水泥完全水化仅需要的其重量25%左右的水，商品混凝土为了满足施工性能需要多余的自由水来满足工作性的要求，混凝土中自由水的增多是混凝土发生冻害的主要原因。众所周知，温度低于0℃时，就会有液态的水转化成固态的冰，水在液态是表观密度为1.0g/cm3，固态冰的表观密度为0.9g/cm3。在水结冰的过程中体积约增大1.1倍，混凝土中的自由水结冰造成混凝土的体积发生膨胀引发膨胀应力，这种冻胀力由表面向内部发展。当膨胀力大于混凝土抗拉强度时，就会产生为裂纹，白天温度升高时，并融化成水又沿着裂纹流入混凝土内部，如此循环加剧混凝土的破坏，导致混凝土内部裂纹增多，最终对混凝土造成不可逆转的破坏。
混凝土终凝后遇到冻害，混凝土内部因混凝土中自由水结冰膨胀造成混凝土内部产生较多的裂纹，这种情况下，混凝土受冻试件比未受冻试件强度损失50%之多；混凝土的早期冻害还造成混凝土与钢筋的黏结力严重降低，且具有不可逆转性；混凝土早期受冻后，混凝土内部裂缝增多，混凝土的空隙率提高，混凝土渗透性损失严重，透水性增加。
3.混凝土受冻临界强度
我们把冬期浇筑的混凝土在受冻以前必须达到的最低强度，我国《建筑工程冬期施工规程》JGJ/T104—2011对临界强度做出规定，采用蓄热法、暖棚法加热法等施工，采用硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥受冻强度达到设计强度的30%，采用矿渣水泥、粉煤灰水泥、复合水泥应大于设计强度的40%；当室温不低于-15℃时，受冻临界强度不小于4MPa。
4.冬期施工应采取的技术措施
4.1、冬期施工配合比控制
混凝土中水胶比的大小直接影响混凝土可冻水的含量，水胶比越大，混凝土中自由水越多，结冰速度越快，混凝土强度越低，抗冻性越差。降低混凝土水胶比，可以降低混凝土中自由水的含量，提高混凝土强度。冬期混凝土生产，应提高减水剂用量，尽量减小水灰比，降低坍落度。
各国对冬期施工的配合比水胶比均做出规定：美国ACI318要求潮湿条件冻融混凝土，最大水胶比应为0.45，其他构件为0.5；日本建筑学会对受冻混凝土最大水胶比为0.55；德国相关标准中也规定最大水胶比不小于0.5，大于0.5必须引气；我国规定水胶比不宜大于0.55，胶凝材料不小于280kg/m3，根据商品混凝土生产实际，强度等级不小于C25的混凝土水胶比均可以满足要求。
砂石应清洁，不得含有冰、雪、冻块及其他易冻裂物质。砂石中含有冰及冻块，在生产过程中砂中的冻块不容易被搅拌开，影响混凝土的均匀性。另外，冻块及冰在混凝土搅拌出机后，水泥水化放出热量，融化冻块和冰的过程中要吸收一部分热量，造成混凝土浇筑入模时温度降低，冰及冻块融化的水造成混凝土坍落度变大并改变原来的水胶比。造成出机坍落度满足设计要求，运至工地坍落度过大，甚至离析分层。
水泥水化是混凝土内部热量的主要来源，研究表明水泥用量增加10kg/m3，混凝土内部水化温度增加1℃。混凝土早期温度的升高，相应加速达到临界强度的时间。在冬期施工中遇到气温骤降的大风很冷天气，应适当提高水泥用量10~20kg/m3，并适当降低粉煤灰等矿物掺合料的掺量。粉煤灰取代水泥量小于30%时，对混凝土抗冻性能影响不大，超过30%，其抗冻性能变差。
在混凝土外加剂中复合使用防冻剂或早强剂，对提高混凝土早期强度，加快水泥水化，降低混凝土自由水的冰点有重要的作用。如掺加碱金属或碱金属的硝酸盐或亚硝酸盐均对水泥水化起促进作用，亚硝酸钠的掺入还可以对混凝土内部钢筋形成保护膜防止钢筋的锈蚀，所以使用氯盐防冻剂常复合亚硝酸钠。三乙醇胺能够促进C3A的水化加速钙矾石的形成，三乙醇胺与氯盐复合作为早强剂，早强效果更加，如三乙醇胺0.02~0.05%+氯化钠0.3~0.5%+亚硝酸钠1~2%。如果在外加剂中复合引气剂，应控制混凝土的含气量在3～5%。
4.2、混凝土搅拌
在冬期应尽可能对搅拌站（楼）的气路、水路采取保温措施，并在生产结束将水路、气路中的水排空，防止冻坏。搅拌站砂石储料斗下部用保温棉帘密封，也可确保气路和电磁阀处于正温下工作。混凝土用砂石料应清洁，不应含有冰、雪等冻块。每天生产结束时，砂石储料斗中剩余料通过传输带和搅拌机将其排出储料仓，返回砂石料场，防止砂石冻结物堵塞下料口。应保持搅拌站主机室处于室温为不低于5℃。
进入冬期混凝土生产，在生产前应提前打开皮带，观察运转情况。主机转送信号是否正常，冬期生产应延长搅拌时间10～15s、以保证混凝土的均匀性。值班人员应测定混凝土出机和出罐温度，每班2次。
4.3、混凝土运输
在混凝土浇筑过程中，调度室应加强与施工现场联系，掌握施工浇筑速度，控制派车数量，不宜同一个工地派车过多，防止混凝土在现场等待时间过长，混凝土入模温度过低。一般情况下，控制混凝土在60min内浇筑完毕，可确保入模温度大于＋5℃。气温低于-5℃时，混凝土运输罐车外部应设保温罩，以防止混凝土的热量损失。
4.4、混凝土浇筑与养护
（1）施工单位应提前告知浇筑信息
冬期施工气温较低，施工单位应提前12小时通知搅拌站浇筑时间、浇筑部位及放量，以便于搅拌站有充足的时间准备原材料、设备及人员安置。
（2）浇筑前防护措施
施工单位应对施工现场准备充足的覆盖材料，并关注浇筑当天及浇筑后两天内的天气变化情况，在遇到雨雪天气前，应用塑料布或土工布对已绑钢筋表面覆盖，防止雨雪落入模板中。一旦出现钢筋表面或模板中有冰雪，宜采用热风机将冰雪清除干净，避免钢筋表面有结冰现象，消弱混凝土对钢筋的握裹力。气温低时，应用热风机预热钢筋和模板。
（3）混凝土的浇筑
混凝土在浇筑过程中，应注意泵送间歇时间不宜过长，防止混凝土因停滞时间过长造成混凝土入模温度过低。在施工过程中不得向混凝土中加水，造成混凝土中自由水过多，增大冻害发生的可能性。在混凝土初凝前后应及时对混凝土表面进行搓压，以防产生收缩裂纹。对梁板等板面结构混凝土，应安排专人在混凝土终凝进行收面抹压工作，以有效消除裂纹。不得在混凝土强度达到1.2N/mm2前，进入混凝土表层施工，模板拆除应根据混凝土强度的发展，按相关规定进行并。
（4） 保温养护
冬期施工时，混凝土运至施工现场应立即浇筑，加快施工速度减少混凝土热量损失。浇筑与振捣的间歇时间不宜大于15min。梁板结构边浇筑，边抹压，边覆盖塑料薄膜和保温材料；柱及剪力墙由于保温质量不易保证，应采取可靠的保温、防风措施。
在室外气温不低于-15℃时，采用综合蓄热法，即掺早强剂或防冻剂的混凝土浇筑以后，利用原材料加热以及水泥水化放热，并采用适当的保温措施延缓混凝土降温速度，缩短混凝土达到临界强度的时间。在混凝土浇筑振捣结束后，遍粘薄膜，边用棉毡覆盖。早强剂或防冻剂只能起到降低混凝土中自由水是冰点作用，并不能为混凝土水化提供热量，混凝土在温度5℃以下水泥水化十分缓慢，当温度降到0℃以下水泥停止，如果长期处于负温状态下，水泥水化停止，一旦温度低于水的冰点，混凝土就有可能发生冻害。因此，要消除冬季混凝土加防冻剂后就抗冻的错误观念，不可等到全部浇筑结束在覆盖，尤其是在下午或晚上施工更要做到，边浇筑边覆盖。夜间温度低，混凝土温度下降快，如不及时覆盖，水泥水化产生的热量极易散失，混凝土自表层发生冻害。在夜间-5℃的气温下，不覆盖混凝土表层3~5cm会发生冻害。
在冬期施工过程中，应关注天气预报，冬季气温低，混凝土水化缓慢，强度达到受冻临界强度的时间较长。要注意当天甚至浇筑后两三天是不是有大风或气温骤降的情况，及时采取有力应对措施，特别是对剪力墙、长墙等不易覆盖保温的工程部位要加强保温工作，宜采用木模、胶合模板，梁板宜用5cm厚木板，如必须采用钢模板，应特别主要保温，防止混凝土降温速度过快造成混凝土裂缝或者混凝土冻害。柱子、剪力墙电梯间除模板外保温外，电梯间的上、下口铺脚手板，上盖岩棉封闭；柱头采用5cm厚木模板，木模外钉挂岩棉板，表面盖塑料布，并在塑料布上压木方或小块脚手板。正确的保温覆盖是确保混凝土冬期施工质量的重要条件，为使混凝土尽快到抗冻临界强度，冬期施工应采用木质模板，适当延长对混凝土的正温养护时间，并加强对混凝土保温、防冻、防风、防失水等措施。
在混凝土达到抗冻临界强度之前不得拆除保温措施，达到临界强度后，如对混凝土拆除保温措施，应将混凝土表面用塑料布包裹，防止混凝土失水强度降低（梁板结构表面覆盖塑料布；柱表面包裹塑料布；基础尽早回填土；剪力墙建议带模越冬）。对于高层建筑的冬期施工，应注意地面与高空风速的差异，如地面风力为2m/s，30m高空处的风力为6m/s，此时，高空的风力比地面提高了两级。施工单位一定要注意这种差异，应特别对框架、剪力墙采取保温措施，对板面结构采取保温保湿措施。施工单位还应特别注意模板和保温材料的透风系数对混凝土质量的影响，防止混凝土发生冻害。
大多数人认为初冬、初春温度高，混凝土不宜发生冻害，其实不然，初春、初冬昼夜温差大，白天气温在10℃左右，晚上极有可能降到0℃以下，混凝土发生冻融的次数比严冬要多，对结构混凝土受冻的程度可能更严重。混凝土临界强度应在12MPa以上，才可以受冻5次以上的冻融循环。因此，更应该注意早期覆盖，保持混凝土有较长时间的预养期。
保温材料覆盖要压实、严密，大风天应检查保温覆盖情况，发现问题及时修复。当气温低于5℃时，严禁在混凝土表面洒水养护。
（5）加强混凝土的测温
在冬期混凝土浇筑后，施工单位应加强对混凝土所处的环境环境气温及混凝土内部温度加强测温。混凝土测温孔（孔深为板或墙厚度的1/2）设置在温度变化快、易冷却的工程部位，这样才具有代表性。在混凝土达临界强度之前，每2h进行一次测温，达临界强度后6h/次。混凝土初期养护温度，不得低于防冻剂的规定温度，达不到规定温度时应采取保温措施。
（6）同条件试件及标养试件
混凝土试件的取样、制备依照GB/T50081《普通混凝土力学性能试验方法标准》与GB/T50080《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行执行。混凝土浇筑施工现场冬应留置与混凝土工程结构同样覆盖、保温养护的同条件混凝土试件，以便检验混凝土受冻前抗压强度及后期各龄期的强度。
标准试件制备后，应采取保温措施控制室内温度为20±5℃的环境中，静置一昼夜至二昼夜，然后编号、拆模，防止试件受冻，影响试件强度的增长，进而影响后期的强度评定应。试件拆模后立即放入温度为20±2℃、相对湿度为95%以上的标准养护室中进行养护，然后根据龄期检验强度。
5.结语
商品混凝土冬期施工是混凝土施工的一种特殊气候现象，需要施工方与商品混凝土生产企业高度重视，正确认识并采取切实有效的施工措施。为保障混凝土质量需要，要求各方严格执行《建筑工程冬期施工规程》JGJ/T104—2011的施工要求。对于天气突变的情况应加强双方的沟通，商讨应对措施。
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