低温对水泥混凝土质量的影响及控制措施

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摘要：水泥混凝土浇筑时的混凝土温度、模板温度、大气温度、相对湿度以及风速等对混凝土的浇筑、振实、饰面及长期使用性能影响较大。低温条件对早期混凝土质量的影响不可忽视。在总结低温条件对混凝土质量影响的基础上，认为控制混凝土的浇筑温度和浇筑后数日的养护温度对混凝土的长期性能至关重要。本文主要对控制混凝土浇筑时的各种措施作了详细介绍。

        1  低温条件对混凝土性能的影响
        1.1 低温条件对混凝土早期性能的影响  经试验证明：混凝土浇筑时，如其温度越低，则其初凝时间与终凝时间均会延长，相比之下终凝时间延长的更为明显。低温条件下，混凝土坍落度一般不宜超过100mm，且尽量减少泌水并尽早凝结。在低温条件下，泌水会在混凝土表面停留很长一段时间，这会影响到饰面工序的正常进行。混凝土表面泌水未处理就进行饰面是造成的混凝土表面缺陷的一个主要原因，若在抹面过程中将表面泌水压入混凝土中，则会使表面部分的水灰比增大，造成强度、含气量和表面抗渗性的降低等问题。混凝土材料设计时应考虑到尽量减少泌水，若施工过程中出现泌水，则应在抹面之前将其清除。
        1.2 低温条件对混凝土强度的影响  低温条件会降低水泥的水化速率，从而影响混凝土的强度发展。若新拌混凝土受到冻结且温度维持在-10℃左右时，则水泥的水化和强度发展都将停止。若混凝土在凝结之后而抗拉强度尚未达到能够抵抗结冰产生的膨胀力即遭受负温影响时，则由结冰引起的混凝土胀裂将导致不可恢复的不规则裂缝和强度损失。新拌混凝土在24小时龄期内若遭受冻害，其28天龄期的抗压强度会降低50%左右，同时会引起混凝土表面剥落和耐久性的降低。
        1.3 低温条件对混凝土体积稳定性的影响  对处于低温条件下的混凝土结构，其表面温度的降低速率比内部要明显的多，从而产生较大的温度梯度和由此引起的温度应力，若混凝土的抗拉强度尚不足以抵抗该温度的应力，混凝土表面便会产生不规则的可见或不可见裂缝。这些裂缝绝大多数是不可恢复的，并且会在荷载作用下逐渐扩展，慢慢成为侵蚀性成分进入混凝土内部的通道，也正是这些裂缝的存在使得混凝土长期耐久性大大降低。
        1.4 低温条件对混凝土抗冻耐久性的影响  混凝土的抗冻耐久性与经受第一次冻融循环时该混凝土的龄期有关，但混凝土在早龄期的抗冻性与遭受多次冻融循环的成熟混凝土的抗冻性之间，不存在直线比例关系。而真正与混凝土抗冻耐久性有关的是混凝土的抗拉强度和孔隙饱水程度。混凝土在浇筑后的很短龄期内若遭受负温影响，则会由于尚未达到足够的抗拉强度且内部孔隙处于高度的饱水状态，一次冻融循环造成的性能降低是不可恢复的。 

        2  施工过程中的温度控制措施
        虽然低温条件给混凝土浇筑带来了很多负面影响，但是在我国北方一些地区，每年处于低温条件的时间很长，为了能尽量延长混凝土结构施工时间，且尽量避免新浇筑混凝土遭受冰冻的影响，可采取一些预防保护措施。

2.1 改善混凝土配合比  低温条件浇筑混凝土时，为减少冬季临时防护的时间，需要混凝土具有较高的早期强度，通过如下方法可适当提高混凝土的早期强度。①使用早强型水泥，在混凝土结构不受硫酸盐腐蚀时，可以采用C3S、C3A含量较高的水泥，因为这类水泥水化比较快，而且释放的水化热较高，利于混凝土凝结硬化和早期强度的发展。②适当提高水泥用量，一般提高60-120kg/m3，通常认为每45kg硅酸盐水泥水化产生的热量可以使混凝土温度增高5-9℃。适当降低混凝土的水灰比或采用富水泥浆的拌合物，可以缩短凝结时间和加快早期强度发展。
        2.2 提高混凝土某些组分的温度  当露天堆放的集料中含有结冰颗粒或冰块时，在拌合之前须将集料中的冰块融化，以免在搅拌和浇筑过程中出现集料成团现象。若单纯加热水不足以提高混凝土温度，也可加热骨料，但骨料温度不宜超过52℃。如当气温低于4℃，拌合水的温度已经加热到60℃时，集料温度应加热到15℃左右即可；若粗集料干燥且无冰冻现象，拌合水温度已经加热到60℃时，只需将细集料加热到40℃左右即可；若集料中无结冰颗粒或冰块时，则可以不需加热集料，只加热拌合水就可使混凝土达到合适的拌合温度。虽然混凝土中集料和水泥的质量之和比拌合水质量大很多，但是水的比热容约是集料和水泥的五倍。在混凝土组分中，加热拌和水操作方便且温度易控制从而成为实际工程中应用最广泛的方法，加热后的水温不宜超过60-80℃，拌合水温度过高容易造成水泥闪凝和水泥团聚等不良现象。若拌合水温度超过80℃，在拌合时一定要避免水泥与热拌合水的直接接触，所以必须合理安排各组分的投料顺序，一般可先将热水和骨料混合搅拌后再投入水泥。拌合物各组分的温度必须加以控制，以保证混凝土的温度利于水泥水化凝结而不产生过高的内部温度，否则会影响混凝土的强度发展。此外，拌合物温度过高在低温环境下容易造成混凝土内外温差过大，这将对体积稳定性和长期耐久性不利。
        2.3 掺入混凝土外加剂  掺加早强剂，在低温条件下掺入小剂量的早强剂可以加快混凝土的凝结及早期强度的发展。但是含氯的早强剂不得用于有潜在腐蚀危险的混凝土中，也不宜用于可能发生碱骨料反应的混凝土中，早强剂的使用并不能取代必要的养护和防冻措施。
        2.4 采取合理的养护和保温措施  希望混凝土能在7-21℃下水化凝结，最重要的是保证混凝土浇筑后的前3天之内温度不要降到10℃以下，最好是能在21℃条件下保持较长的时间。在混凝土表面覆盖一层隔热毯或其他保温材料可以将水化热和拌合水保留在混凝土内部。保温材料应保持干燥且与混凝土或模板紧密接触。水泥混凝土结构浇筑完成后，可将混凝土与大气隔绝起来，并向其中加热。加热的方式应不能使混凝土表面失水加快，不能使局部温度过高而且不能产生较高浓度的CO2。实践证明，蒸汽养护是一个很好的方法。
        3  结论
        通过以上分析，采取下面的预防措施可以避免或减少低温条件下对新浇筑混凝土质量的影响：①精心选定配合比；②不能使用含有冰块的集料；③提高混凝土拌合物某些组分的温度；④根据混凝土结构，合理选用外加剂；⑤采取合理的养护、保温措施；⑥无法保证冰冻之前能否达到足够的强度时严禁浇筑混凝土。