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摘要：在冬季低温时节，我国北方地区会达到低于0℃的负温状态。大体积砼由于其最小截面几何尺寸较大，表面系数较小，含水量多，终凝后强度增长期容易因结构内外温差过大，而产生变形、开裂、强度不足、甚至结构破坏等不良后果。因此，冬季进行大体积砼的浇筑与施工就要采取有针对性的防护措施，本文对此进行简单介绍。
关键词：大体积砼；砼冬季施工
引言：
大体积砼结构最小截面几何尺寸较大，表面系数较小，水泥水化热释放较集中，内部升温较快。砼内外温差较大时结构发生不均匀膨胀，使砼产生温度裂缝，影响结构安全和正常使用。普通砼结构在冬季施工时，由于外部环境温度低，使得正在养生阶段的水泥水化反应缓慢甚至停止，使得强度难以增长，砼内部水化作用不完全的水泥浆发生离析，使水泥浆与骨料难以结合，骨料表面包覆的水膜在低温下发生冻胀，进一步造成骨料与水泥浆脱离，使已经终凝的砼结构发生破坏。
当大体积砼在冬季施工时，两方面不利因素叠加导致结构内外温差梯度进一步加大，在结构内部水泥发生水化反应大量释放热量导致膨胀的同时，结构靠近表面的部分却已经由于外部环境低温影响，水泥浆离析、骨料表面水膜冻胀，使得砼工作条件进一步劣化，极易使砼产生变形开裂，甚至发生结构破坏。
一、大体积砼施工技术与砼冬季施工技术的矛盾与共同点
大体积砼施工为防止产生温度裂缝采取的技术措施原则上主要包括：
1.使用减水剂、掺合料等方法降低水泥使用量以减少水泥水化热生成总量，最终降低总温升值；
2.降低水、砂、石等原材料的初始温度以保证较低的入模温度；
3.降低浇筑速度、掺加缓凝剂等方法以降低水泥水化热的产生速度，使结构升温速度减慢；
4.采取保温保湿养护等方法将结构内外温差控制在允许范围以内。
砼冬季施工采取的技术措施主要包括：
1.外加剂法：
使用减水剂降低水的使用量以减少产生冻胀的水份含量；使用防冻剂降低水的冰点使水泥能够在低温下继续水化，且不发生离析；使用引气剂产生均匀的微小封闭气泡对砼冻胀应力形成缓冲，减轻砼的冻胀变形。
2.蓄热法：
（1）拌合投料要提高水、砂、石等原材料的初始温度，以保证较高的入模温度；
（2）运输过程中采取保温材料覆盖，以减少热量损失；
（3）浇筑过程中加快浇筑速度，以减少热量损失；
（4）养护过程中采用保温材料包裹、覆盖或设置棚罩，以减少热量损失。
3.综合法：
同时采用外加剂法和蓄热法的技术措施。
当发生大体积砼结构在冬季施工的情况时，则有些单独处理大体积砼或砼冬季施工的技术措施将产生矛盾，比如：
1.大体积砼施工要求降低水、砂、石等原材料的初始温度以保证较低的入模温度，而砼冬季施工则要求提高水、砂、石等原材料的初始温度，以保证较高的入模温度；
2.大体积砼施工要求降低浇筑速度以降低水泥水化热的产生速度，使结构升温速度减慢，而砼冬季施工则要求浇筑过程中加快浇筑速度，以减少热量损失；
当然处理大体积砼或砼冬季施工的技术措施也有两者共同需要的技术措施，比如：
1、使用减水剂以降低水泥使用量以减少水泥水化热生成总量，同时降低水的使用量以减少产生冻胀的水份含量；
2、采取保温材料包裹、覆盖等措施的保温养护法将结构内外温差控制在允许范围以内，同时减少热量损失保持实体结构温度，能够让结构靠近外表面部分维持水泥发生水化反应的条件。
二、大体积砼施工技术与砼冬季施工技术分析
我国《大体积混凝土施工标准》GB50496-2018里规定：混凝土结构物实体最小几何尺寸不小于1m的大体量混凝土，或预计会因混凝土中胶凝材料水化引起的温度变化和收缩而导致有害裂缝产生的混凝土，称之为大体积混凝土。
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砼在冬季施工时，由于外部环境温度低，使得正在养生阶段的水泥水化反应缓慢甚至停止，使得强度难以增长。砼内部由于水泥浆的比热值大于砂石骨料的比热值，且砂石骨料的导热系数大于水泥浆，导致砂石骨料散热速度较快，其温度相对低于包覆在骨料表面的水泥浆，而在低温下水化作用不完全的水泥浆发生离析。浓度较高的水泥浆冰点低于浓度低的水泥浆，使得浓度较高冰点较低的水泥浆保持液体状态尚能继续水化反应的同时，析出的低浓度水泥浆却因冰点较高已在骨料表面冻结，并同时进一步析出水份，造成包覆在骨料表面的水泥浆与骨料结合强度不足，而且骨料表面包覆的游离水膜在低温下发生冻胀，体积增大约9%，进一步造成骨料与水泥浆脱离，使已经终凝的砼结构发生破坏。
水泥在水化反应过程中要释放出大量的热量，而大体积砼结构断面尺寸较大，表面系数相对较小，所以水泥发生的热量聚集在结构内部，而砼材料本身的导热系数不够，不足以及时将热量有效传导至外部，无法使砼结构内外温度平衡，这样混凝土内部的水化热无法及时散发出去，以至于越积越高，使内外温差持续增大。当外界环境温度大幅度降低至砼冬季施工标准时，则出现结构内部水泥发生水化反应大量释放热量导致高温膨胀时，靠近表面的部分却已经由于外部环境低温影响，水泥浆离析、骨料表面水膜冻胀，强度降低，最终发生结构变形、开裂破坏。
三、大体积砼施工技术与砼冬季施工技术措施
大体积砼在冬季施工时需要综合采取使用外加剂与蓄热保温乃至加温相结合的方法施工。究其根本，仍是采取各种措施降低结构内外温差，保证内部外部水泥同步水化、砼强度同步增长，同时避免砼受冻的技术途径。
为此采取措施如下：
1、活性料
通过在混凝土中混合使用合适比例的粉煤灰、矿渣粉等活性混合料可以降低水泥的使用量，从而有效控制水化热生成总量，最终降低总温升值。此外，掺加活性混合料还能够改善混凝土的泵送率，提高拌和效率，降低施工成本。
2、外加剂
（1）减水剂
使用减水剂降低水的使用量以减少产生冻胀的水份含量，同时降低水泥使用量以减少水泥水化热生成总量，控制总温升值。
（2）缓凝剂
加入缓凝剂可以有效降低水泥水化热速率，延长大体积混凝土内部热量发散周期。
（3）防冻剂
在混凝土中按比例掺用防冻剂，能够降低混凝土中所含水份的冰点，使得混合水溶液在低于0℃的低温条件下仍以液态形式存在，保证水泥水化完全；另一方面，防冻剂能够破坏冰晶结构，从而抑制冰晶生成，使混凝土免受冻胀危害，保持大体积混凝土物理力学结构完整。
（4）引气剂
引气剂能够在混凝土结构实体中引入均匀的微小封闭气泡，可以对砼冻胀应力形成缓冲，减轻砼由于冻胀应力而造成的结构破坏。
3、蓄热保温
（1）拌合浇筑阶段
拌合浇筑阶段可适当提高等原材料的初始温度以保证适当的入模温度，但应避免温度过高，以免造成大体积砼内部初始温度过高。
（2）养护阶段
养护阶段需采用保温材料对结构实体进行包裹、覆盖，对边棱凸角部位加强保温，其厚度一般要增大到面部位的2～3倍。同时应注意防风措施，采用油毡纸、塑料薄膜、水泥袋纸等不透风材料在外面包一层，可显著提高保温效果。条件允许情况下采用棚罩加强围护，并可在棚罩内架设火炉等取暖设备，或用电热毯等包裹或覆盖结构表面。
大体积砼冬季施工的技术措施重点在于必要时能够采取主动加热措施提高结构表面温度，使结构外部与内部温度接近，保持温差较低，同时可以防止结构受冻。
另外须严格执行测温制度，在构件的适宜位置设置测温孔，每天测温不少于4次，以掌握砼的温差状况，一旦发现温差扩大即采取主动加热措施，保证结构外部与内部温差较低。
结束语：大体积砼冬季施工难度较大，要在施工过程中采取多角度、全方位的措施保证大体积砼的施工质量，严把施工过程中各环节的质量关。因此，自工程开始之前就必须提前制订好详尽而有序的施工方案，并严格按照方案开展施工与质量控制，最大程度上保证冬季大体积砼的施工质量。
参考文献：
[1]宁喜增. 浅淡冬季施工中原材料和外加剂对高强混凝土的影响[J]. 科学之友，2005（Z1）：170-172.
[2]侯景鹏，熊杰，袁勇. 大体积混凝土温度控制与现场监测[J]. 混凝土，2004（5）：56-58.
论文作者:费熙
论文发表刊物:《防护工程》2019年第6期
论文发表时间:2019/6/24
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