一、冬季混凝土工程施工的一般原理
混凝土拌合物澆筑后之所以逐漸凝結(jié)和硬化，直至獲得最終強(qiáng)度，是由于水泥水化作用的結(jié)果。而水泥水化作用的速度除與混凝土本身組成材料和配合比有關(guān)外，主要是隨著溫度的高低而變化的。
當(dāng)溫度升高時，水化作用加快，強(qiáng)度增長液較快；而當(dāng)溫度降低到0℃時，存在于混凝土中的水有一部分開始結(jié)冰，逐漸由液相（水）變成固相（冰）。這時參與水泥水化作用的水減少了。因此，水化作用減慢，強(qiáng)度增長相應(yīng)較慢。溫度繼續(xù)下降，當(dāng)存在于混凝土中的水完全變成冰，也就是完全液相變?yōu)楣滔鄷r，水泥水化作用基本停止，此時強(qiáng)度就不在增長。
水變成冰后，體積約增大9%，同時產(chǎn)生約2500 kg/平方厘米的膨脹應(yīng)力。這個應(yīng)力值常常大于水泥石內(nèi)部形成的初期強(qiáng)度值，使混凝土收到不同程度的破壞（即早起受凍破壞）而降低強(qiáng)度。
此外，當(dāng)水變成冰后，還會在骨料和鋼筋表面上產(chǎn)生顆粒較大的冰凌，減弱水泥漿與骨料和鋼筋的粘結(jié)力，從而影響混凝土的抗壓強(qiáng)度。當(dāng)冰凌融化后，又會在混凝土內(nèi)部形成各種空隙，而降低混凝土的密實性及耐久性。
由此可見，在冬季混凝土施工中，水的形態(tài)變化是影響混凝土強(qiáng)度增長的關(guān)鍵，國內(nèi)外許多學(xué)者對水在混凝土中的形態(tài)進(jìn)行大量的試驗。研究結(jié)果表明，新澆筑混凝土在凍結(jié)前有一段預(yù)養(yǎng)期，可以增加其內(nèi)部液相，減少固相，加速水泥的水化作用。試驗研究還表明，混凝土受凍前預(yù)養(yǎng)期愈長，強(qiáng)度損失愈小。
混凝土化凍后（即處在正常溫度條件下）繼續(xù)養(yǎng)護(hù)，其強(qiáng)度還會增長，不過增長的幅度大小不一。對于預(yù)養(yǎng)期長，獲得初期強(qiáng)度較高（如達(dá)到r28的35%）的混凝土受凍后，后期強(qiáng)度幾乎沒有損失。而對于安全預(yù)養(yǎng)期短，獲得初期強(qiáng)度比較低的混凝土受凍后，后期強(qiáng)度都有不用程度的損失。
由此可見，混凝土凍結(jié)前，要使其在正常溫度下有一段預(yù)養(yǎng)期，以加速水泥的水化作用，使混凝土獲得不遭受凍害的最低強(qiáng)度，一般稱臨界強(qiáng)度，即可達(dá)到預(yù)期效果。對于臨界強(qiáng)度，各國規(guī)定取值不等，我國規(guī)定為不得低于設(shè)計強(qiáng)度等級的30%，也不得低于35千克每平方厘米。
混凝土凍害的危害
1、降低混凝土強(qiáng)度
2、造成混凝土裂縫
3、混凝土中鋼筋的銹蝕
4、降低混凝土耐久性能施工前的準(zhǔn)備工作
（1）混凝土澆筑前應(yīng)清除模板和鋼筋上的冰雪及垃圾，尤其是新老混凝土交接處（如梁柱交接處），但不得用水沖洗。（2）澆筑前應(yīng)準(zhǔn)備好混凝土覆蓋用保溫材料，如塑料薄膜、彩條布、棉氈和草簾等，做好相應(yīng)的防凍保溫措施。并采取必要的擋風(fēng)、封閉措施，以提高保溫效果。（3）不得在凍土層上進(jìn)行混凝土澆筑，澆筑前，必須設(shè)法升溫使凍土消融?；炷两娱稌r，應(yīng)預(yù)熱舊槎，澆筑后加強(qiáng)保溫，防止接槎受凍。（4）如果混凝土的坍落度過小，不能滿足施工要求時，可在混凝土公司技術(shù)人員的指導(dǎo)下，使用外加劑調(diào)整，嚴(yán)禁用加水的辦法調(diào)整混凝土坍落度?；炷翝仓?br>
（1）為保證混凝土的澆筑質(zhì)量，防止溫度發(fā)生變化影響質(zhì)量，混凝土運(yùn)至施工單位澆筑地點后應(yīng)盡快澆筑，宜在90min內(nèi)卸料；采用翻斗車運(yùn)輸時，宜在60min內(nèi)卸料。（2）冬施期間泵車潤管水不得放入模板內(nèi)；潤管用過的砂漿也不得放入模板內(nèi)，更不準(zhǔn)集中澆筑在構(gòu)件結(jié)構(gòu)內(nèi)。（3）在澆筑過程中，施工單位應(yīng)隨時觀察混凝土拌合物的均勻性和稠度變化。當(dāng)澆筑現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)混凝土坍落度與要求發(fā)生變化時，應(yīng)及時與混凝土公司聯(lián)系，以便及時進(jìn)行調(diào)整。進(jìn)入澆筑現(xiàn)場的混凝土嚴(yán)禁隨意加水，更應(yīng)杜絕邊加水邊泵送澆筑的行為發(fā)生。（4）當(dāng)樓板、梁、墻、柱一起澆筑時，先澆筑墻柱、混凝土沉實后，再澆筑梁和樓板。澆筑墻、柱等較高構(gòu)件時，一次澆筑高度以混凝土不離析為準(zhǔn)，一般每層不超過500mm，搗平后再澆筑上層，澆筑時更注意振搗到位，使混凝土充滿試模，不在顯著下沉，無明顯氣泡排出。（5）分層澆注厚大的整體式結(jié)構(gòu)混凝土?xí)r，已澆注層的混凝土溫度在未被上一層混凝土覆蓋前不應(yīng)低于2℃。采用加熱養(yǎng)護(hù)時，養(yǎng)護(hù)前的溫度不得低于2℃。（6）混凝土的入模溫度不得低于5℃，澆注后，對混凝土結(jié)構(gòu)易凍部位，必須加強(qiáng)保溫以防凍害。適時合理地抹壓
（1）冬期混凝土初凝時間一般為8~12小時，終凝為12~16小時。因此應(yīng)適當(dāng)把握好抹面時機(jī)，并在初凝前（用手輕按表面可留下指痕）進(jìn)行二次抹面，可以減少表面裂縫?；炷翂?、柱等邊模的拆模時間應(yīng)適當(dāng)延長，以避免表面發(fā)生脫皮等影響外觀質(zhì)量。（2）混凝土初凝前用刮尺趕平，用木抹子第一次抹面，初凝后到終凝前用鐵抹子碾壓表面數(shù)遍，將表面不均勻、不規(guī)則裂縫閉合，最后用收光抹子第二次抹面，閉合收水裂縫，隨后立即在混凝土表面覆蓋塑料薄膜，使混凝土內(nèi)蒸發(fā)的游離水積在混凝土表面進(jìn)行保溫養(yǎng)護(hù)，在薄膜上再蓋草簾子?；炷恋酿B(yǎng)護(hù)
（1）混凝土經(jīng)過相關(guān)施工工藝處理后，應(yīng)及時覆蓋塑料薄膜并加蓋草簾、棉氈等保溫養(yǎng)護(hù)，以保證混凝土初凝前不受凍。根據(jù)施工工程部位及氣溫情況，可參照以下方法進(jìn)行覆蓋：
當(dāng)氣溫在0℃~5℃時，蓋一層棉氈或草簾和一層塑料薄膜；
當(dāng)氣溫在-5℃~0℃時，蓋兩層棉氈或草簾和一層塑料薄膜；
當(dāng)氣溫在-10℃~-5℃時，蓋三層棉氈或草簾和一層塑料薄膜；
當(dāng)氣溫低于-10℃時，蓋四層棉氈或草簾和一層塑料薄膜；
低于-15℃時應(yīng)采用加溫和其他材料（如巖棉、苯板等）進(jìn)行保溫，其保溫層厚度，材質(zhì)應(yīng)根據(jù)計算確定。
（2）養(yǎng)護(hù)初期，派專人負(fù)責(zé)測溫并詳細(xì)記錄整個養(yǎng)護(hù)期的溫度變化，每晝夜最少四次測量混凝土和環(huán)境溫度以便發(fā)現(xiàn)問題及時采取措施補(bǔ)救。（3）在模板外部保溫時，除基礎(chǔ)可隨澆筑隨保溫外，其它結(jié)構(gòu)須在設(shè)置保溫材料后方可澆筑混凝土。鋼模表面可先掛草簾、麻袋等保溫材料并扎牢然后再澆筑混凝土。（4）混凝土終凝后應(yīng)立即進(jìn)行覆蓋保溫養(yǎng)護(hù)，按國家標(biāo)準(zhǔn)要求養(yǎng)護(hù)時間不得少于14天，若早期養(yǎng)護(hù)不到位，其28天強(qiáng)度將受很大影響。（5）拆模后的混凝土也應(yīng)及時覆蓋保溫材料，以防混凝土表面溫度驟降而產(chǎn)生裂縫。模板牢固，適時加荷、拆模
（1）拆模時混凝土必須達(dá)到規(guī)定的拆模強(qiáng)度，過早拆模、承重會導(dǎo)致混凝土表面撕裂產(chǎn)生裂縫等質(zhì)量問題。在混凝土未達(dá)到1.2mpa前，不準(zhǔn)在幼齡混凝土上面踩踏、支模和加荷。不要過早在樓板上進(jìn)行施工作業(yè)或堆放重物，以減少或避免結(jié)構(gòu)產(chǎn)生收縮變形裂縫。（2）混凝土拆模時要注意拆模式時間及順序，特別對于梁、墻板等結(jié)構(gòu)應(yīng)適當(dāng)延長拆模時間，拆模后應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。（3）模板和保溫層，應(yīng)在混凝土冷卻到5℃后方可拆除。未冷卻的混凝土有較高的脆性，所以結(jié)構(gòu)在冷卻前不得遭受沖擊或動力荷載的作用。當(dāng)混凝土與外界溫差大于20℃時，拆模后的混凝土表面，應(yīng)臨時覆蓋，使其緩慢冷卻。（4）根據(jù)同條件養(yǎng)護(hù)的試塊強(qiáng)度決定拆模時間。
二、冬季混凝土施工方法
1、冬季混凝土施工方法選擇從上述分析可以知道，在冬季混凝土施工中，主要解決三個問題：1）如何確定混凝土最短的養(yǎng)護(hù)齡期；2）如何防止混凝土早期凍害；3）如何保證混凝土后期強(qiáng)度和耐久性滿足要求實際工程中，要根據(jù)施工時的氣溫情況，工程結(jié)構(gòu)狀況（工程量、結(jié)構(gòu)厚大程度與外露情況），工期緊迫程度，水泥的品種及價格，早強(qiáng)劑、減水劑、抗凍劑的性能及價格，保溫材料的性能及價格，熱源的條件等，來選擇合理的施工方法。一般來說，對于同一個工程，可以有若干個不同的冬季施工方案。一個理想的方案，應(yīng)當(dāng)用最短的工期、最低的施工費(fèi)用，來獲得最優(yōu)良的工程質(zhì)量，也就是工期、費(fèi)用、質(zhì)量最佳化。目前基本上采用4種方法。2、冬季混凝土施工方法種類1）調(diào)整配合比方法主要適用于在0℃左右的混凝土施工。具體做法：
①選擇適當(dāng)品種的水泥是提高混凝土抗凍的重要手段。試驗結(jié)果表明，應(yīng)使用早強(qiáng)硅酸鹽水泥。該水泥水化熱較大，且在早期放出強(qiáng)度最高，一般3天抗壓強(qiáng)度大約相當(dāng)于普通硅酸鹽水泥的7天強(qiáng)度，效果較明顯。②盡量降低水灰比，稍增水泥用量，從而增加水化熱量，縮短達(dá)到齡期強(qiáng)度的時間。③摻用引氣劑。在保持混凝土配合比不變的情況下，加入引氣劑后生成的氣泡，相應(yīng)增加了水泥漿的體積，提高拌合物的流動性，改善其粘聚性及保水性，緩沖混凝土內(nèi)水結(jié)冰所產(chǎn)生的水壓力，提高混凝土的抗凍性。④摻加早強(qiáng)外加劑，縮短混凝土的凝結(jié)時間，提高早期強(qiáng)度。應(yīng)用較普通的有硫酸鈉（摻用水泥用量的2%）和msf符合早強(qiáng)試水劑（摻水泥用量的5%）。⑤選擇顆粒硬度和縫隙少的集料，使其熱膨脹系數(shù)和周圍砂漿膨脹系數(shù)相同。2）蓄熱法主要用于氣溫-10℃左右，結(jié)構(gòu)比較厚大的工程。做法是：對原材料（水、砂、石）進(jìn)行加熱，使混凝土在攪拌、運(yùn)輸和澆灌以后，還儲備相當(dāng)?shù)臒崃?，以使水泥水化放熱較快，并加強(qiáng)對混凝土的保溫，以保證在溫度降到0℃以前使新澆混凝土具有足夠的抗凍能力。此法工藝簡單，施工費(fèi)用不多，但要注意內(nèi)部保溫，避免角部與外露表面受凍，且要延長養(yǎng)護(hù)臨期。
3）抗凍外加劑在-10℃以上的氣溫中，對混凝土拌合物摻加一種降低水的冰點的化學(xué)劑，使混凝土在負(fù)溫下仍處于液相狀態(tài)，水化作用能繼續(xù)進(jìn)行，從而使混凝土強(qiáng)度繼續(xù)增長。目前常用有氧化鈣、氯化鈉等單抗凍劑及亞硝酸鈉加氯化鈉符合抗凍劑。4）外部加熱法主要用于氣溫-10℃以下，而構(gòu)件并不厚大的工程。通過加熱混凝土構(gòu)件周圍的空氣，將熱量傳給混凝土，或直接對混凝土加熱，使混凝土處于正溫條件下正常硬化。①火爐加熱，一般在較小的工地使用，方法簡單，但室內(nèi)溫度不高，比較干燥，且放出的二氧化碳會使新澆混凝土表面碳化，影響質(zhì)量。②蒸汽加熱。用蒸汽使混凝土在濕熱條件下硬化。此法較易控制，加熱溫度均勻。但因其需要專門的鍋爐設(shè)備，費(fèi)用較高。且熱損失較大，勞動條件亦不理想。③電加熱。將鋼筋作為電極，或?qū)㈦姛崞髻N在混凝土表面，便電能為熱能，以提高混凝土的溫度。次方法簡單方便，熱損失較少，易控制，不足之處是電能消耗大。④紅外線加熱，以高溫電加熱或氣體紅外線發(fā)生器，對混凝土進(jìn)行密封輻射加熱。
三、冬季混凝土施工技術(shù)措施1、冬季施工混凝土組成材料的要求：
骨料中不得有冰塊、雪團(tuán)和有機(jī)物，應(yīng)清潔、級配良好、質(zhì)地堅硬。
水：采用可飲用的自來水；外加劑：選用防凍劑，防凍劑的作用機(jī)理是在規(guī)定的負(fù)溫下顯著降低混凝土的液相冰點，使混凝土在液態(tài)不結(jié)冰，保證水泥的水化作用，在一定的時間內(nèi)獲得預(yù)期的強(qiáng)度。
防凍劑應(yīng)通過技術(shù)鑒定，符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，并經(jīng)實驗室試驗掌握其性能。
水泥：顯著活性高、水化熱大的普通硅酸鹽水泥。
2、冬季混凝土攪拌及運(yùn)輸?shù)囊蠡炷恋臄嚢瑁夯炷翑嚢柽x用加熱水的方法，80℃以上的熱水不得與水泥直接接觸，先將熱水與骨料拌合而后摻入水泥攪拌混凝土，以避免水泥假凝，混凝土攪拌的時間不得少于3分鐘。另外，必要時對攪拌機(jī)周圍進(jìn)行防護(hù)并通暖保溫?；炷恋酿B(yǎng)護(hù)：混凝土澆筑完成后馬上用塑料布覆蓋保持水份，同時在塑料布外側(cè)覆蓋保溫被進(jìn)行保溫，保溫被的覆蓋應(yīng)整齊、嚴(yán)密，使混凝土溫度不至于下降過快，避免混凝土凍害的發(fā)生。適當(dāng)延長混凝土養(yǎng)護(hù)的時間，以不少于15天為宜。加做兩組混凝土同條件試塊放在現(xiàn)場環(huán)境中，以便隨時得到同條件下混凝土的抗壓強(qiáng)度。
3、冬季混凝土測溫的要求混凝土的測溫工作：在混凝土中埋設(shè)導(dǎo)線設(shè)專人進(jìn)行測溫，包括大氣溫度、混凝土的出罐、入模溫度、混凝土內(nèi)部溫度，如有異常及時采取措施。