5.3.7.1　混凝土工程冬期施工的起迄日期

《混凝土结构工程施工及验收规范》规定：根据当地多年气温资料，室外日平均气温连续5d稳定低于5℃时，混凝土结构工程的施工应采用冬期施工措施。可以取第一个出现连续5d稳定低于5℃的初日作为冬期施工的起始日期。同样，当气温回升时，取第一个连续5d稳定高于5℃的末日作为冬期施工的终止日期。初日和末日之间的日期即为混凝土冬期施工期。

5.3.7.2　混凝土冬期施工原理

新浇混凝土在养护初期遭受冻结，当气温恢复到正温后，即使正温养护到一定龄期，也不能达到其设计强度，这就是混凝土的早期冻害。

混凝土所以能凝结硬化并获得强度，是由于水泥水化反应的结果。水和温度是水化反应得以进行的必要条件。水是水化反应能否进行的决定因素之一；温度则影响水化反应的速度。当温度降低到5℃时，水化反应速度缓慢。当温度降低到0℃时，水化反应基本停止。在混凝土强度发展初期，其内部的孔隙中含有尚未与水泥化合的游离水。当温度降至-2℃～-4℃时，混凝土内部的游离水开始结冰，游离水结冰后体积增大约9%，在混凝土内部产生冰晶应力，使强度尚低的混凝土内部产生微裂缝和孔隙，同时损害了混凝土与钢筋的粘结，导致结构强度降低。

混凝土的早期冻害是由于混凝土内部的水结冰所致。试验证明，混凝土在浇筑后立即受冻，抗压强度约损失50%，抗拉强度约损失40%。受冻前混凝土养护时间愈长，所达到的强度愈高，水化物生成愈多，能结冰的游离水就愈少，强度损失就愈低。试验还证明，混凝土遭受冻结带来的危害与遭冻的时间早晚、水灰比、水泥标号、养护温度等有关。

混凝土允许受冻而不致使其各项性能遭到损害的最低强度称为混凝土受冻临界强度。我国现行规范规定：冬期浇筑混凝土的抗压强度，在受冻前，硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥配制的混凝土不得低于其设计强度标准值的30%；矿渣硅酸盐水泥配制的混凝土不得低于其设计强度标准值的40%；C10及C10以下的混凝土不得低于5.0N/mm2。掺防冻剂的混凝土，温度降低到防冻剂规定温度以下时，混凝土的强度不得低于3.5N/mm2。

防止混凝土早期冻害的措施有两项：

1.早期增强

主要提高混凝土早期强度，使其尽快达到混凝土受冻临界强度。具体措施有：使用早强水泥或超早强水泥；掺早强剂或早强型减水剂；早期保温蓄热；早期短时加热等；

2.改善混凝土内部结构

具体做法是增加混凝土的密实度，排除多余的游离水；掺用减水型引气剂，提高混凝土抗冻能力；还可以掺用防冻剂，降低混凝土的冰点温度。

5.3.7.3　混凝土冬期施工方法

1.混凝土冬期施工一般规定

混凝土冬期施工应优先选用硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥，水泥标号不应低于#425。最小水泥用量不应少于300kg/m3，水灰比不应大于0.6。使用矿渣硅酸盐水泥时，宜优先采用蒸汽养护。

拌制混凝土所采用的骨料应清洁，不得含有冰、雪、冻块及其他冻裂物质。在掺用含有钾、钠离子的防冻剂混凝土中，不得采用活性骨料或在骨料中混有这类物质的材料。

采用非加热养护法施工所选用的外加剂，宜优先选用含引气成分的外加剂，含气量宜控制在2%～4%。钢筋混凝土中掺用氯盐类防冻剂时，氯盐掺量不得大于水泥重量的1%（按无水状态计算）。掺用氯盐的混凝土应振捣密实，且不宜采用蒸汽养护。

在下列情况下，不得在钢筋混凝土结构中掺用氯盐：

（1）排出大量蒸汽的车间、澡堂、洗衣房和经常处于空气相对湿度大于80%的房间以及有顶盖的钢筋混凝土蓄水池等；

（2）处于水位升降部位的结构；

（3）露天结构或经常受雨、水淋的结构；

（4）有镀锌钢材或铝铁相接触部位的结构，和有外露钢筋、预埋件而无防护措施的结构；

（5）与含有酸、碱或硫酸盐等侵蚀介质相接触的结构；

（6）使用过程中经常处于环境温度为60℃以上的结构；

（7）使用冷拉钢筋或冷拔低碳钢丝的结构；

（8）薄壁结构，中级和重级工作制吊车梁、屋架、落锤或锻锤基础结构；

（9）电解车间和直接靠近直流电源的结构；

（10）直接靠近高压电源（发电站、变电所）的结构；

（11）预应力混凝土结构。

模板外和混凝土表面覆盖的保温层，不应采用潮湿状态的材料，也不应将保温材料直接铺盖在潮湿的混凝土表面，新浇筑混凝土表面应铺一层塑料薄膜。

整体结构如为加热养护时，浇筑程序和施工缝位置的设置，应采取能防止发生较大温度应力的措施。当加热温度超过45℃时，应进行温度应力核算。

2.混凝土的拌制

混凝土原材料加热应优先采用加热水的方法，当加热水仍不能满足要求时，再对骨料进行加热。水、骨料加热的最高温度应符合表5-27的规定。当水、骨料达到规定温度仍不能满足热工计算要求时，可提高水温度到100℃，但水泥不得与80℃以上的水直接接触。投料时应先投入骨料和水，最后才投入水泥。

表5-27　拌合水及骨料加热最高温度（℃）

宜采用蒸汽加热、电加热或汽水热交换罐等方法对水加热。加热水使用的水箱或水池应予保温，其容积应能使水达到规定的使用温度要求。

砂加热应在开盘前进行，并应使各处加热均匀。当采用保温加热料斗时，宜配备两个，交替加热使用。每个料斗容积可根据机械可装高度和侧壁斜度等要求进行设计，每一个料斗的容量不宜小于3.5m3。

水泥不得直接加热，使用前宜运入暖棚内存放。

拌制掺用防冻剂的混凝土，当防冻剂为粉剂时，可按要求掺量直接撒在水泥上面和水泥同时投入；当防冻剂为液体时，应先配制成规定浓度溶液，然后再根据使用要求，用规定浓度溶液再配制成施工溶液。各溶液应分别置于明显标志的容器内，不得混淆，每班使用的外加剂溶液应一次配成。配制与加入防冻剂，应设专人负责并做好记录，应严格按剂量要求掺入。使用液体外加剂时应随时测定溶液温度，并根据温度变化用比重计测定溶液的浓度。当发现浓度有变化时，应加强搅拌直至浓度保持均匀为止。

搅拌混凝土时，骨料中不得带有冰、雪及冰团。拌制混凝土的最短时间应按表5-28采用。

表5-28　拌制混凝土的最短时间（s）

注：表中搅拌机容积为出料容积。

混凝土拌合物的理论温度，可按下式计算：

式中　T0——混凝土拌合物温度（℃）；

mw，mce，msa，mg——水、水泥、砂、石的用量（kg）；

Tw，Tce，Tsa，Tg——水、水泥、砂、石的温度（℃）；

wsa，wg——砂、石的含水率（%）；

c1，c2——水的比热容（kJ/kg·K）及冰的溶解热（kJ/kg）。

当骨料温度＞0℃时，c1=4.2，c2=0；

　　　　　≤0℃时，c1=2.1，c2=335。

混凝土拌合物出机温度，可按下式计算：

式中　T1——混凝土拌合物出机温度（℃）；

Ti——搅拌机棚内温度（℃）。

3.混凝土的运输和浇筑

为了使混凝土拌合物在运输过程中热量损失尽量减少，可采取下列措施：正确选择放置搅拌机的地点，尽量缩短运距，选择最佳的运输路线；正确选择运输容器的形式、大小和保温材料；尽量减少装卸次数并合理组织装入、运输和卸出混凝土的工作。

混凝土在浇筑前，应清除模板和钢筋上的冰雪和污垢。运输和浇筑混凝土用的容器应有保温措施。

冬期不得在强冻胀性地基土上浇筑混凝土。在弱冻胀性地基土上浇筑混凝土时，混凝土在受冻前的抗压强度应满足受冻临界强度的要求。

分层浇筑厚大的整体式结构混凝土时，已浇筑层的混凝土温度在未被上一层混凝土覆盖前应不低于2℃。采用加热养护时，养护前的温度也不得低于2℃。

混凝土拌合物经运输到浇筑时的温度，宜按下列公式计算：

式中　T2——混凝土拌合物运输到浇筑时温度（℃）；

t1——混凝土拌合物自运输到浇筑时的时间（h）；

n——混凝土拌合物运转次数；

Ta——混凝土拌合物运输时环境温度（℃）；

α——温度损失系数（h-1）：

当用混凝土搅拌车输送时，α=0.25；

当用开敞式大型自卸汽车时，α=0.2；

当用开敞式小型自卸汽车时，α=0.30；

当用封闭式自卸汽车时，α=0.1；

当用手推车时，α=0.5。

考虑模板和钢筋的吸热影响，混凝土浇筑成型完成时的温度宜按下式计算：

式中　T3——考虑模板和钢筋吸热影响，混凝土成型完成时的温度（℃）；

cc，cf，cs——混凝土、模板、钢筋的比热容（kJ/kg·K）；混凝土取1kJ/kg·K；钢材取0.48kJ/kg·K；

mc——每立方米混凝土重量（kg）；

mf，ms——与每立方米混凝土相接触的模板、钢筋重量（kg）；

Tf，Ts——模板、钢筋的温度，未预热者可采用当时的环境气温（℃）。

［例］　设每立方米混凝土中的材料用量为：水150kg，水泥300kg，砂600kg，石1350kg。材料温度为：水70℃，水泥5℃，砂40℃，石-3℃。砂含水率5%，石含水率2%。搅拌棚内温度为5℃。混凝土拌合物用人力手推车运输，倒运共2次，运输和成型共历时0.5h，当时气温-5℃。与每立方米混凝土相接触的钢模板和钢筋共重450kg，并未预热。试计算混凝土浇筑完毕后的温度。

［解］　混凝土拌合物的理论温度：

混凝土从搅拌机中卸出时的温度：

T1=15.1-0.16（15.1-5）=13.5℃

混凝土经运输成型后的温度：

T2=13.5-（0.5×0.5+0.032×2）（13.5+5）=7.7℃

混凝土因钢模板和钢筋吸热后的温度：

T3=（2400×1×7.7-450×0.48×5）÷（2400×1+450×0.48）=6.6℃

混凝土浇筑完毕后的温度为6.6℃。

4.混凝土冬期施工的养护方法

（1）蓄热法养护

蓄热法养护是将混凝土的组成材料进行加热然后搅拌，在经过运输、振捣后仍具有一定温度，浇筑后的混凝土周围用保温材料严密覆盖。利用这种预加的热量和水泥的水化热量，使混凝土缓慢冷却，并在冷却过程中逐渐硬化，当混凝土温度降低至0℃时可达到抗冻临界强度或预期的强度要求。

蓄热法具有经济、简便、节能等优点，混凝土在较低温度下硬化，其最终强度损失小，耐久性较高，可获得较优质量的制品。但用蓄热法施工，强度增长较慢，因此宜选用标高较高、水化热较大的硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥或快硬硅酸盐水泥。同时选用导热系数小、价廉耐用的保温材料。当室外最低温度不低于-15℃时，地面以下的工程，或表面系数M不大于5m-1的结构，应优先采用蓄热法养护。对结构易受冻的部位，应采取加强保温措施。

蓄热法热工计算的依据是热量平衡原理，即每立方米混凝土从浇筑完毕时的温度下降到0℃的过程中，透过模板和保温层所放出的热量，等于混凝土预加热量和水泥在此期间所放出的水化热之和。

当施工条件（结构尺寸、材料配合比、浇筑后的温度和养护期间的预测气温）确定以后，先初步选定保温材料的种类、厚度和构造，然后计算出混凝土冷却到0℃的延续时间和混凝土在此期间的平均温度。据此再用成熟度方法估算出混凝土可能获得的强度。如所得结果达不到抗冻临界强度值或预期的强度要求，则需调整某些施工条件或修改保温层设计，再进行计算，直到符合要求为止。

蓄热法的热工计算方法：

1）混凝土蓄热养护开始到任一时刻t的温度：

2）混凝土蓄热养护开始到任一时刻t的平均温度：

其中θ，φ，η为综合参数，按下式计算：

式中　T——混凝土蓄热养护开始到任一时刻t的温度（℃）；(www.daowen.com)

Tm——混凝土蓄热养护开始到任一时刻t的平均温度（℃）；

t——混凝土蓄热养护开始到任一时刻的时间（h）；

Tm，a——混凝土蓄热养护开始到任一时刻t的平均气温（℃）；

ρc——混凝土的质量密度（kg/m3）；

mce——每立方米混凝土水泥用量（kg/m3）；

cc——混凝土的比热容（kJ/kg·K）；

Qce——水泥水化累积最终放热量（kJ/kg）；

Vce——水泥水化速度系数（h-1）；

ω——透风系数；

M——结构表面系数（m-1）；

K——结构围护层的总传热系数（kJ/m2·h·K）；

e——自然对数底，可取e=2.72。

注：①结构表面系数M值按下式计算：

式中　A——混凝土结构表面积（m2）；

V——混凝土结构的体积（m3）。

②结构围护层总传热系数可按下式计算：

式中　di——第i层围护层厚度（m）；

Ki——第i层围护层的导热系数（W/m·K）。

③平均气温Tm，a取法，可采用蓄热养护开始至t时气象预报的平均气温，亦可按每时或每日平均气温计算。

④水泥水化累积最终放热量Qce，水泥水化速度系数Vce及透风系数ω取值按表5-29和表5-30取用。

表5-29　水泥水化累积最终放热量Qce和水泥水化速度系数Vce

表5-30　透风系数

注：小风风速Vw＜3m/s；中风风速3≤Vw≤5m/s；大风风速Vw＞5m/s。

3）当需要计算混凝土蓄热养护冷却至0℃的时间时，可根据公式（5-24）采用逐次逼近的方法进行计算。如果蓄热养护条件满足≥1.5，且KM≥50时，也可按下式直接计算：

式中，t0为混凝土蓄热养护冷却至0℃的时间（h）。

（混凝土冷却至0℃的时间内，其平均温度可根据（5-25）公式取t=t0进行计算）。

当采用蓄热法不能满足要求时，可选用综合蓄热法养护。当围护层的总传热系数与结构表面系数的乘积KM在50～200kJ/m3·h·K的范围时，应符合下列公式要求：

式中　Tm，a——冷却期间平均气温，且不应低于-12℃；

M——结构表面系数（m-1），5≤M≤15；

K——围护层的总传热系数（kJ/m2·h·K）；

a，b——系数，宜按表5-31采用。

表5-31　系数a，b值

（2）综合蓄热法养护

综合蓄热法是在混凝土拌合物中掺有少量的防冻剂，原材料预先加热，搅拌站和运输工具都要适当保温，拌合物浇筑后的温度一般须达到10℃以上，当构件的断面尺寸小于300mm时须达到13℃以上。通过蓄热保温，使混凝土经过1～1.5d后才冷却至0℃，此时混凝土已经终凝。然后逐渐与环境气温相平衡，由于防冻剂的作用，混凝土在负温中继续硬化。

综合蓄热法的优点是：与负温养护法相比，防冻剂掺量可以减少，混凝土强度增长也较快。与各种加热养护法相比，综合蓄热法可以节约能耗。并扩大了蓄热法的应用范围，避免了人工加热，有较好的技术经济效果。综合蓄热法适用于在日平均气温不低于-10℃或极端最低气温不低于-16℃的条件下施工。

为保证综合蓄热法养护的效果，必须选择好工艺参数。其中最基本的参数是预养时间和防冻剂掺量。

综合蓄热法养护开始时的正温养护过程称为预养。预养程度可以用在20℃恒温条件下所经历的时间来表示。实际上混凝土在预养阶段的温度不一定等于20℃，也不可能保持恒定不变，可用混凝土的成熟度计算强度方法换算成相当于20℃条件下的等效龄期。综合蓄热法养护时的最佳预养程度如表5-32，所掺防冻剂配方可参考表5-33。

表5-32　最佳预养程度

表5-33　防冻剂参考配方

注：1.带*的配方不适用于矿渣水泥；
2.木钙可用适量的其它减水剂取代。

采用综合蓄热法时，必须进行工艺设计，具体步骤如下：

1）预测从混凝土浇筑之日起未来6d内的平均气温，作为工艺设计的依据；

2）选定拌制混凝土所用水泥的品种；

3）选择预养程度；

4）根据施工条件，先暂时设定混凝土浇筑完毕时的温度和保温围护层构造；

5）计算混凝土从浇筑完毕时起至温度降为0℃时止，这段冷却过程的等效龄期；

6）如冷却过程的等效龄期与所选预养程度相等，即可按设定的混凝土温度与保温构造施工。如不相符，则须重新设定再作计算；

7）如重新设定的混凝土温度与保温构造可以满足预养程度的要求，即可按重新设定的参数施工。如在现实条件下无法满足要求，则必须采用人工短时加热的办法来达到预养程度。

8）人工加热的全过程，包括升温、恒温和温度降至0℃前的整个养护过程，也需要计算出等效龄期，其值必须与所选预养程度相等；

9）选定防冻剂配方，并通过试验予以确定。

（3）暖棚法养护

暖棚法养护是在建筑物或构件周围搭起大棚，通过人工加热使棚内空气保持正温，混凝土的浇筑与养护均在棚内进行。本法的优点是：施工操作与常温无异，劳动条件较好，工作效率较高；混凝土质量有可靠保证，不易发生冻害。缺点是：暖棚搭设需大量材料和人工，供热需大量能源，费用较高。由于棚内温度不高，所以混凝土强度增长较慢。一般适用于地下结构和混凝土量比较集中的结构工程。

采用暖棚法，要使棚内各测点温度不得低于5℃，并应设专人检测混凝土及棚内温度。暖棚内测温点应选择具有代表性位置进行布置，在离地面50cm高度处必须设点，每昼夜测温不应少于4次。养护期间应测量棚内湿度，混凝土不得有失水现象。当有失水现象时，应及时采取增湿措施或在混凝土表面洒水养护。暖棚的出入口应设专人管理，并应采取防止棚内温度下降或引起风口处混凝土受冻的措施。在混凝土养护期间应将烟或燃烧气体排至棚外，并应采取防止烟气中毒和防火措施。

（4）负温养护法

负温养护法是将拌合水预先加热，必要时还可加热砂子，使经过搅拌后的混凝土出机时具有一定的零上温度。在拌合物中加入防冻剂，混凝土浇筑后不再加热，仅作保护性覆盖以防止风雪侵袭。混凝土终凝前，其本身温度即已降至0℃，并迅速与环境气温相平衡。混凝土在负温中硬化。

负温养护法适用于不易加热保温且对强度增长无特殊要求的工程。

采取负温养护法施工的混凝土，宜使用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，混凝土浇筑后的起始养护温度不应低于5℃，并应以浇筑后5d内的预计日最低气温来选用防冻剂。混凝土浇筑后，裸露表面应采用塑料薄膜覆盖保护。采用负温养护法应加强测温。当混凝土内部温度降到防冻外加剂规定温度之前，混凝土的抗压强度应达到受冻临界强度。负温养护法混凝土各龄期的强度可按表5-34使用。

表5-34　掺防冻剂混凝土在负温度下各龄期混凝土强度增长规律

（5）蒸汽养护法

混凝土工程的蒸汽养护分为两种情况，一种是让蒸汽与混凝土直接接触，利用蒸汽的湿热作用来养护混凝土。另一种是将蒸汽作为热载体，通过某种形式的散热器，将热量传导给混凝土使混凝土升温。前者有蒸汽室和蒸汽套法以及内部通气法，而毛管法和热模法则属于后者。蒸汽养护法的主要优点是：蒸汽含热量高，湿度大，成本较低。缺点是：温度、湿度难以保持均匀稳定，热能利用率低，现场管道多，容易发生冷凝和冰冻。蒸汽养护法的适用范围如表5-35所示。

表5-35　混凝土蒸汽养护法的适用范围

蒸汽养护法应使用低压饱和蒸汽，当工地有高压蒸汽时，应通过减压阀或过水装置调节后方可使用。蒸汽养护的混凝土，采用普通硅酸盐水泥时最高养护温度不超过80℃，采用矿渣硅酸盐水泥时可提高到85℃。但采用内部通汽法时，最高加热温度不应超过60℃。

整体浇筑的结构，采用蒸汽加热养护时，升温和降温速度不得超过表5-36的规定。混凝土的水泥用量不宜超过350kg/m3，水灰比宜为0.4～0.6，坍落度不宜大于5cm。可掺入早强剂或无引气型减水剂，但不宜掺用引气剂或引气减水剂，亦不应使用矾土水泥。养护时，应排除冷凝水，并防止渗入地基土中。当有蒸汽喷出口时，喷嘴与混凝土外露面的距离不得小于30cm。

表5-36　蒸汽加热养护混凝土升温和降温速度

注：厚大体积的混凝土，应根据实际情况确定。

图5-116为柱子的蒸汽套法构造示意图；图5-117为柱子用毛管法模板构造；图5-118为柱子用内部通气法时的留孔形式。

图5-116　柱的气套构造示意图

（6）电加热法养护

电加热法养护有电极加热法、电热毯法、工频涡流法和线圈感应加热法等。

在采用电极加热法时，棒形和弦形电极应固定牢固，并不得与钢筋直接接触。应使用交流电，不得使用直流电。电极的形式、尺寸、数量及配置应能保证混凝土各部位加热均匀，且仅应加热到设计的混凝土强度标准值的50%。在电极附近的辐射半径方向每隔1cm距离的温差不得超过1℃。

电热毯法，宜由四层玻璃纤维布中间夹以电阻丝制成电热毯。其几何尺寸应根据混凝土表面或模板外侧与龙骨组成的区格大小确定。电热毯的电压宜为60～80V，功率宜为75～100W/块。当布置电热毯时，在模板周边的各区格应连续布毯，中间区格可间隔布毯，并应与对面模板错开。电热毯外侧应设置耐热保温材料。电热毯养护的通电持续时间应根据气温及养护温度确定，可采取分段、间断或连续通电养护工序。

工频涡流法养护的涡流管应采用钢管，其直径宜为12.5mm，壁厚δ宜为3mm。钢管内穿铝芯绝缘导线，其截面宜为25～35mm2。当采用工频涡流法养护时，各阶段送电功率应使预养与恒温阶段功率相同，升温阶段功率应大于预养阶段功率的2.2倍。预养、恒温阶段的变压器一次接线为Y形，升温阶段接线应为Δ形。

图5-117　柱子用毛细管法养护

1—出气孔；2—模板；3—分汽箱；4—进气管；5—“毛细管”；6—薄铁皮

图5-118　柱留孔的两种形式（内部通气法）

1—孔道；2—短管；3—胶皮连接管；4—φ18冷凝水排出管

线圈感应加热法养护宜用于梁、柱结构，以及各种装配式钢筋混凝土结构的接头混凝土的加热养护，亦可用于密筋结构的钢筋和模板预热，以及用于受冻钢筋混凝土结构构件的解冻。

电加热法养护混凝土的温度，应符合表5-37的规定。

表5-37　电加热法养护混凝土的温度（℃）

注：采用红外线辐射加热时，其辐射表面温度可采用70～90℃。

5.3.7.4　混凝土工程雨期施工

混凝土工程雨期施工应注意以下问题：

雨期施工应疏通场地排水系统和清理道路，确保混凝土运输畅通无阻。

模板隔离层在涂刷前要及时掌握天气预报，以防隔离层被雨水冲刷。

遇到大雨应停止浇筑混凝土，已浇筑部位应加以覆盖。现浇混凝土应根据结构情况和可能，多考虑几道施工缝的留设位置。

雨期施工时，应加强对混凝土粗细骨料含水率测定，及时调整用水量。

大面积的混凝土浇筑前，要了解2～3d的天气预报，尽量避开大雨。混凝土浇筑现场要预备大量防雨材料，以备浇筑时突然遇雨进行覆盖。

模板支撑下部回填土要夯实，并加设垫板，雨后应及时检查有无下沉。