新浇混凝土冻害温度?

评估受冻的严重程度，在混凝土中游离的水结冰体积膨胀会破坏混凝土的组织结构，这部分是不可逆的，必需清除干净。
在低温中没有结冰的混凝土仅是强度增长受到影响，在后期加强养护中仍可增长到设计强度。这部分可以保留。
两者之间用高标号砂浆加以衔接，但要注意所在位置，做法和施工缝处理相同。

混凝土冬季施工的一般原理
混凝土拌和物浇灌后之所以能逐渐凝结和硬化，直至获得最终强度，是由于水泥水化作用的结果。而水泥水化作用的速度除与混凝土本身组成材料和配合比有关外，主要是随着温度的高低而变化的。当温度升高时，水化作用加快，强度增长也较快；而当温度降低到0℃时，存在于混凝土中的水有一部分开始结冰，逐渐由液相（水）变为固相（水）。这时参与水泥水化作用的水减少了，因此，水化作用减慢，强度增长相应较慢。温度继续下降，当存在于混凝土中的水完全变成冰，也就是完全由液相变为固相时，水泥水化作用基本停止，此时强度就不再增长。
水变成冰后，体积约增大9%，同时产生约2500千克每平方厘米的冰胀应力。这个应力值常常大于水泥石内部形成的初期强度值，使混凝土受到不同程度的破坏（即旱期受冻破坏）而降低强度。此外，当水变成冰后，还会在骨料和钢筋表面上产生颗粒较大的冰凌，减弱水泥浆与骨料和钢筋的粘结力，从而影响混凝土的抗压强度。当冰凌融化后，又会在混凝土内部形成各种各样的空隙，而降低混凝土的密实性及耐久性。
由此可见，在冬季混凝土施工中，水的形态变化是影响混凝土强度增长的关键。国内外许多学者对水在混凝土中的形态进行大量的试验研究结果表明，新浇混凝土在冻结前有一段预养期，可以增加其内部液相，减少固相，加速水泥的水化作用。试验研究还表明，混凝土受冻前预养期愈长，强度损失愈小。
混凝土化冻后（即处在正常温度条件下）继续养护，其强度还会增长，不过增长的幅度大小不一。对于预养期长，获得初期强度较高（如达到R28的35%）的混凝土受冻后，后期强度几乎没有损失。而对于安全预养期短，获得初期强度比较低的混凝土受冻后，后期强度都有不同程度的损失。
由此可见，混凝土冻结前，要使其在正常温度下有一段预养期，以加速水泥的水化作用，使混凝土获得不遭受冻害的最低强度，一般称临界强度，即可达到预期效果。对于临界强度，各国规定取值不等，我国规定为不低于设计标号的30%，也不得低于35千克每平方厘米。

混凝土冬季施工方法的选择
从上述分析可以知道，在冬季混凝土施工中，主要解决三个问题：一是如何确定混凝土最短的养护龄期，二是如何防止混凝土早期冻害，三是如何保证混凝土后期强度和耐久性满足要求。在实际工程中，要根据施工时的气温情况，工程结构状况（工程量、结构厚大程度与外露情况），工期紧迫程度，水泥的品种及价格，早强剂、减少剂、抗冻剂的性能及价格，保温材料的性能及价格，热源的条件等，来选择合理的施工方法。一般来说，对于同一个工程，可以有若干个不同的冬季施工方案。一个理想的方案，应当用最短的工期、最低的施工费用，来获得最优良的工程质量，也就是工期、费用、质量最佳化。目前，基本上采用以下4种方法。

调整配合比方法
主要适用于在0℃左右的混凝土施工。具体做法：①选择适当品种的水泥是提高混凝土抗冻的重要手段。试验结果表明，应使用早强硅酸盐水泥。该水泥水化热较大，且在早期放出强度最高，一般3天抗压强度大约相当于普通硅水泥7天的强度，效果较明显。②尽量降低水灰比，稍增水泥用量，从而增加水化热量，缩短达到龄期强度的时间。③掺用引气剂。在保持混凝土配合比不变的情况下，加入引气剂后生成的气泡，相应增加了水泥浆的体积，提高拌和物的流动性，改善其粘聚性及保水性，缓冲混凝土内水结冰所产生的水压力，提高混凝土的抗冻性。④掺加早强外加剂，缩短混凝土的凝结时间，提高早期强度。应用较普遍的有硫酸钠（掺用水泥用量的2%）和MS—F复合早强试水剂（掺水泥用量的5%）。⑤选择颗粒硬度高和缝隙少的集料，使其热膨胀系数和周围砂浆膨胀系数相近。

蓄热法
主要用于气温—10℃左右，结构比较厚大的工程。做法是：对原材料（水、砂、石）进行加热，使混凝土在搅拌、运输和浇灌以后，还储备有相当的热量，以使水泥水化放热较快，并加强对混凝土的保温，以保证在温度降到0℃以前使新浇混凝土具有足够的抗冻能力。此法工艺简单，施工费用不多，但要注意内部保温，避免角部与外露表面受冻，且要延长养护龄期。

外部加热法
主要用于气温—10℃以上，而构件并不厚大的工程。通过加热混凝土构件周围的空气，将热量传给混凝土，或直接对混凝土加热，使混凝土处于正温条件下能正常硬化。①火炉加热。一般在较小的工地使用，方法简单，但室内温度不高，比较干燥，且放出的二氧化碳会使新浇混凝土表面碳化，影响质量。②蒸气加热。用蒸气使混凝土在湿热条件下硬化。此法较易控制，加热温度均匀。但因其需专门的锅炉设备，费用较高。且热损失较大，劳动条件亦不理想。③电加热。将钢筋作为电极，或将电热器贴在混凝土表面，便电能变为热能，以提高混凝土的温度。此法简单方便，热损失较少，易控制，不足之处是电能消耗量大。④红外线加热。以高温电加热器或气体红外线发生器，对混凝土进行密封幅射加热。

抗冻外加剂
在—10℃以上的气温中，对混凝土拌和物掺加一种能降低水的冰点的化学剂，使混凝土在负温下仍处于液相状态，水化作用能继续进行，从而使混凝土强度继续增长。目前常用有氧化钙、氯化钠等单抗冻剂及亚硝酸钠加氯化钠复合抗冻剂。
上述4种冬季施工方法都有利有弊，其适用范围都受一定条件的制约。应根据工地现有条件，采用一种或两种以上施工方法结合作用。

当环境温度降到0 ℃左右时，混凝土施工要采取一些特殊的技术措施，这是施工界的常识。如何针对冻害原因制订施工措施并不是一个简单的问题。下面试结合具体工作中的一些经验，并参考相关文献，提出几点看法。混凝土的冬施措施有很多，华北地区常用的是综合蓄热法， 下面结合冻害原因重点探讨一下综合蓄热法的防冻机理。

1 抗冻临界强度
1. 1 　在冬季施工时，当混凝土强度达到某一界限值时，由于结构已初步形成，具备了抵抗冻胀破坏的能力，混凝土再受冻亦不会被冻坏，这一强度称做混凝土的抗冻临界强度。抗冻临界强度的提出是混凝土冬季施工理论的一个重大突破，也是制订混凝土冬施措施的重要依据。混凝土冬季施工的关键就是要使混凝土尽快达到抗冻临界强度。
1. 2 　大量试验和实践表明，混凝土抗冻临界强度与水泥品种、水灰比、降温速率等多种因素有关，且素混凝土和掺防冻剂混凝土的抗冻临界强度亦不相同，其值可按规范确定。一般说来，掺防冻剂后混凝土的抗冻临界强度略低一些(相对空白) ，这是因为混凝土掺防冻剂后其含水量减小、冰晶变的较为分散软弱且减弱了冻胀效果的缘故。

2　防冻剂的防冻原理
防冻剂是根据混凝土冻害机理，结合抗冻临界强度、最优成冰率、冰晶形态转化等理论，并总结长期冬季施工实践研制的，一般由四种成分组成，其作用分述如下：
2. 1　早强成分
强度后才能进行下一道工序的施工。在混凝土终凝初期应避免施工荷载对楼板产生较大的振动。主要作用是加速混凝土的凝结硬化，使之尽快达到抗冻临界强度；在达到临界强度以后，能加快混凝土硬化速度，克服负温、低温造成的强度增长缓慢现象。
2. 2　引气成分
在混凝土体内引入微米级的细小气泡(有益气泡) ，其作用：
1) 切割、封闭混凝土内的连通孔道(有害孔道) ，减轻冻胀时的裂纹扩展；
2) 引入的大量气泡起到膨胀“缓冲器”的作用，吸收冰晶膨胀应力，减轻冻害。在混凝土内引入气体3. 5 % ，可消化6. 6 %的体积膨胀，在成龄阶段，可起到提高抗冻融能力、改善耐久性的作用。
2. 3　减水成分
其作用：1) 减少拌合水，从而减少游离水总量，从根本上减少可冻冰的含量(但亦应保持一定含冰率) ，消除冻胀内因；2) 通过减水成分的分散作用，释放包裹水，消除劣质水泡，使粗大冰晶转化为细小冰晶，优化水泥水化环境，减轻胀冻压力。
2. 4　防冻成分
多为一些有降低冰点作用的无机盐，作用可概括如下:掺防冻组份(以NaNO2 ，掺2 %为例) 的水溶液冰点约为- 1. 5 ℃，当温度降到- 1. 5 ℃时，孔隙内临近受冻侧的游离水开始结冰，冰体内无机盐部分析出，剩余游离水中盐的浓度变大(冰点进一步降低) ；当温度继续下降(如降到- 5 ℃) ，又有临近受冻侧游离水部分结冰，剩余游离水浓度继续增大..，持续这一过程，直到亚硝
酸钠最低共溶点出现，孔内全部游离水结成冰。由此可见，防冻成分的作用是在连续降温过程中保持混凝土体内始终有一定的液相水存在(过冷水) ，使水泥水化能持续进行(尽管此时水化速度已较常温大为减慢) 。
由此可见:防冻剂的防冻机理是综合性的，是多种效果的综合体现。世界上并不存在某种一掺就灵的防冻剂，“防冻”只是最终的效果，它是通过早强、引气、减水、防冻等因素共同作用而实现的。而且防冻剂的使用效果与工程的施工情况也有关系，所以说混凝土的冬季施工是一个典型的系统工程，必须通盘考虑。

3　防冻剂的正确使用
3. 1　正确理解“使用温度”
任何一种符合标准的防冻剂产品，都有一个明确的“使用温度”(如- 15 ℃、- 20 ℃) ，说使用温度就是“允许混凝土施工的温度”并不错误，但应着重与混凝土抗冻临界强度联系起来理解，即在环境温度降到外加剂“使用温度”前，混凝土必须达到抗冻临界强度，这样混凝土才是安全的，否则混凝土有可能被冻坏。混凝土的使用温度越低，说明该防冻剂的防冻效果越好，混凝土越有更多的时间(含负温区) 来增长强度，从而达到抗冻临界强度的可能性大大增加。
目前国内生产的混凝土防冻剂的使用温度多在- 10 ℃～ - 15 ℃之间(可适用于日最低- 15 ℃～ - 20 ℃的情况) ，温度再低，防冻剂配方设计难度越大，不确定因素也增加，从这个角度讲，多数情况下没有必要非得要求防冻剂的使用温度一定低于施工时的最低环境温度，关键是必须在温度降到防冻剂使用温度前就使混凝土达到抗冻临界强度。
3. 2　采取覆盖保温措施
综合蓄热法的基本做法是覆盖加掺防冻剂，必要时对水和砂石料进行加热。覆盖的作用是使水泥水化热量和原材料加热热量留在混凝土内部的时间长一些，尽量延长水泥正温水化时间， 这一点非常重要。保温做得越好，混凝土降到外加剂“使用温度” 的时间越长，越有时间达到抗冻临界强度。为达到这个效果，覆盖材料的种类和厚度应结合外加剂的使用温度、抗冻临界强度、环境温度等因素通过热工计算确定。
3. 3　搞好施工组织
防冻剂的使用效果必须通过良好的搅拌、振捣来实现，搅拌延长30 min 是为了使外加剂更充分的混合，外加剂搅拌不匀甚至会引发事故。再者防冻剂有一个最佳搅拌时间和最佳振捣时间问题，过度会使其中的引气量减小，不足又会使其中的气泡分布不均甚至产生粗大劣质气泡，这些都会对防冻不利。此外，最大限度缩短运送距离，搅拌站搭设保温棚，输送管外裹保温套，架子车覆盖保温被，工序衔接紧凑等措施都是为了提高混凝土的入模温度，延长正温养护时间，尽快达到抗冻临界强度。
3. 4　热工计算
热工计算主要参照湖南大学吴震东提出的“吴震东公式”进行，它有多方面的用途，在华北地区主要用来做验证性计算。要点是:
1) 根据原材料和环境温度计算混凝土的入模温度， T ；
2) 计算混凝土由此温度降至防冻剂规定温度所需的时间，h ；
3) 根据成熟度公式计算在上述养护时间内混凝土能达到的强度，MPa ；
4) 比较该强度是否大于抗冻临界强度，确定冬施方案是否可行；
5) 施工时留置同条件试块，在环境温度降至防冻剂使用温度的前1 d 检验其实际强度，看是否达到抗冻临界强度。
3. 5　掌握防冻剂掺量
有人将说明书上的掺量视为基准掺量，施工时根据实际温度上下调整，这种做法是冒险的。一般地，比较正规的防冻剂产品在配方设计时掺量与使用温度都是一一对应的，不存在调整问题。防冻剂的多数组份都有最优掺量问题，适用范围十分狭窄，掺量与功效并非线性关系。比如将3 %掺为4 %，各组份将都增加33 %，很可能造成因含气量增加导致强度下降(约5 %～10 %) ； 因Na2SO4 、NaNO3 增加致使碱含量增高而对耐久性不利。若由3 %变成2 % ，则功效肯定不是减少33 %的问题，而是更多。不仅防冻剂，其他外加剂亦是如此。