【水泥人網】摘要:本文在分析混凝土原材料的選擇、配合比設計、混凝土拌合、澆筑和養生五個方面對水泥混凝土冬季施工工藝和質量保證措施進行了分析論述，對橋涵結構物混凝土冬季施工具有指導和借鑒作用。
目前在公路工程施工中，為確保工程盡早竣工通車，提前創造經濟效益。安排橋梁下部結構和涵洞、通道等結構物在冬期進行施工的進度保障措施越來越被眾多的項目所采納。本文在分析混凝土原材料的選擇、配合比設計、混凝土拌合、澆筑和養生五個方面對水泥混凝土冬季施工工藝和質量保證措施進行了分析論述，對橋涵結構物混凝土冬季施工具有指導和借鑒作用。
水泥混凝土施工應在高于5℃的氣溫條件下施工，因為混凝土強度增長主要靠水化作用。如果環境氣溫過低，會致使混凝土水化作用緩慢甚至停止，而且當氣溫降至零度以下，混凝土中所含水結冰體積膨脹，會導致混凝土結構松散破壞。因此，如果在晝夜平均氣溫低于5℃的環境中進行水泥混凝土施工，必須采取相應的冬季施工質量保證措施加以保護，保證混凝土強度的增長與形成。
水泥混凝土受凍類型
水泥混凝土在冰點以下受凍，一般可分為兩種類型：
·水泥混凝土在受凍以前，已經達到了一定的強度標準，盡管水泥尚沒完全水化，或者說沒有完全達到設計強度，但混凝土已經依靠自身水化熱轉入正溫養護，水泥灰連續水化而增加其強度，這種類型是允許受凍的，其最終強度損失一般不超過5%。在一般情況下，當達到混凝土設計強度的40%~50%，且表面強度絕對值大于10Mpa時，可不必采取防凍措施。
·水泥混凝土在達到一定強度標準之前，即已受到冰凍的侵害時，稱之為混凝土的早期受凍，我們討論的冬季施工主要就是針對這種類型。在這種情況下，新澆筑的混凝土初凝后，水泥處于緩慢的水化膠凝期間、強度緩慢的增長，水分逐漸向表層移動，由于表面溫度低于冰點，水分開始結冰，冰晶逐漸聚成較大的扁平冰聚體，從而引起水分在混凝土中的重新分布。由于冰晶體積膨脹而排擠膠凝體和水泥顆粒，因而會破壞水泥水化所形成的結晶骨架。一旦氣溫回升，冰晶體就開始消融，將會在原來位置上留下空隙，給混凝土造成嚴重的物理損害，如果不及時防治，后果不堪設想。因此，在水泥混凝土冬季施工中，需要采取有效措施，想方設法避免早期受凍的情況的發生。
混凝土凍害的影響因素
混凝土設計抗凍標號偏低：決定混凝土抗凍能力的重要指標就是混凝土的抗凍標號。
材料品質對混凝土凍融破壞的影響：組成混凝土的材料品質與抗凍性決定著混凝土抵抗凍融破壞的能力，另外抗凍性要求較高的混凝土可采用加氣劑提高抗凍標號。
混凝土在施工和養生階段的主要影響因素：如配合比控制不精確、水灰比過大、人工拌和不均、振搗不密實、濕潤養生措施差等等。尤其在養生初期混凝土受凍，會大大降低混凝土抵抗凍融破壞的能力。
混凝土冬季施工措施
要提高混凝土的抗凍能力，尤其應特別強調施工和養生階段的質量控制，在施工中需要從混凝土的原材料選擇、配合比設計、拌和、澆筑和養生五個環節進行考慮：
混凝土原材料的選擇
選用抗凍性高的水泥：我國各種水泥抗凍性高低次序如下：硅酸鹽水泥>普通硅酸鹽水泥>礦渣硅酸鹽水泥>火山灰或粉煤灰硅酸鹽水泥。在冬季混凝土施工中，應首選硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥。
摻入提高抗凍性效果顯著的外加劑，如加氣劑、減水劑、早強劑、速凝劑、防水劑、發泡劑等，各種外加劑摻量如下：（以占水泥重量百分比計）
加氣劑：1/10000~1.5/10000
防凍劑：0.2%~0.5%
早強劑：氯化鈣1.5%~3%
氯化鈉：1%~2%
三乙醇胺：0.05%+食鹽1%+亞硝酸鈉1%
硅酸鈉：2%+食鹽1%
混凝土的配合比
配合比、水灰比、最優砂率及含氣量對混凝土的抗凍性都有影響。其中影響最大的就是水灰比。因為水化反應所需水分只占水泥重量的25%~30%，但為了滿足施工和易性的要求，常常將水量加大到50%~70%，甚至更大。用水量大大超過水泥水化反應的實際水量。而且是游離態存在于混凝土中，游離水越多，空隙就越多，密實度就越小，因而就會降低混凝土的抗凍能力，甚至結冰，使混凝土抹面工作難以進行。冬季進行混凝土施工時，一定要掌握好砂率，控制好水灰比，水灰比一般不宜超過0.6。
混凝土的拌和
在混凝土拌和前預先將水或粒料加熱。通常是僅將水加熱，因為加熱水設備簡單，同時水的熱容量比粒料容量大，一般11kg水升高1℃所吸收的熱量多4倍。拌制混凝土時，把水加熱65~85℃。或者把水和石砂料一起加熱到60~70℃，要保證混凝土在拌和時的溫度不超過40℃，攤鋪后的溫度不低于10~20℃。因而，混凝土的運輸距離不宜太遠。防止的運輸過程中降溫過快，應事先將前臺各種機具準備好，混凝土入模后抓緊時間振搗、整平、抹面。
這種方法使混凝土在澆筑時具備較高的溫度，澆筑完成后具有一定的熱量，再用保溫材料覆蓋，預防熱量過快損失，在已經獲得的熱量和水泥水化熱的綜合作用下，混凝土的強度可以逐步增加，避免受凍破壞。
混凝土的澆筑
混凝土攪拌的均勻透徹，有利于增進混凝土強度和提高抗凍性。因此盡量采用機械攪拌，如若用人工攪拌、一定要攪拌到混凝土混合物的顏色均勻一致。在澆搗時避免過振與漏振，不允許產生分層離析泌水現象，如果出現泌水，應設法排除，以免破壞混凝土的整體結構，影響混凝土的強度、抗凍等性能。
混凝土的養生
由于冬季氣溫較低，水泥的水化反應遲緩，致使澆搗作業過后很長時間（一般5小時之后）才能進行最后一道抹面工作。一般早上開機澆筑混凝土，這樣下午澆筑的混凝土一般到晚上零點之后才能完成抹面工作。施工時的溫度已過冰點（0℃），晚上混凝土表面往往結冰，不能抹面壓紋，甚至把抹面壓紋的混凝土也結冰，待第二天氣溫回升冰融化后，混凝土表面由于冰的膨脹作用而疏松，凝固后不密實，達不到混凝土表面所要求的致密性。鑒于以上情況，為了避免混凝土表面結冰，可采取如下措施：
改變常規做法，晚間澆筑混凝土；抓緊時間進行初抹面兩遍；整平后蓋上保溫層，待白天氣溫升高到0℃之上再進行最后一道抹面和壓紋。
混凝土鋪筑后，采用蓄熱法保溫養生，由于水泥的水化作用釋放出的熱量使混凝土集料溫度上升，塑料布和草苫子覆蓋路面使水化熱量蓄保起來（剛澆筑抹面的混凝土塑料布放到底層，可防止草粘到混凝土上妨礙最后一遍抹面壓紋），以減少路面熱量的失散，使之在適宜的溫度下硬化達到一定的強度時（一般在早上八點之后）就可進行最后一遍抹面壓紋工作，之后再凝固一會，在晚上八點之前，最后蓋上保溫層。為防雨雪天氣把草苫子濕透而失去保溫作用，宜把苫子蓋在底層，塑料布蓋在上層。特別值得注意的是，因鋼模板散熱快，致使混凝土兩側結冰，因此，混凝土四邊一定要加厚蓋好，減少空氣對流。
采用真空吸水工藝：可吸出多余的游離態水分，降低混凝土的水灰比，提高混凝土的強度，增強抗凍性，并能縮短混凝土的抹面工作時間；從而大大提高新澆筑混凝土的抗凍能力。
使用抗凍劑：抗凍劑的使用比例4%~5%。
根據施工具體情況選用蒸汽加熱、暖棚加熱或電加熱等養生方法。
結語
在公路工程施工中，為確保或加快工程進度，冬季搶抓橋涵結構物施工被廣泛采用。水泥混凝土是公路橋涵施工中的重要一環，采取有效措施做好水泥混凝土冬季施工質量控制，對保證橋涵工程質量和工期要求都具有相當重要的意義，所以施工前要根據實際情況對各個方面因素綜合考慮，嚴格按照實際需要確定所要采取的冬季施工措施，以確保工程質量，有效延長橋涵結構物的使用壽命。
【作者：焦振鋒】