混凝土冻胀机理和冬季施工措施

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1、混凝土冻胀机理和冬季施工措施　　摘要：阐述了混凝土冻胀破坏的一般原理，介绍了混凝土冬季施工的常用方法及选择依据，为混凝土冬季施工中保证工程质量提供了参考。关键词：混凝土；冻胀机理；冬季施工措施中图分类号：TU755.8文献标识码：A1前言随着我国经济建设的加速发展，工程建设领域的节奏也越来越快，工期紧、任务重几乎是每个工地都存在并且比较头痛的事情。在抓晴天、抢雨天的情况下，漫长的冬季无疑是北方地区缓解工期紧张比较理想的机会；但同时冬季施工对工程质量尤其是混凝土的质量难免产生不良影响。如何能实现混凝土冬季施工，又能

2、保证工程质量，是众多工程技术人员多年研究探索的课题。如果摸清了混凝土冻胀破坏的机理，并采取针对性的措施来保证混凝土在冬季施工中的质量，那么就解决了混凝土冬季施工的问题。2混凝土冬季施工的含义6根据《混凝土冬季施工规范》，当工地昼夜平均气温（最高和最低的平均值或当地时间6时、14时及21时室外气温的平均值）连续3d低于5℃或最低气温低于-3℃时，混凝土施工进入冬季施工。混凝土冬季施工的实质即采取必要措施，促使混凝土在低温条件下能够进行一定的水化凝结作用，产生抵抗毛细水结冰膨胀的应力，从而保证混凝土的设计强度。3混凝

3、土冻胀破坏的一般原理在施工中，混凝土拌和物浇筑后在水泥水化作用下逐渐凝结和硬化，而在该过程中水泥水化作用的速度随着温度的高低而变化。当温度升高时，水化作用加快，强度增长也较快；而当温度降低到0℃时，存在于混凝土中的水有一部分开始结冰，逐渐由液相变为固相。这时参与水泥水化作用的水减少了，因此，水化作用减慢，强度增长相应较慢。温度继续下降，当存在于混凝土中的水完全变成冰，也就是完全由液相变为固相时，水泥水化作用基本停止，此时强度就不再增长。水变成冰后，体积会增大9%，并会产生约2.5Mpa的冰胀应力。这个应力值如果大

4、于水泥内部形成的初期强度值，便会使混凝土受到不同程度的破坏（即早期受冻破坏）而降低强度，即冻胀破坏。此外，当水变成冰后，还会在骨料和钢筋表面上产生颗粒较大的冰凌，减弱水泥浆与骨料和钢筋的黏结力，从而影响混凝土的抗压强度。当冰凌融化后，又会在混凝土内部形成各种各样的空隙，降低混凝土的密实性及耐久性。所以说冻胀破坏对混凝土来说是致命的威胁。6由此可知，混凝土的冻胀破坏，主要是混凝土中水的形态变化（由液相变为固相）产生的。国内外许多学者对水在混凝土中的形态进行的大量研究结果表明，新浇混凝土在冻结前有一段预养期，可以增加

5、其内部液相，减少固相，加速水泥的水化作用。研究还表明，混凝土受冻前预养期愈长，强度损失愈小。混凝土化冻后（即处在正常温度条件下）继续养护，其强度还会增长，不过增长的幅度大小不一。对于预养期长，获得初期强度较高的混凝土受冻后，后期强度几乎没有损失。而对于安全预养期短，获得初期强度比较低的混凝土受冻后，后期强度都有不同程度的损失。由此可见，混凝土冻结前，要使其在正常温度下有一段预养期，以加速水泥的水化作用，使混凝土获得不遭受冻害的最低强度，一般称临界强度，即可达到预期效果。对于临界强度，各国规定取值不等，我国规定当用

6、硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥配制混凝土，其抗压强度不得低于设计强度的30％；用矿渣硅酸盐水泥配制混凝土、且其抗压强度不得低于设计强度的40％，；C15及以下的混凝土，其抗压强度不得低于5Mpa。4混凝土冬季施工方法的选择从上述分析可以知道，在冬季混凝土施工中，防止混凝土产生冻胀破坏，主要从3个途径来解决问题：一是使混凝土在预养期获得较高的初期强度；6二是推迟混凝土中水的形态变化时间；三是降低混凝土中水的冰点。在实际工程中，要根据施工时的气温情况、工程结构状况（工程量、结构厚大程度与外露情况）、工期紧迫程度、水泥的品

7、种及价格、早强剂、减水剂、抗冻剂的性能及价格、保温材料的性能及价格及其热源的条件等来选择合理的施工方法。在选择施工方案的时候，应综合考虑工期、费用、质量等因素，以求实现最短的工期、最低的施工费用，最优良的工程质量。目前，三种途径较常用的有以下方法。方法一，提高混凝土的早期强度。该方法主要主适用于在0℃左右的混凝土施工。具体做法：①选择早强水泥。试验结果表明，使用早强硅酸盐水泥能取得较高的早期强度，实现良好的抗冻胀破坏效果。该水泥水化热较大，且在早期得到的强度最高，一般3d抗压强度大约相当于普通硅水泥7d的强度，效

8、果较明显。②降低水灰比，增水泥用量，从而增加水化热量，缩短达到临界强度的时间。③掺加早强外加剂，缩短混凝土的凝结时间，提高早期强度。较常用的有硫酸钠（掺用水泥用量的2%）和MS-F复合早强试水剂（掺用水泥用量的5%）。方法二，推迟混凝土中水的形态变化时间，即延迟结冰或不结冰。该方法主要以蓄热法和外部加热法为主。①蓄热法。主要用于气温－10℃左右，结构比较厚大的工程。做法是