0引言
南京市位于长江下游的平原地带，属北亚热带季风气候，夏热冬冷，气候特征明显。一般从11月中旬进入冬季，周期性地受到北方冷空气的侵袭，12月～2月份平均气温在5℃左右。冬季日平均气温≤0℃的时间为10d～30d，日最低气温-5℃左右(强寒流入侵时可达-8℃～-12℃)。昼夜温差大，日最低气温出现在凌晨4点至7点，白天迅速回升，下午2点至4点达到最高峰；日最低气温≤0℃时，夜间冰冻，白天融化，周而复始，冻融频繁。
南京冬季的气候特征，使得很多施工单位对冬季施工措施不重视，往往造成混凝土早期强度低，当寒流入侵时易致使新浇筑的混凝土遭受冻害，由于夜冻昼融反复进行，其冻害比北方寒冷地区更严重。
1工程概况及事故分析
南京某保障房C片区01幢住宅采用钢筋混凝土剪力墙结构，设计为地下2层，地上34层；其中1层架空，分为东西2个独立的对称结构单元。该工程于年4月9日开工建设，至年12月29日开始浇筑东单元31层梁、顶板及混凝土墙体。
该层混凝土浇筑前后，施工单位未采取有效的冬季施工措施，仅在12月30日下午对楼板进行了部分覆盖。年1月10日，在拆除该层楼板底模过程中发现梁、板底部大面积蜂窝、麻面、露筋，混凝土表面酥松易剥离脱落，部分板底及梁侧面有冰纹，涉及面积约㎡。
查看施工日志及当地气象记录发现：此部分混凝土浇筑时间为29日11:00至19:30，浇筑时为小雨夹雪天气并伴有3～4级偏北风，浇筑开始时气温为3℃，傍晚开始明显降温，第二天凌晨最低温度为-6℃。
现场对有损失区域进行全面回弹检测，声音沉闷，且回弹后混凝土面上有凹痕，推定混凝土强度等级约C15～C20。
对墙体、梁板按损伤情况不同分别钻芯取样检测。损伤轻微部位的芯样表面比较光滑，水泥水化比较充分，骨料与水泥浆结合完好，但芯样两端混凝土不密实，有分层现象。损伤较重部位的芯样表面粗糙、水泥浆与粗骨料脱落严重，骨料与水泥浆结合部位有大量裂缝，芯样轻微敲击即呈粉碎状。
损伤严重部位板芯取样后基本碎断，骨料与水泥浆分离，水泥水化不充分，部分骨料表面有明显结冰痕迹。凿除剪力墙侧边的楼板后，发现上下层剪力墙在楼板交界夹层处的混凝土色泽灰黑，部分呈碎屑状，较为松软。可以判定该区域混凝土已经遭受冻害，见图1、图2。
2混凝土冻害机理及影响混凝土抗冻性的主要因素
2.1冻害机理
混凝土的冻融破坏机理研究始于20世纪30年代，年美国混凝土专家T.C.Powers等人从混凝土亚微观层次入手，分析了孔隙水对孔壁的作用，提出了静水压理论和渗透压理论。20世纪70年代后混凝土的冻融破坏机理得到更广泛和深入的研究，提出了水的离析成层理论、充水系数理论、临界饱水值理论、现象学理论等多种理论，但目前公认程度较高的，仍是静水压理论和渗透压理论。
2.1.1静水压理论
混凝土在潮湿条件下，毛细孔会吸满水，在低温下，毛细孔中的水冻结成冰，体积膨胀约9%，如果混凝土毛细孔中含水率超过某一临界值（91.7%），孔壁将会受到很大的压力，进而在孔周围的微观结构中产生拉应力，导致裂缝的产生。
2.1.2渗透压理论
由于表面张力的作用，水泥净浆毛细孔中水的冰点会随着孔径的减小而降低，从而在粗孔中的水结冰后，由冰和过冷水（存在于较细孔和胶凝孔中）的饱和蒸汽压差和过冷水之间盐分的浓度差引起水分的迁移而形成渗透压。当混凝土内部空隙承受的这些力超过其抗拉强度时，就会在混凝土的表面产生裂缝。
2.2影响混凝土抗冻性的主要因素
混凝土的抗冻是指混凝土抵抗冻融循环的能力，是评价严寒地区混凝土结构耐久性的重要指标之一。混凝土抗冻性与诸多因素有关,主要有：
(1)水灰比
水灰比是混凝土配合比设计的一个重要参数，它的变化直接影响混凝土的孔隙率及孔结构，进而影响抗冻性。随着水灰比的增大,不饱和水的开孔总体积增加，而且平均孔径也增大,因而混凝土的抗冻性必然降低。
(2)含气量
掺入引气剂可以在混凝土中引入大量均匀、稳定而封闭的微小气泡，这些互不连通的微细气孔在混凝土受冻初期能使毛细孔中的静水压力减少，起到减压作用。在混凝土受冻结冰过程中这些孔隙可阻止或抑制水泥浆中微小冰体的生成。试验表明，使混凝土具有较好的抗冻性的最佳含气量约为5%～6%。
(3)混凝土受冻龄期
混凝土的抗冻性随其龄期的增大而提高。因为龄期越长水泥水化越充分，混凝土强度越高，抵抗膨胀的能力越大，这一点对早期受冻的混凝土更为重要。
(4)水泥品种
水泥品种不同，则熟料部分的相对体积和硬化速度有所不同，混凝土的抗冻性随水泥活性增高而提高。
(5)外加剂及掺合料
减水剂可以大幅度减少用水量降低混凝土的水灰比，细化毛细管，减小毛细管内饱和蒸气压提高混凝土的抗冻性。早强剂使混凝土在早期具有较高强度，而其中的电介质使毛细管内水过饱和降低冰点，可以抵御初期受冻。
矿物掺合料，如粉煤灰、硅灰等，可以改善孔结构，使孔细化，导致冰点降低，使冻孔数量减少。适量的矿物掺合料，有利于气泡分散，使其更加均匀地分布在混凝土中，因而有利于提高混凝土的抗冻性。
3加固处理方案
由于受冻后的混凝土强度低、耐久性差，且部分区域严重损伤，已经不能满足使用的安全性和可靠性，必须采取加固处理措施。从现场情况来看，本层上下层混凝土质量完好，本层剪力墙也未冻损；冻害集中在南侧大开间楼板及相邻上下层剪力墙与楼板交界夹层处，以及部分楼层梁下部。在综合考虑工期、经济性、社会影响等因素后确定加固处理方案如下：
（1）对30层、31层的楼板搭设钢管支撑，对上层施工时的荷载进行有效卸载；用模板、彩条布封闭本层周边门窗孔洞，增加楼内的环境温度；
（2)对剪力墙与楼板交界夹层处采用内外墙两部分、4批循环凿除并用C60高强灌浆料置换。第一批进行每一片内墙中间区域的夹层处受冻混凝土的凿除并用无收缩高强灌浆料置换。2d后灌浆料抗压强度大于30MPa，进行第二轮每片外墙中间区域夹层处的凿除和置换。分别间隔2d后进行第三轮内墙两端区域夹层处的凿除和置换，和第四轮外墙两端区域夹层处的凿除置换。
（3）凿除受冻严重区域的所有梁板、重新支模，整理钢筋后一次浇筑。混凝土中添加抗冻剂，浇筑后采用草袋和塑料膜覆盖保温。
（4）对少量混凝土楼板仅板底轻微冻伤（冻伤深度15mm以内）的处理。凿除楼板面层冻损部分并冲洗干净，采用环氧树脂灌注至板底5mm，最后进行面层装饰处理。
加固处理，自1月21日开始实施，2月4日结束。3月7日拆模，返工处理的混凝土观感质量良好，混凝土28d试块强度符合设计和规范要求。对后浇筑楼板进行堆载试验，堆载量为kg/m2。1周后检测，楼板混凝土无裂缝、变形满足规范要求。
4结语
混凝土楼板一个方向的尺度较小，两侧面暴露，在不采取可靠冬季施工养护措施的情况下，幼龄期的混凝土楼板容易受到严重冻害。南京地区冬季没有北方那么寒冷，且北方的冬季施工措施成本较高，造成了不少施工单位对南京冬季施工措施的忽视。可以通过选用合适的水泥品种、掺加外加剂、控制水灰比及浇筑后的保温养护等措施，既能满足工程质量安全可靠又具有一定的经济性。