張建安（中冶焦耐工程技術有限公司，遼寧大連116000）
【摘要】針對北方寒冷地區冬施混凝土初期凍害，如疏松、空鼓、表面起灰、裂縫、裸筋等種種質量通病，從水泥水化硬化進程，緩慢、干擾等方面分析其深層原因，并提出了相應對策。
【關鍵詞】凍脹；失水；疏松；裂縫；防止對策
我國北方寒冷地區都有相當一段冬期混凝土施工，無論是工業與民用建筑，老廠技術改造都往往受施工網絡計劃或保產增效要求的約束，工期緊迫、干擾因素較多、疏于防范等原因。疏松、空鼓、裂縫、表面起灰、裸筋等缺陷時有發生，成為急待解決的關鍵問題。
1.冬施混凝土常見多發的質量通病及原因分析
1.1冰夾層”及結構疏松
現代混凝土的基本特征是多種混凝土外加劑和摻合細粉的應用，以及水平與垂直泵送快速澆筑。盡管使用高效減水劑或復合防凍劑措施，但混凝土拌和物的坍落度往往達到180±30㎜。水灰比、水膠比均分別達到0.60、0.55 以上。混凝土振搗澆筑后，多余的游離水在六種混凝土組成材料中密度為1 左右，是最小的。在浮升過程中往往在粗集料（碎石）的下面集聚，由于溫度驟降，防凍劑摻量不足或未摻防凍劑的混凝土快速凍結而形成冰夾層。
水的相轉變凍結成冰體生成約8%的體積膨脹，受到模板制約情況下將產生204 Mpa～240Mpa凍脹應力導致結構疏松。不摻防凍劑的空白混凝土，強度將降低工30%～35%。
俄羅斯科學院克里羅夫（Ａ?Kelilof）教授概括冬施混凝土的早期凍害如下：
（1）粗集料周邊的游離水若遇驟然降溫而凍結，從而形成“冰夾層”；
（2）由于低負溫下水泥水化硬化迅速減慢，C?S?H 凝膠及水化物晶體甚少，水泥石與粗集料，混凝土與鋼筋粘結強度下降；
（3）混凝土中的水，向干燥的周邊大氣中轉移，加之負溫下早期強度較低，易顯“干疏”現象。
1.2水泥石與粗集料，混凝土與鋼筋粘結力下降如前所述，冰夾層導致水泥石與粗集料（碎石）、混凝土與鋼筋粘結強度降低。法格蘭德統計資料認為，空白混凝土受凍強度下降約13%。
造成混凝土強度降低的另一原因是鋼筋混凝土保護層較薄（大約是25㎜～30㎜）。由于覆蓋不及時引起凍結時鋼筋與混凝土的膨脹系數差異（分別為1.05×10–5/℃和0.7×10–5/℃）。極易引起鋼筋與水泥石的“松脫”而降低粘結強度，以及混凝土向干燥的周圍空間水分轉移，而使混凝土干疏。相應對策即塑料薄膜和草墊保溫、保水、保濕層設施成為必不可少的措施。
1.3混凝土裂縫
引起混凝土裂縫的原因極其復雜，多數原因是：
（1）地基不均勻沉降。如軟弱地基由于夯實不夠、地基基坑深度不夠、未挖至凍土深度以下等原因造成地基土不均勻沉降，冬施混凝土的初期抗拉強度頗低，極易產生拉裂。
（2）干燥收縮引起裂縫是最常見的裂縫，水灰比、水膠比較大的混凝土尤甚。
（3）沉裂。混凝土拌合物在自重下即下沉，但堅固的鋼筋骨架不產生下沉或相應變形，往往沿著鋼筋走向，在保護層深度范疇產生沉裂。沉裂的特征是裂縫寬度上大下小。
1.4干疏、起灰
冬施混凝土未及時覆蓋，甚至未摻復合防凍劑的空白混凝土，未能在12h 終凝之前及時覆蓋，混凝土中的水迅速向大氣中轉移，而水泥在負溫和低負溫下水化極其緩慢，造成干疏起灰現象。
2.冬施混凝土缺陷的預防
2.1掌握氣象資料，綜合技措預防初期凍害。
冬施期間宜掌握未來3d 最低氣溫和降霜雪情況，以便科學確定防凍劑種類及用量。
2.2提高混凝土與鋼筋的粘結強度。
為防止降低混凝土與鋼筋的粘結強度，一是盡可能選用早期強度較高、抗凍融性能優良的P?O42.5普通硅酸鹽水泥；二是適當延長混凝土拌合物攪拌時間，提高其均勻性并促進水泥水化；三是確保鋼筋表面潔凈度。如清除其表面霜雪、銹斑等；四是嚴格控制混凝土拌合物水灰（膠）比，不得提高水膠比；五是在必要時選擇優質摻合料，如水淬礦渣微粉、硅灰或混凝土澆筑完畢后在混凝土表面撒一薄層沸石，以吸附游離水降低水膠比，提高混凝土抗凍性。
2.3改善地基基礎設計。
通常按極限承載強度和沉降值設計地基，以此雙控指標設計地基深度和混凝土基礎寬度。以避免地基不均勻沉降。
2.4及時對混凝土采取保溫、保水、保濕措施。
冬施混凝土達到終凝即覆蓋一層塑料薄膜和一層草墊以保溫、保水、保濕，提高混凝土強度和耐久性，直至達到允許受凍的臨界強度。
“JGJ104—97”規定：極限最低溫度–15℃，臨界強度4.0 Mpa；極限最低溫度–30℃，臨界強度5.0 Mpa。日本北海道大學長谷川壽夫試驗表明，即使初期受凍混凝土，可在氣候轉暖后連續澆水、覆蓋保濕，可使混凝土強度損失降低至10%以下。
如所周知，混凝土有著耐久性、可塑性良好，具有較高極限強度。原料來源廣泛、成本較低等優點外，致命弱點則是重、脆、裂。通過配筋和引入鋼纖維等措施較好地解決脆和裂的問題。通過使用復合防凍劑和熱拌、覆蓋等綜合蓄熱法措施，解決負溫環境的冬施施工問題。
3援工程實例剖析
某熱軋帶鋼設備基礎，長×高×寬L×B×H=14.5×4.2×1.0m，設計強度等級為C25 混凝土，于1999 年11 月中旬施工。由于未能及時覆蓋塑料薄膜和保溫層，深夜寒流突襲，最低氣溫降至-11℃，混凝土有明顯初期凍害，表面呈黃色、疏松，上表面有散狀冰晶。
發現此種情況，當即鑿除表面120㎜左右受凍疏松層，應用壓縮空氣吹凈表面浮灰，再均勻涂布YJ—302 型混凝土界面處理劑，重新支模澆筑摻5%復合防凍劑、設計等級C25、坍落度為120～150㎜塑性混凝土，覆蓋塑料薄膜和一層草墊子，保水保溫。
縱然后來最低氣溫降至-13℃，但測得混凝土表面溫度卻達到+３℃～+７℃。28d 齡期測得混凝土平均強度達16.4 Mpa，90d 后測得混凝土強度達26.3 Mpa，達105%設計強度，確保了混凝土質量和軋機設備安裝施工。
4.結論
（1）通過在混凝土中引入含有防凍劑—早強劑—阻銹劑—減水劑的多元復合防凍劑，熱拌和覆蓋綜合措施，以克服冬施混凝土初期凍害、結構疏松等缺陷問題。
（2）冬施混凝土必須借助早期覆蓋、保溫、保濕養護解決干裂、剝落、裸筋缺陷。在終凝前，尤應十分重視表面壓抹及薄膜塑料覆蓋保水，以防止表面起灰、干燥、疏松等缺陷。
（3）通過選用P?O42.5 普通硅酸鹽水泥、水渣微粉摻合料和優質復合防凍劑及熱拌、控制水膠比、延長攪拌時間等綜合技術，以確保混凝土與鋼筋粘結強度和結構混凝土耐久性。
【參考文獻】
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