41 冬季施工用混凝土如何應用外加劑？

按《建筑工程冬期施工規程》（JGJ104—97）的規定，根據當地多年氣象資料，統計室外日平均氣溫連續五天低于５℃時，混凝土結構工程應進入冬期施工。我國在混凝土冬期施工技術方面進行了大量的試驗研究和工程應用，尤其在采用外加劑方面取得了顯著成效。

一、外加劑選擇

混凝土冬期施工中應用外加劑的目的在于：①提高混凝土的早期強度，加快工程進度。混凝土的強度發展與溫度很敏感，20℃時混凝土7ｄ左右強度才達到設計強度的70％，而1～5℃時30ｄ左右強度才達到設計強度的70％，凝結時間延長約３倍。所以，低溫環境下應用外加劑的主要目的是提高混凝土的早期強度，加快工程進度，節省鋼模的租用費及提高預制場產量；②防止凍害，加速負溫下混凝土強度增長。新澆筑的混凝土受凍后，因水結冰后體積膨脹８％～９％，致使水泥石結構損壞，水泥石與集料的粘結力減弱，強度損失30％～40％，抗凍性和抗滲性顯著下降。所以，負溫環境下混凝土施工時應用外加劑的主要目的是防止凍害。其措施有降低水的冰點，降低冰脹應力，減少拌合用水量及提高混凝土的早期強度。根據JGJ104—97規定，澆筑的混凝土受凍前抗壓強度不低于下列值：硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥配制的混凝土，為設計的混凝土標準值的30％；礦渣硅酸鹽水泥配制的混凝土，為設計的混凝土強度標準值的40％，但不大于Ｃ10的混凝土不得低于５N/ｍｍ²；③適應泵送混凝土的可泵性、防水混凝土的抗滲性、受凍融的混凝土的耐久性。

我國地域遼闊，各地區的氣候相差很大，混凝土冬期施工時應用外加劑的主要目的有所不同。根據氣候特點，我國冬期施工可分為以下三類：

（１）低溫類：如長江中下游地區的冬期，華北、東北及西北的春末冬初，氣候特點是晝夜溫差較大，白天為正溫，夜間冰凍，凍融頻繁。日最低氣溫一般在－５℃以上；寒流襲擊時可降至－8～10℃，但持續時間較短。這類地區應用外加劑的主要目的是提高混凝土的早期強度，加快冬期施工進度。早期強度的提高，也起到防止凍害的作用。

（２）寒冷類：如華北地區，氣候特點是最冷月份平均氣溫在－5～15℃之間，寒流襲擊時可能降到－20～－15℃。應用外加劑的主要目的是防止凍害，其次是加速混凝土強度增長，提高施工速度。

（３）嚴寒類：如黑龍江、吉林、內蒙古、青海、新疆等地。氣候特點是最冷月份平均氣溫低于－15℃，寒流襲擊時，日最低氣溫度－20℃以下。這類地區混凝土冬期施工中遇到的主要問題是凍害，防止凍害，提高冬施混凝土工程質量，是嚴寒類地區應用外加劑的主要目的。

混凝土冬期施工用外加劑可按以下施工方法選用：

（一）早強外加劑法

所用的外加劑應根據氣溫、對新拌混凝土及硬化混凝土的性能要求選擇。主要產品如下：

（１）高效減水劑、低引氣型高效減水劑及緩凝高效減水劑。如AF、建１型、AT及萘系高效減水劑等，適用于養護溫度０℃以上的混凝土施工。它可顯著地改善混凝土的可泵性，減少用水量，提高混凝土的早期強度和后期強度，以較低標準與水泥配制較高強度混凝土，提高抗滲性、抗凍性等。

（２）早強劑、早強減水劑。如金星３型、早強減水劑（主要成分是木鈣及硫酸鈉），ＮＣ、金星２型等早強劑（主要成分是糖鈣及硫酸鈉），適用于日最低氣溫－5℃以上施工的混凝土。在０℃左右的環境下，齡期7～10ｄ的強度達設計強度的70％，后期強度、抗滲性等有所提高。

（３）早強高效減水劑。如Ｓ型、金星４型，主要成分是高效減水劑及硫酸鈉，適用于日最低氣溫－5℃，在長江中下游等地區適用于日最低氣溫－１０℃的混凝土冬期施工。在０℃左右的環境下，齡期５～7ｄ的混凝土強度達設計強度的70％，后期強度、抗滲性、耐久性等顯著提高，并可提高混凝土的和易性。

（二）綜合蓄熱法

適用的外加劑可用早強外加劑或防凍劑，早強外加劑有高效減水劑、早強劑、早強減水劑及早強高效減水劑。防凍劑多是無氯鹽類復合防凍劑。

（三）熱養護早強外加劑法

混凝土早期在正溫下水化硬化，故適用的外加劑同早強外加劑法，即高效減水劑、早強劑及早強減水劑、早強高效減水劑。熱養護早強外加劑法經常誤用防凍劑。防凍劑的功能是降低水的冰點，使水泥負溫下水化硬化。在正溫下應用防凍劑就沒有意義，有時還會使后期強度和耐久性下降。

（四）防凍劑法

應優先選用無氯鹽類復合防凍劑，由高效減水劑組分、防凍組分、早期組分、引氣組分等組成，具有摻量少、抗凍害功效高，混凝土后期性能稍有改善的特點。這種多功能的高效防凍劑克服了普通防凍劑摻量高、混凝土后期強度和耐久性下降的弊端。

二、施工技術

冬期施工所用外加劑與使用的施工方法有直接關系。

（一）早強外加劑法

早強外加劑法，即在拌制過程中加入適宜的早強型外加劑，提高混凝土早期強度及避免混凝土凍害的冬期施工方法。該方法對混凝土原材料不作任何預熱處理，并按常規方法養護，即不作任何加熱及專門的保溫措施。

早強外加劑法具有施工簡便、節能、摻量少、經濟效益顯著的特點，混凝土的早期強度顯著提高，后期性能改善，對鋼筋無銹蝕危害，同時可改善和易性及節省水泥等。該方法適于低溫類地區，已在長江中下游地區得到普遍推廣應用。

（二）蓄熱外加劑法（綜合蓄熱法）

蓄熱外加劑法是蓄熱法和外加劑法相結合的冬期施工方法。即在混凝土攪拌過程中加入適宜的外加劑（早強外加劑或防凍劑），對拌合水預先加熱（必要時對砂子也加熱），混凝土入模溫度高于＋10℃，澆筑的混凝土用保溫材料覆蓋。

使用早強外加劑的綜合蓄熱法保持了早強外加劑法簡便、節能、經濟效益顯著的特點，而且可延伸到寒冷類地區應用。它可進一步加速混凝土早期強度增長，加速模板周圍及縮短生產周期。使用防凍劑的綜合蓄熱法可使寒冷類地區的混凝土在正溫下獲得較高的初期強度，有較多的自由水變為結合水，迅速達到抗凍臨界強度，確保在負溫下免受凍害。該方法保持了防凍劑法的優點，并使防凍劑法更趨安全、穩妥、可靠，而且可進一步減少防凍劑摻量。缺點是對原料（一般是對拌合水）要進行預熱處理。

（三）熱養護早強外加劑法

熱養護早強外加劑法是在混凝土攪拌過程中加入適宜的早強型外加劑，養護期間利用暖棚法、蒸汽加熱法、電加熱法等措施，使混凝土在正溫條件下達到預期強度。該方法不僅適用于低溫類地區，也適用于寒冷類及嚴寒類地區。它保持了早強外加劑法摻量少、混凝土早期強度發展快、后期性能提高及改善施工和易性的優點。缺點是養護期間需熱處理，能耗較高。

（四）防凍劑法（冷混凝土法）

防凍劑法是在混凝土攪拌過程中加入適宜的防凍劑，在負溫條件下能使水泥水化，在一定的負溫養護時間內達到預期強度的冬期施工方法。該方法又名負溫混凝土法，即只要保證混凝土入模溫度不低于＋5℃，可不對原材料作預熱處理，養護時只作常規的覆蓋（如蓋1～2層草袋），不作專門的保溫及加熱處理。該方法具有簡便、節能、經濟的特點，適用于寒冷類及嚴寒類地區的冬期施工。

三、質量控制

（一）原材料

（１）水泥：冬期施工混凝土應盡量選用硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥，強度等級不低于32.5，用量不少于300kg/ｍ³。避免用礦渣硅酸鹽水泥或粉煤灰硅酸鹽水泥，在不得不選用后者時，應當注意同時使用優質早強型防凍劑。冬期施工可選用早強硫鋁酸鹽水泥，冬期大體積混凝土也可以采用普通硅酸鹽水泥，但應避免使用Ｒ型早強水泥，嚴禁使用高鋁水泥。

（２）集料：集料是混凝土的基本材料，其用量大、產地廣。采用優質的集料是配制優良混凝土的重要條件，因此應嚴格控制集料的質量。冬期施工中，對集料除要求沒有冰塊、雪團外，還要求清潔、級配良好、質地堅硬，不應含有易被凍壞的礦物。摻外加劑混凝土含鉀鈉離子多時，集料中不應含有活性氧化硅（蛋白石、玉髓等），以避免產生堿集料反應。防凍劑含堿量參見表１。混凝土中含堿量超過允許值，同時混凝土用于受潮濕的部位時，對集料實際含堿量最好進行堿活性檢驗，不使用有堿活性集料。在混凝土中摻入活性混合材，如粉煤灰、超細沸石粉、硅灰等。

表１　防凍劑的含堿量

（３）拌合水：拌合水中不得含有導致延緩水泥正常凝結硬化及引起鋼筋和混凝土腐蝕的離子。凡是一般飲用的自來水及潔凈的天然水，都可以作為拌制混凝土用水。但污水、工業廢水及pH值小的酸性水和硫酸鹽含量（按SO₃計）超過１％的水，不得用于混凝土中；海水不得用于鋼筋混凝土和預應力混凝土結構中。

（４）保溫材料：冬期施工所用保溫材料，應根據工程類型、結構特點、施工條件和當地氣溫情況選用。一般應就地取材，綜合利用。選擇的保溫材料，導熱系數要小，密封性好，堅固耐用，防風防潮，價格低廉，重量輕，便于搬運和支設，能夠多次重復使用。保溫材料必須保持干燥，含水量對導熱系數影響很大，因此保溫材料特別要加強堆放管理，注意不與冰雪混雜在一起堆放。

（５）外加劑：①冬期施工首先選用與澆筑時預計環境溫度及施工方法相適應的早強外加劑或防凍劑。在日最低氣溫為－５℃，混凝土采用一層塑料薄膜和兩層草袋或其他代用晶覆蓋養護時，可采用早強劑減水劑代替防凍劑；在日最低氣溫為－10℃、－15℃、－20℃，采用上述保溫措施時，可分別采用規定溫度為－5℃、－10℃和－15℃的防凍劑。盡量選用復合減水、引氣成分的防凍劑，但含氣量不宜超過４％，按《混凝土防凍劑》（JC475—2004）的要求，查驗說明書、質保書等文件，查明其主要成分、堿含量、適用規定溫度及適宜摻量。硝酸鹽、亞硝酸鹽及碳酸鹽作防凍組分的防凍劑均不宜用于有鍍鋅鋼埋件、鋁埋件的鋼筋混凝土。飲水工程及食品工程用的混凝土不得選用鉻鹽早強劑、亞硝酸鹽和硝酸鹽防凍組分的防凍劑。居住及商用建筑宜選用不含尿素防凍組分的外加劑，若選用了含氨類物質的防凍劑應根據《混凝土外加劑釋放氨的限量》（GB18588—2001）進行測定和判斷，釋放氨量必須小于或等于0.10％；②配制復合防凍劑前，應測定防凍劑各組分的有效成分、水分及不溶物的含量，配制時應按有效固體含量計算。防凍劑與其他外加劑一起使用時要進行相容性檢驗，與減水劑或泵送劑一起使用要先模擬實際條件試驗，合格后才能用于生產。配制復合防凍劑溶液時，應攪拌均勻；如有結晶或沉淀等現象，應分別配制溶液，并分別加入攪拌機，例如：氯化鈣、硝酸鈣、亞硝酸鈣溶液不可與硫酸鈉共混。復合劑以溶液形式供應時，不能有沉淀存在，不能有懸浮物、絮凝物存在。貯存液體防凍劑的設備應有保溫措施。氯化鈣與引氣劑或引氣減水劑復合使用時，應先加入引氣劑或引氣減水劑，經攪拌后，再加入氯化鈣溶液；鈣鹽與硫酸鹽復合使用時，先加入鈣鹽溶液，經攪拌后再加入硫酸鹽溶液。以粉劑直接加入的防凍劑，如有受潮結塊，應磨碎通過0.63mm的篩后方可使用。

（二）混凝土配合比

摻引氣組分防凍劑混凝土的砂率，比不摻外加劑混凝土的砂率可降低２％～３％；Ｃ20混凝土的水灰比宜采用0.50０～0.60，Ｃ40混凝土的水灰比宜采用0.35～0.45；Ｃ20混凝土的水泥用量不宜低于300kg/ｍ³，Ｃ40混凝土不宜低于450kg/ｍ³。重要承重結構、薄壁結構的混凝土可增加１０％的水泥。大體積混凝土的最少水泥用量應根據實際情況而定。長期處于潮濕和嚴寒環境中混凝土的最小含氣量應符合表２要求。有抗凍性要求的混凝土最大水灰比應符合表３的要求。

表２　含氣量要求

表３　抗凍混凝土的最大水灰比

（三）施工

（１）摻防凍劑混凝土用的原材料，應根據不的氣溫按下列方法進行加熱：

①水泥不得直接加熱，也不得與80℃以上的水直接接觸，使用前宜運入暖棚內存放。

②氣溫低于－５℃時，可用熱水拌合混凝土；水溫高于65℃時，熱水應先與集料拌合，再加入水泥。

③氣溫低于－10℃時，集料可移入暖棚或采取加熱措施。集料凍結成塊時須加熱，加熱溫度不得高于60℃，并應避免灼燒。用蒸汽直接加熱集料時，帶入的水分應從拌合水中扣除。

④在自然氣溫不低于－8℃時，為減少加熱工作量，只加熱拌合水，就能滿足拌合物的溫度要求。

（２）摻防凍劑混凝土攪拌時，應按下列要求進行：

防凍劑為粉劑時，可按要求摻量直接加入水泥中；防凍劑為液體防凍時，應配成施工所用濃度的溶液，每班使用的外加劑溶液應一次配成。防凍劑溶液應有專人配制，嚴格掌握防凍劑的摻量并做好記錄，隨時測定溶液溫度和密度以確定溶液的濃度。嚴格控制水灰比，由集料帶入的水及防凍劑溶液中的水，應從拌合水中扣除。攪拌前，用熱水或蒸汽沖洗攪拌機，攪拌時間比常溫延長50％。摻防凍劑混凝土拌合物的出機溫度，嚴寒地區不得低于15℃；寒冷地區不得低于10℃。入模溫度，嚴寒地區不得低于10℃，寒冷地區不得低于５℃。

（３）摻防凍劑混凝土的運輸及澆筑要求，應與不摻外加劑的混凝土相同，并應符合下列規定：混凝土在澆筑前，應清除模板和鋼筋上的冰雪和污垢，但不得用蒸汽直接融化冰雪，以免再度結冰；混凝土運至澆筑處，應在15min內澆筑完畢，澆筑完畢后在混凝土的外露表面，應用塑料薄膜及保溫材料覆蓋。

（４）摻防凍劑混凝土的養護：

在負溫條件下養護，不得澆水，外露表面必須覆蓋；初期養護在達到臨界強度之前，溫度不得低于防凍劑的規定溫度，否則應加強保溫措施；氣溫不低于－15℃時，混凝土受凍臨界強度不得小于0.4MPa，氣溫不低于－30℃時，不得小于0.5MPa。

拆模后混凝土的表面溫度與環境溫度之差大于15℃時，應采用保溫材料覆蓋養護。負溫混凝土的最短養護時間見表４。

表４　負溫混凝土最短養護時間

混凝土需達到一定強度后才允許拆模，對不同部位混凝土結構的拆模強度限制可見表５。

表５　拆模所需混凝土強度達設計強度的百分數％

（５）混凝土的溫度測量：混凝土澆筑后，在結構最薄弱和易受凍的部位，應加強保溫防凍措施，并應布置測溫點測定混凝土的溫度。測溫點的埋入深度應為20～30ｍｍ，在達到抗凍臨界強度前應每隔２h測定一次，以后每隔６ｈ測定一次，并應同時測定環境溫度。

（６）摻防凍劑混凝土的質量，應滿足設計要求，并應按下面的方法進行檢驗：應在澆筑地點制作一定數量的混凝土試件進行強度試驗。其中一組試件應在標準養護條件下養護，其余放置在與工程相同條件下養護（最好放在易于受凍的部位）。除按規定齡期試壓外，在達到抗凍臨界強度時，拆模前及拆除支撐前應進行試壓。

試件不得在凍結狀態下試壓，100ｍｍ立方體試件，應在15～200℃室內解凍３～４ｈ或浸入100℃的水中解凍3ｈ；150ｍｍ立方體試件，應在15～20℃室內解凍5～6ｈ或浸入10℃的水中解凍6ｈ，試件擦干后試壓。

檢驗抗凍、抗滲所用試件，應與工程同條件養護28ｄ后，再按標準養護28ｄ后進行抗凍或抗滲試驗。含氣量、減水率、凝結時間試驗，可按常規方法進行。