吸收的热量多4倍。拌制混凝土时，把水加热65~85℃。或者把水和石砂料一起加热到60~70℃，要保证混凝土在拌和时的温度不超过40℃，摊铺后的温度不低于10~20℃。因而，混凝土的运输距离不宜太远。防止的运输过程中降温过快，应事先将前台各种机具准备好，混凝土入模后抓紧时间振捣、整平、抹面。
这种方法使混凝土在浇筑时具备较高的温度，浇筑完成后具有一定的热量，再用保温材料覆盖，预防热量过快损失，在已经获得的热量和水泥水化热的综合作用下，混凝土的强度可以逐步增加，避免受冻破坏。
混凝土的浇筑
混凝土搅拌的均匀透彻，有利于增进混凝土强度和提高抗冻性。因此尽量采用机械搅拌，如若用人工搅拌、一定要搅拌到混凝土混合物的颜色均匀一致。在浇捣时避免过振与漏振，不允许产生分层离析泌水现象，如果出现泌水，应设法排除，以免破坏混凝土的整体结构，影响混凝土的强度、抗冻等性能。
混凝土的养生
由于冬季气温较低，水泥的水化反应迟缓，致使浇捣作业过后很长时间（一般5小时之后）才能进行最后一道抹面工作。一般早上开机浇筑混凝土，这样下午浇筑的混凝土一般到晚上零点之后才能完成抹面工作。施工时的温度已过冰点（0℃），晚上混凝土表面往往结冰，不能抹面压纹，甚至把抹面压纹的混凝土也结冰，待第二天气温回升冰融化后，混凝土表面由于冰的膨胀作用而疏松，凝固后不密实，达不到混凝土表面所要求的致密性。鉴于以上情况，为了避免混凝土表面结冰，可采取如下措施：
改变常规做法，晚间浇筑混凝土；抓紧时间进行初抹面两遍；整平后盖上保温层，待白天气温升高到0℃之上再进行最后一道抹面和压纹。
混凝土铺筑后，采用蓄热法保温养生，由于水泥的水化作用释放出的热量使混凝土集料温度上升，塑料布和草苫子覆盖路面使水化热量蓄保起来（刚浇筑抹面的混凝土塑料布放到底层，可防止草粘到混凝土上妨碍最后一遍抹面压纹），以减少路面热量的失散，使之在适宜的温度下硬化达到一定的强度时（一般在早上八点之后）就可进行最后一遍抹面压纹工作，之后再凝固一会，在晚上八点之前，最后盖上保温层。为防雨雪天气把草苫子湿透而失去保温作用，宜把苫子盖在底层，塑料布盖在上层。特别值得注意的是，因钢模板散热快，致使混凝土两侧结冰，因此，混凝土四边一定要加厚盖好，减少空气对流。
采用真空吸水工艺：可吸出多余的游离态水分，降低混凝土的水灰比，提高混凝土的强度，增强抗冻性，并能缩短混凝土的抹面工作时间；从而大大提高新浇筑混凝土的抗冻能力。
使用抗冻剂：抗冻剂的使用比例4%~5%。
根据施工具体情况选用蒸汽加热、暖棚加热或电加热等养生方法。
结语
在公路工程施工中，为确保或加快工程进度，冬季抢抓桥涵结构物施工被广泛采用。水泥混凝土是公路桥涵施工中的重要一环，采取有效措施做好水泥混凝土冬季施工质量控制，对保证桥涵工程质量和工期要求都具有相当重要的意义，所以施工前要根据实际情况对各个方面因素综合考虑，严格按照实际需要确定所要采取的冬季施工措施，以确保工程质量，有效延长桥涵结构物的使用寿命。
【作者：焦振锋】