柴茂林

摘? 要：本課題以青海花石峽至久治高速公路10標項目為依托，對高原高寒地區(qū)混凝土冬季施工技術進行研究，提出包含配合比確定、外加劑（防凍劑）選用、原材料預熱、混凝土運輸保溫、混凝土澆筑溫度控制和保溫養(yǎng)護在內的施工技術，旨在為實際施工提供技術參考，保證施工質量。

關鍵詞：高原高寒地區(qū);冬季施工;混凝土施工

中圖分類號：TU755.8? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2020）07-0154-03

Abstract： Based on the 10th Standard Project of Huashixia-Jiuzhi Expressway in Qinghai Province， this paper studies the winter construction technology of concrete in the alpine area of the plateau. This paper puts forward the construction technology including determination of mix ratio， selection of admixture （antifreeze）， preheating of raw materials， concrete transportation and heat preservation， concrete pouring temperature control and heat preservation maintenance， in order to provide technical reference for actual construction and ensure construction quality.

Keywords： plateau cold area; winter construction; concrete construction

如今的公路橋隧工程建設地區(qū)條件越來越復雜，尤其是在高原高寒地區(qū)中，如果控制不到位，將使混凝土受凍而產生凍害，產生質量問題甚至是事故。因此，在這種復雜條件下，應選擇合理可行的施工技術措施。

1 高原高寒地區(qū)冬季混凝土施工配合比確定

低溫條件下混凝土受凍產生機理為混凝土中的水凍結導致體積增加，使結構破壞。對此，在高原高寒地區(qū)冬季混凝土施工中，必須高度重視水灰比控制。實踐表明，當水灰比降低時，混凝土自身抗凍性增強?，F(xiàn)行的施工規(guī)程規(guī)定冬季施工中水灰比應控制在0.55以內，工程實踐中，實際水灰比應比這一規(guī)定值低很多。為了使混凝土具有良好坍落度，當施工在高原高寒地區(qū)的冬季進行時，需要添加一定量減水劑，以此降低混凝土的水灰比[1]。

對0.40、0.44與0.48三種水灰比的混凝土實施抗凍性能測試，測試結果為：水灰比為0.40的混凝土，其水泥用量350kg/m3、水用量140kg/m3、砂用量724kg/m3、粗骨料用量1183kg/m3、減水劑用量1.1%，經(jīng)測試，其200次凍融循環(huán)后，抗壓強度為47.1MPa;水灰比為0.44的混凝土，其水泥用量350kg/m3、水用量154kg/m3、砂用量720kg/m3、粗骨料用量1176kg/m3、減水劑用量0.67%，經(jīng)測試，其200次凍融循環(huán)后，抗壓強度為38.2MPa;水灰比為0.48的混凝土，其水泥用量350kg/m3、水用量168kg/m3、砂用量715.2kg/m3、粗骨料用量1167kg/m3、減水劑用量0.5%，經(jīng)測試，其200次凍融循環(huán)后，抗壓強度為33.6MPa。

雖然本次試驗所得抗壓強度可以達到工程設計要求，但這三種混凝土的彈性模量均不足60%，分別為52.1%、36.0%與21.2%，無法滿足在高原高寒地區(qū)冬季進行混凝土施工的要求，還要對水灰比做進一步調整[2]。

對0.36、0.39與0.42三種水灰比的混凝土實施抗凍性能測試，測試結果為：水灰比為0.36的混凝土，其水泥用量370kg/m3、水用量133kg/m3、砂用量635kg/m3、粗骨料用量1210kg/m3、減水劑用量2.96kg/m3，7d與28d抗壓強度分別為24.3MPa、39.0MPa;水灰比為0.39的混凝土，其水泥用量362kg/m3、水用量141kg/m3、砂用量640kg/m3、粗骨料用量1241kg/m3、減水劑用量2.90kg/m3，7d與28d抗壓強度分別為23.9MPa、37.5MPa;水灰比為0.42的混凝土，其水泥用量357kg/m3、水用量150kg/m3、砂用量648kg/m3、粗骨料用量1252kg/m3、減水劑用量2.86kg/m3，7d與28d抗壓強度分別為21.2MPa、36.2MPa。

以上三種混凝土的強度都可以滿足工程的設計要求，混凝土經(jīng)凍融循環(huán)后，其質量分別產生3.6%、3.9%和4.1%的損失，彈性模量均能達到60%以上，分別為81%、75%與70%。之后通過經(jīng)濟成本測算，由于水灰比為0.39的混凝土其水泥用量相對較少，具有最優(yōu)的經(jīng)濟指標，所以可將其視作最優(yōu)的選擇[3]。

資料顯示，如果水灰比在0.27以內，則混凝土中即便沒有摻加減水劑和引氣劑，它的抗凍性能依然良好。然而，在高原高寒地區(qū)冬季進行混凝土施工時，不僅要對水灰比進行嚴格控制，還應摻入適量的粉煤灰。

2 高原高寒地區(qū)冬季混凝土施工外加劑選用

在高原高寒地區(qū)冬季進行混凝土施工時，避免混凝土產生凍害的有效措施之一為保證混凝土自身早期強度，摻加外加劑則是實現(xiàn)這一目標的主要方式，尤其是在復雜的高原高寒地區(qū)。通過對外加劑的添加，首先能降低水凝結點，保證混凝土自身早期強度，減少混凝土攪拌過程中用水量，防止混凝土產生凍害，保證在高原高寒地區(qū)混凝土冬季施工的整體性;其次外加劑的摻入操作十分簡單，基本無需采用其它設施設備[4]。

高原高寒地區(qū)中，混凝土最常用也是最重要的外加劑為防凍劑，其作用原理為降低水的凝結點，確保負溫條件下混凝土中依然有足夠量的處于游離態(tài)的液相水，使水化作用能夠順利完成，防止液相水發(fā)生凝結導致水化作用終止，或對已經(jīng)成型的內部結構造成破壞。為了使混凝土中始終有足夠量促進水化作用順利完成的液相水，不僅要摻入防凍劑，還要保證其濃度滿足要求。另外也要注意，防凍劑實際濃度應伴隨外界溫度不斷降低進行適當?shù)恼{整。如今在高原高寒地區(qū)最常用的防凍劑為無機鹽類，如氯化鈉、氯化鈣、亞硝酸鈉、硝酸鈣等，其物理性能為：

（1）氯化鈉：其最低共熔點為-21.1℃，濃度為30.1g/100g水。

（2）氯化鈣：其最低共熔點為-28.0℃，濃度為78.6g/100g水。

（3）亞硝酸鈉：其最低共熔點為-19.6℃，濃度為61.3g/100g水。

（4）硝酸鈣：其最低共熔點為-28.0℃，濃度為78.6g/100g水。

3 高原高寒地區(qū)冬季混凝土施工溫度控制

3.1 原材料預熱

為使?jié)仓^程中混凝土實際溫度滿足相關規(guī)范的要求，應在拌和開始前對不同的原材料實施預熱。這一方面常用方式包括對拌和水進行加熱和對骨料進行預熱。其中，前者需設置制備大體積水罐，其容積以現(xiàn)場實際情況為依據(jù)確定，罐體材質以金屬材質為宜，若利用蒸汽進行加熱，則需在罐體外部覆蓋保溫棉，也可使用白鐵皮進行包面密封。原材料預熱方式以蒸汽加熱為主，先對工棚予以密封，再鋪設管道，充分利用蒸汽來提高原材料的溫度;另外，也可在料堆的下方采用加熱溫床，在溫床中敷設管道，同時在頂部覆蓋一層帆布，以此形成一個完全密封的空間，對原材料實施集中加熱，達到預期的加熱效果;若工棚無法密封，則可對原材料實施覆蓋堆放，在料堆的表面覆蓋一層保溫棉，同時在儲料斗中設置氣盤管，最后利用蒸汽或鍋爐高溫熱風對原材料實施加熱。為了達到要求的拌和溫度，可在暖棚內臨時存儲水泥，用電暖器對水泥進行加熱，以確保水泥始終處在正溫[5]。

3.2 運輸保溫

混凝土拌和完成后，其溫度和環(huán)境溫度之間有直接關系，熱量很容易流失，此時為了滿足澆筑施工對溫度的要求，必須對運輸環(huán)節(jié)做保溫處理?，F(xiàn)在最常用的保溫方式包括下列四種：其一，利用專門的罐車對混凝土實施運輸，罐車中的空間是一個密閉空間，和外界之間的接觸很少，可使溫度保持不變;其二，罐車罐體往往覆蓋有保溫材料，能減少運輸時溫度的降低;其三，對運輸時間進行嚴格控制，一般不能超出30min;其四，適當加熱，當使用汽車泵時，需將送料管和蒸汽管纏繞到一起進行加熱[6]。

3.3 澆筑溫度控制

澆筑施工中，混凝土將和環(huán)境產生熱交換，產生極大的熱量損失，對此，必須采取有效措施避免熱量大量流失。澆筑開始前，需要做好各項準備工作，如：對作業(yè)現(xiàn)場的冰雪進行清理;對模板外部所有保溫措施是否到位進行檢查，用鐵絲對保溫材料予以固定，避免由于保溫措施沒有到位導致混凝土受凍;在必要的情況下，還可以在模板的內部設置電暖器。在高原高寒地區(qū)冬季進行混凝土澆筑時，應盡可能縮短混凝土直接暴露于空氣的時間，對此可采用以下做法：減少同時澆筑施工作業(yè)面，采用流水作業(yè)方式對不同的部位實施澆筑;澆筑完成后立即進行振搗，并及時將混凝土表面抹平[7]。另外，還要采取有效措施進行保溫，在覆蓋一層塑料布后立即加蓋保溫篷布。在混凝土出機時，混凝土的溫度應達到15℃以上，入模時，混凝土的溫度應達到10℃以上。

3.4 保溫養(yǎng)護

高原高寒地區(qū)冬季混凝土施工中混凝土自身性能改變時間以水泥水化與硬化兩個階段為主，對此，養(yǎng)護時的保溫是對混凝土質量進行嚴格控制的關鍵。保溫養(yǎng)護方法有很多，目前較為常用的有蓄熱法、綜合蓄熱法、暖棚法與蒸汽養(yǎng)護法。

水泥發(fā)生水化反應時，將產生很大的熱能，若能在混凝土表面覆蓋一層保溫材料，則能良好的保證入模溫度，避免水化熱散失，并且保溫材料還能防止低溫侵襲，對于蓄熱法，就是指在混凝土表面加蓋適宜的保溫材料來實現(xiàn)保溫養(yǎng)護。該方法的主要優(yōu)點為工藝簡單和成本低廉，能在降低成本的同時使混凝土順利硬化，減小最終強度產生的損失，成型后的耐久性能和在常溫條件進行施工時沒有太大差距。該方法無需使用外部熱源，雖然節(jié)能環(huán)保，但強度增長速度相對較慢，所以適用于強度較高的混凝土。另外，由于該方法還會受到環(huán)境氣溫及具體工程部位等因素的影響，所以它的使用范圍并不廣泛。

對于綜合蓄熱法，它將蓄熱法作為基礎，充分利用水泥在水化反應中產生的熱量來養(yǎng)護，同時在混凝土拌和過程中摻加適量的外加劑，確?；炷量梢暂^快達到要求的臨界強度，使混凝土即便在負溫條件下也能確保強度不斷增長。該方法的主要優(yōu)勢為工藝簡單和成本低廉，而適用范圍和普通的蓄熱法基本相同。

暖棚法則和蓄熱法完全不同，它利用外部熱源使養(yǎng)護溫度升高，使混凝土可以在正溫條件下不斷增加強度。其具體做法為：在現(xiàn)場搭設暖棚，在棚內利用外部熱源進行供熱，使溫度保持在0-5℃范圍內，使混凝土處于正溫條件。通過對暖棚法的應用，能使?jié)仓宛B(yǎng)護都在正溫條件下實施，和其它季節(jié)施工沒有明顯差異，具有良好的施工作業(yè)條件，可保證正常的勞動效率;然而，該方法的成本較高，包含以下兩個方面：第一，暖棚的搭設需要使用大量材料;第二，外部熱源需要消耗大量能源。為使暖棚法的應用達到理想養(yǎng)護效果，防止由于供暖不足使棚內產生負溫，利用這一方法進行養(yǎng)護的過程中，需要在選擇適宜的測點后，按每天至少四次的頻率進行測溫，要求所有測點的實際溫度都達到5℃以上。另外，采用該方法時還應注意保持棚內濕度，以免混凝土失水[8]。

蒸汽養(yǎng)護法是指將蒸汽作為養(yǎng)護的外部熱源，向混凝土直接或間接的輸送蒸汽，使混凝土的周圍可以形成良好溫度環(huán)境，促進混凝土硬化。該方法的應用效果與水泥熟料主要礦物成分有關，適用于火山灰硅酸鹽水泥與礦渣硅酸鹽水泥;對于礬土水泥，因硬化環(huán)境溫度應控制在30℃以內，所以不建議使用這一方法;除此之外，該方法還不能使用在摻加有氯鹽與引氣劑的混凝土。該方法主要優(yōu)點為蒸汽具有很高的含熱量，且濕度也很大，成本低，不容易引發(fā)火災;但也存在以下缺點：溫濕度很難保持穩(wěn)定和均勻，在這種情況下混凝土的最終強度將明顯降低，并且蒸汽容易發(fā)生彌散，導致對熱能的實際利用率相對較低，在現(xiàn)場需要敷設大量的管道，使現(xiàn)場施工與管理難度加大。

4 結束語

綜上所述，在高原高寒地區(qū)冬季混凝土施工中，需要高度重視并做好配合比的確定、外加劑（防凍劑）的選用、原材料預熱、混凝土運輸保溫、混凝土澆筑溫度控制和保溫養(yǎng)護，以避免混凝土受凍產生凍害，保證高原高寒地區(qū)冬季混凝土施工質量。

參考文獻：

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