冬季混凝土施工需要注意什么？防凍劑要怎么使用？

按照國家標準《混凝土結構工程施工及驗收規范》﹙GB50204﹚第七章規定，根據當地多年氣溫資料，室外日平均氣溫連續5d穩定低于5℃時，混凝土工程施工即應進入冬期施工。這時取連續5d氣溫穩定低于5℃的第一天即為冬期施工的初始日。同樣，當氣溫回升時，取連續5d穩定高于5℃的末日，即為冬期施工的終止日。

因此，混凝土的冬期施工期限可定為：

根據歷史的氣象資料確定，在秋冬季節，當氣溫連續5d穩定低于5℃的初始日至翌年的春季氣溫連續5d穩定高于5℃的終止日即為混凝土冬期施工的具體日期。但也應注意，在上述期限以外，有時由于寒流襲來，氣溫可能暫時突然降到0℃以下，但寒流過后又出現太陽，氣溫回升，因而在這個突然降溫期也應注意防止混凝土遭到凍害。

混凝土工程的冬期施工和常溫施工不同，由于自然氣溫已降低到0℃以下，從整個施工過程的各個環節，都要采取相應的保溫防凍、防風、防失水等措施。盡量給混凝土創造正溫養護環境，使混凝土能不段凝結、硬化、增長強度，以避免和減少混凝土遭受凍害。

01、混凝土凍害的分類 

在冬期混凝土工程施工過程中，混凝土受凍按不同階段可分為以下三種類型。

第1則 混凝土受凍

新鮮混凝土受凍指新澆筑的混凝土在終凝前遭到凍結，其主要原因是氣溫與混凝土溫度很低，加之施工措施欠妥。這種受凍一般說來不會使混凝土產生惡化，只要化凍后在終凝前立即振搗密實，加強養護，不要使混凝土重新受凍，混凝土的性能即不會受到損害。這種情況一般在薄壁結構、薄板、道路面層施工中能遇到。

第2則 混凝土早期受凍

混凝土早期受凍是指混凝土澆筑后，在養護硬化期間受凍，它能損害混凝土的一系列性能。這在混凝土冬期施工中經常遇到并且是非常值得注意的問題。這種凍害主要是由于施工方法選擇不當、施工人員技術水平不高或不負責任而造成的。它可使混凝土的一系列物理、力學性能降低，從而使其達不到設計強度要求，影響工程應用，降低耐久性，甚至造成返工。

評定混凝土早期凍害的主要指標是抗壓強度、抗拉強度、混凝土與鋼筋的粘結強度。試驗方法是采用各種凍結溫度使不同齡期硬化中的混凝土經一次或多次凍融后，按照《普通混凝土的標準試驗方法》進行。它綜合反映混凝土原料、配合比、養護條件等水平。評定混凝土早期凍害的重要指標之一是早期允許受凍臨界強度值。

第3則 混凝土的凍害

混凝土的凍害是指已硬化了的混凝土在工程結構使用期間受寒暑自然氣溫的影響，并長年累月遭受自然氣溫凍害凍融作用，而導致各項性能逐漸降低。

評定混凝土凍害的主要指標是抗壓強度或動彈性模量損失值。取標準條件下硬化了28d的混凝土試件，按混凝土抗凍耐久性標準試驗方法，經多次凍融后測定抗壓強度或動彈性模量損失值，作為評定指標。它反映材料及配合比水平，用于考核結構耐久性和使用年限，是為設計服務的。

02混凝土凍害機理的分析與探討

混凝土受凍害有三個重要條件，即濕度、水和混凝土內部結構的孔隙狀況，這三個條件缺一不可

第1則 溫度是必要的條件

當溫度降低到0℃以下時，促進水相轉變而成冰，水結冰后體積膨脹達到9%，從而使混凝土內部結構遭到破壞。

第2則 水主要取決于施工使用條件

施工時水灰比大，混凝土含水量增大，導致混凝土遭受凍害嚴重。

第3則 混凝土內部結構的孔隙狀態

混凝土內部結構的孔隙狀態決定于混凝土配合比設計及施工水平。設計和施工不當，會使混凝土內部的孔隙率增大，毛細孔直徑較粗，自由水含量增多，導致混凝土的凍害程度嚴重。

混凝土是一種多孔性材料，它在硬化中和硬化后形成大小不同的孔隙及相互連通的毛細孔通道。這些孔隙和毛細通道充滿水后，當溫度降低時，對混凝土的凍害可歸納為以下幾點：

當溫度降低到0℃以下時，混凝土內部毛細孔中的自由水開始結冰，體積膨脹；

結構構件的結冰由表面開始，逐漸向內部發展，表面部位水凍結后，由于結冰而膨脹，將內部未凍結的部分水封閉并沿毛細孔通道壓向內部；

隨著凍結的發展，結冰體積越來越大，使內部未凍水壓力越來越高，當內部增高到超過混凝土的抗拉強度時，就會把毛細孔脹破，產生微裂紋；水在一定壓力下，流入發生裂紋的裂縫內，這時毛細孔內部的靜水壓降低，破壞有所緩和；

爾后，凍結再繼續向深層發展，水壓力又繼續增大，達到一定程度時，則或裂紋繼續擴展，后產生新的裂紋，裂紋不斷發展增多，使混凝土內部發生破壞；

當混凝土內部殘留有未充滿水的氣孔，或者由于施工時摻入了引氣劑而在混凝土內部引入大量氣孔時，則有壓的未凍水的壓力作用下，通過滲透或毛細微孔流入氣孔內，使靜水壓力減小，從而減少了混凝土內部的裂紋，改善和提高了混凝土的抗凍害性能。

03混凝土冬期施工注意事項 

混凝土冬期施工要求正溫澆筑、正溫養護。對原材料的加熱，以及混凝土的攪拌、運輸、澆筑和養護應進行熱工計算，并據此施工。

第1則 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，應優先選用活性高、水化熱量大的硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥，蒸汽養護時用的水泥品種應經試驗確定。水泥的強度不應低于 42.5 等級，水灰比不應大于 0.6 。水泥不得直接加熱，使用前 1 ～ 2 天運入暖棚存放，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時應優先采用加熱水的方法，但加熱溫度要符合規定的數值。

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，在設計加熱設備時，必須先求出每天的最大用料量和要求達到的溫度，根據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、規模和數量。

第2則 攪拌

混凝土不宜露天攪拌，應盡量搭設暖棚，優先選用大容量的攪拌機，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?；炷恋陌韬蜁r間比常溫規定時間延長 50 ％。由于水泥和 80 ℃ 左右的水拌和會發生驟凝現象，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 ℃ 。

第3則 運輸

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

第4則 澆筑和養護

混凝土在澆筑前，應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溫度不宜低于10 ℃，入模溫度不得低于5 ℃。采用加熱養護時，混凝土養護前的溫度不得低于2 ℃。

加熱養護整體式結構時，施工縫的位置應設置在溫度應力較小處。加熱溫度超過40 ℃時，由于溫度高，勢必在結構內部產生溫度應力。因此，在施工之前應征求設計單位的意見，在跨內適當的位置設置施工縫。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合面的水泥膜、污水和松動石子。

04 防凍劑的組成及作用機理 

防凍劑必須從防止凍害的發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：早強型和防凍型。

我國氣候及溫度變化規律：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劑即可以保證質量了。黃河以北，氣溫會在0 ℃以下數個月，冬季施工需要防凍劑。華北西北地區，最低氣溫在-10 ℃以上的地區，使用早強型的防凍劑。東北地區內蒙新疆，冬季氣溫經常在-10 ℃以下，冬季施工的混凝土必須使用防凍性的防凍劑。

第1則 早強型防凍劑

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，混凝土內部溫度也會高于氣溫。這種情況下混凝土會很快達到臨界強度3.5MPa而不至于產生凍害。因此在最低溫度高于-10℃時只需添加早強型防凍劑即可。目的是更快的達到臨界強度。

早強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，不但經濟核算，降低摻量對混凝土的耐久性也是很有好處的。

第2則 防凍型防凍劑

日平均氣溫在-15℃以下的地區，混凝土澆筑后即使是入模溫度較高，但由于混凝土內外溫差較大，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溫環境。在此低溫下混凝土內部仍然保持足夠的液相，以使水泥水化作用繼續進行，而不致被凍脹破壞。

防凍組分是以降低液相中的冰點為目的的一些純化學物質。為保持在規定的負溫下仍然有足夠的液相就必須保持防凍成分有一定摻量。這些物質在防凍劑中占有相當的比例，而這種比例隨著所要求的規定溫度不同而變化，負溫越低摻量越大。

第3則 復合型防凍劑的組分及作用機理

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

（1）早強組分

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

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

（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，使毛細孔變細、減少、且分布均勻，提高了混凝土的密實性。實質上是減少了混凝土中可凍水的數量，即減少了受凍混凝上中的含冰率，相應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，進一步降低了冰點，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

水結冰時體積增大9％，嚴重時可造成混凝土中骨料與水泥顆粒的相對位移，使混凝土結構受到損傷甚至破壞，形成不可逆轉的強度損失。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，進一步降低水灰比；

(b) 引入的汽泡對混凝土內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孔作用，使毛細孔中的可凍結水減少。

當引入的氣泡數量少，體積大，一般都是可見氣泡，起不到上述效果，反而會產生一些不利的影響，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。

摻與不摻防凍劑水泥水化生成物電子顯微鏡照片

（4）防凍組分

主要功能是在負溫條件下降低混凝土內游離水的冰點，減少混凝土內部水分的成冰率，使之有較多的液態水供水泥水化，更重要的是改變成冰結構，使冰晶變得疏松且成立體網狀結構，因而對混凝土結構沒有破壞作用。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，應盡量減少 K + 和 Na + 的引入量，這也是防凍劑的突出特點。

在負溫下摻防凍劑混凝土中大部分水仍保持液相，混凝土強度在負溫下依然在增長。在負溫下混凝土的增長速度取決于水泥品種、防凍劑種類和負溫溫度。按混凝土強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到臨界強度前不受早期凍結，摻防凍劑混凝土的強度在以后的正溫下都能正常地繼續增長。

05 防凍劑的生產與工程應用 

第1則 防凍劑的生產

復合型防凍劑在我國北方地區大量使用。

粉狀防凍劑的生產關鍵在于配方的選擇與產品質量的均勻性。而液體產品必須考慮各組分之間在水溶液中的相容性。液態產品中不允許有沉淀、結晶、絮狀物、粘稠度要適于管道輸送。

第2則 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、負溫混凝土和早強混凝土。

冷混凝土是指除拌合水必須保持液態外，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溫下緩慢的進行水化。這種混凝土需要摻大量無機鹽類來降低冰點。在施工條件不具備采取其他措施時才使用。

負溫混凝土：混凝土在負溫施工時，對砂、石、拌合水進行保溫和熱處理，在混凝土養護過程中要與保溫防護、蓄熱法等綜合措施相結合。

低溫早強混凝土：在0℃左右的低溫或不很低的負溫下施工，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。

冷混凝土和負溫混凝土摻防凍劑的作用是降低拌合物種中液相的冰點，使水泥在負溫下繼續水化，因此采用防凍型的防凍劑，負溫混凝土采用了加熱原材料及蓄熱保溫養護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。

低溫早強混凝土則只需加入早強型防凍劑即可。