摘要：水利工程大體積混凝土冬季施工除防止早期混凝土被凍外，還存在著控制溫差、防止裂縫的問題，在設計和施工中，必須妥善解決這個矛盾，兼顧防凍與防裂兩方面的要求。

　　關鍵詞：水利工程大體積混凝土,冬季施工,溫度,裂縫

　　混凝土具有原料豐富，價格低廉，抗壓強度高，耐久性好，強度等級范圍寬，生產工藝簡單等特點，因而使用范圍也十分廣泛，用量越來越大。隨著水利工程建設的發展，水利工程的構筑物及大型設備基礎等都采用體積龐大的混凝土結構。大體積混凝土已大量用于水利工程建設中。

　　我國北方地區冬季寒冷，受工期制約，許多工程的混凝土冬季施工是不可避免的。只要采用適當的施工方法，避免新澆混凝土早期受凍，使外露混凝土與冬季氣溫保持較小溫差，也會取得像在天暖施工時的效果;與之相比，水利工程大體積混凝土冬季施工除防止早期混凝土被凍外，還存在著控制溫差、防止裂縫的問題，在設計和施工中，必須妥善解決這個矛盾，兼顧防凍與防裂兩方面的要求。

　　混凝土冬期施工，尤其是在嚴寒地區，無論采用何種施工方法，為了防止早期混凝土被凍，一般都會采用較高的澆筑溫度。但另一方面，正是由于氣候寒冷，基礎溫差和內外溫差必然加大，往往超過允許溫差，不能滿足防止混凝土裂縫的要求。因此，大體積混凝土冬期施工中防凍與防裂的矛盾，集中在混凝土澆筑溫度的選擇上。實踐經驗表明，如果單純從防止混凝土早期被凍出發，選擇過高的澆筑溫度，往往會導致混凝土開裂，造成混凝土施工出現質量問題，所以要選擇合理的澆筑溫度。

　　1、 大體積混凝土冬季施工的原則

　　連續5天日平均氣溫在5℃以下，即進入混凝土的冬期施工階段。大體積混凝土冬期施工應兼顧防凍與防裂兩方面的要求，因此應遵循以三條基本原則：

　　⑴砂、石等原材料中不能含有凍土塊，混凝土拌和物也應該具有一定的溫度，以保證在運輸和澆筑過程中不致凍結。

　　⑵混凝土在達到臨界強度之前不能受凍，以免混凝土內部結構受到破壞，最終強度受到損失。

　　⑶混凝土的內外溫差和最高溫度均不能超過規定數值，以免發生裂縫，破壞結構的整體。

　　上述三條原則中，⑴，⑵是為了防凍，⑶是為防裂。

　　2、大體積混凝土冬期施工的溫度控制

　　2.1混凝土澆筑溫度的選擇

　　為了防止早期混凝土受凍，澆筑溫度當然越高越好，規范規定入模溫度不低于5℃，沒有上限控制。但大體積混凝土，除了防凍外，還有防裂要求，由于體積大，澆筑以后，雖然表面溫度很低。內部溫度卻因水化熱而急劇上升。為了減小內外溫差和基礎溫差，澆筑溫度越低越有利，一般說最好不超過10℃。因此，大體積混凝土施工的澆筑溫度一般以5-10℃為宜。如果氣溫很低，在達到臨界強度以前，表面混凝土有遭受凍害的可能，應加強保溫措施，不可單純為了防凍而隨意提高澆筑溫度，以致引起裂縫。

　　根據當地的氣候條件和保溫方法，由澆筑溫度，加上運輸及澆筑過程中的熱量損失，就可得到混凝土的出機溫度。規范規定不低于10℃，一般控制在5-10℃為宜。

　　2.2基礎及冷壁的預熱

　　在澆筑混凝土以前，對基礎、預埋鐵件及與新混凝土接觸的冷壁(老混凝土、預制混凝土模板等)，應用蒸汽清除所有冰、雪、霜凍，并使其表面溫度上升。如果基巖及冷壁的內部溫度較低，還需要提前進行預熱。如果不進行預熱，澆筑混凝土以后，接觸面附近的新混凝土溫度將很快降至零度以下。預熱所需要溫度、深度和持續時間，由溫度計算決定。計算原則應使接觸面附近的新混凝土在達到臨界強度之前不被凍結。一般來說，應使基巖嘗試10cm內溫度在5℃以上。

　　2.3原材料加熱

　　當氣溫不低于-1℃時，一般只須將拌和水加熱，以滿足溫度的要求。水溫不能超過60℃，以免水泥發生假凝。當氣溫低于-1℃時，須將水與細骨料加熱，同時加熱粗骨料使其中的冰雪化。加熱砂石料時應避免過熱和過分干燥，最高溫度不宜超過75℃。

　　水的加熱可用鍋爐、電熱或蒸汽，砂料加熱可用封閉的蛇形管，石料加熱使用蒸汽最方便。

　　2.4運輸中的保溫

　　運輸中的熱量損失與運輸工具有關。如使用大型運輸罐，熱損失一般不大。如使用自卸卡車，可用廢氣加熱車底，車皮外面應加保溫層并在車身上面加以覆蓋，如使用皮帶輸送機，最好搭蓋帳篷，完全封閉，否則熱量損失很大。此外，運輸中應盡量減少倒轉次數。

　　2.5澆筑過程中減少熱量損失

　　混凝土是分層澆筑的，每層厚度20-50cm，由于厚度薄，散熱面積大，澆筑過程中的熱量損失是很大的。減少熱量損失的辦法：加快澆筑速度，縮短澆筑時間;用保溫被或聚乙烯泡沫塑料板覆蓋保溫。當氣溫低于-5℃時，即停止澆筑。在更低的氣溫下澆筑混凝土，一般以采用暖棚法為宜。

　　3、大體積混凝土冬期施工的裂縫控制

　　3.1選擇合理的結構形式和分縫分塊。結構形式對溫度應力和裂縫的出現具有重要影響。澆筑塊尺寸溫度應力影響也非常大，澆筑塊越大，溫度應力也越大，越容易產生裂縫，因此合理的分縫分塊防止裂縫有重要意義。實際經驗和理論分析都表明，當澆筑塊平面尺寸控制在15m×15m左右時，溫度應力比較小。

　　3.2合理選擇混凝土原材料，優化混凝土配合比。

　　⑴選擇適當品種的水泥是提高混凝土抗凍的重要手段。試驗結果表明，應使用早強硅酸鹽水泥。該水泥水化熱較大，且在早期放出強度最高，一般3d抗壓強度大約相當于普通硅水泥7d的強度，效果較明顯。

　　⑵盡量降低水灰比，稍增水泥用量，從而增加水化熱量，縮短達到臨界強度的時間。

　　⑶摻用外加劑：外加劑有減水劑、引氣劑、緩凝劑、早強劑等多種類型。

　　①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，相應增加了水泥漿的體積，提高拌和物的流動性，改善其粘聚性及保水性，緩沖混凝土內水結冰所產生的水壓力，提高混凝土的抗凍性。②早強外加劑：縮短混凝土的凝結時間，提高早期強度。應用較普遍的有硫酸鈉(摻用水泥用量的2%)和MS-F復合早強試水劑(摻水泥用量的5%)。③摻抗凍外加劑:在-10～-15 ℃之間的氣溫中，對混凝土拌和物摻加一種能降低水的冰點的外加劑，使混凝土在負溫下仍處于液相狀態，水化作用能繼續進行，從而使混凝土強度繼續增長。目前常用的有氧化鈣、氯化鈉等單抗凍劑及亞硝酸鈉加氯化鈉復合抗凍劑

　　⑷選擇顆粒硬度高和縫隙少的集料，使其熱膨脹系數和周圍砂漿膨脹系數相近。

　　⑸嚴格控制混凝土溫度，減小基礎溫度，內外溫差及表面溫度驟降。嚴格控制混凝土溫度是防止裂縫的最重要措施：

　　①降低混凝土出機溫度，可采用預冷骨料，冷水拌和，加冰拌和等方法。

　　②加快澆筑速度，減少暴露時間。

　　③采用臺階式澆筑法，把混凝土澆筑方式從全平面澆筑改為臺階澆筑，這樣可縮短混凝土面層暴露時間。

　　④在混凝土表面覆蓋保溫材料，以減少內外溫差，降低混凝土表面溫度梯度。

　　⑤冬季盡量在暖棚內澆筑。重視施工前準備工作，將人員、設備、器材、制度等質量保證體系建全，準備充分，加強施工管理。

　　3.2保溫養護

　　⑴表面保溫法。側面用保溫模板、保溫被、聚苯乙烯泡沫塑料板等，頂面用聚乙烯泡沫塑料板、保溫被、砂、鋸末等保溫，將混凝土澆筑時所包含的熱量(決定于澆筑溫度)及水化熱保存起來，維持所需溫度。保溫層厚度應通過計算確定。

　　⑵主動加熱法。在模板內側以蒸汽或電熱線加熱.

　　電加熱。將鋼筋作為電極，或將電熱器貼在混凝土表面，使電能變為熱能，以提高混凝土的溫度。此法簡單方便，熱損失較少，易控制，不足之處是電能消耗量大。或在表層混凝土內插入電極，利用混凝土的電阻，以低壓(50-100V)加熱。

　　⑶暖棚法。在混凝土塊外面搭蓋暖棚，在棚內利用電熱風機、蒸汽熱風機或火爐加熱，制造更有利地提高混凝土強度的“人工氣候”。

　　①火爐加熱。一般在較小的工地使用，方法簡單，但室內溫度不高，比較干燥，且放出的二氧化碳會使新澆混凝土表面碳化，影響質量。②蒸氣加熱。用蒸氣使混凝土在濕熱條件下硬化。此法較易控制，加熱溫度均勻。但因其需專門的鍋爐設備，費用較高。且熱損失較大，勞動條件亦不理想。③紅外線加熱。以高溫電加熱器或氣體紅外線發生器，對混凝土進行密封幅射加熱。

　　4、結語

　　大體積混凝土冬季施工方法都有利有弊，其適用范圍都受一定條件的制約。根據工地現有條件，一般會采用幾種措施綜合使用。