高海拔地區混凝土冬期生產及施工質量控制技術*

劉平，田帥，姜剛云，曹寶

（1.云南省建設投資控股集團有限公司市政總承包部 昆明 650501 2.云南建投綠色高性能混凝土股份有限公司 昭通 657000 3.云南省高性能混凝土工程研究中心 昆明 650501）

0 引言

迪慶藏族自治州地處低緯高原，海拔1 486～6 740m，一山四級氣候特征顯著，風速大，空氣干燥而比較稀薄，每年11月至次年3月，白天溫度高，夜間氣溫低，晝夜溫差可達20℃，具有風速大、空氣濕度低、晝夜溫差大等特點，混凝土很容易因表面失水過快而產生收縮裂縫，溫差大而產生溫度裂縫，凍融循環而產生結構的破壞[1～2]。對混凝土的生產供應、施工質量控制及結構耐久性提出了嚴峻挑戰。

本文結合云南省地材、氣候特點和實際工程質量控制現狀，對公路工程混凝土原材料質量控制指標、配合比設計優選、混凝土生產及施工質量控制要點等進行研究，針對高海拔低溫大溫差氣候條件，通過在減水劑中添加防凍、引氣、早強組分，適當調整混凝土凝結時間等技術措施，有效控制了混凝土凍害及裂紋的產生，提高了混凝土的防凍性能及抗凍性能，混凝土抗凍等級＞F100。由于較好地控制了混凝土凍害及裂紋的產生，混凝土外觀質量較好，也增加了高海拔地區冬期施工的可操作性。

1 原材料及試驗方法

1.1 原材料

（1）水泥：采用P·O42.5水泥，標準稠度用水量為28.2%，初凝時間為150min，終凝時間275min，3d抗折強度為 6.2MPa、抗壓強度為27.1MPa，28天抗折強度為8.4MPa、抗壓強度為48.7MPa。

（2）粉煤灰：采用Ⅱ級粉煤灰，平均細度18.1，需水比103，含水率為0.3%，28d活性指數75.8%。

（3）粗骨料：采用粒徑5～25mm連續級配碎石，針片狀4.7%，壓碎值19%，含泥量0.2%，泥塊含量0.2%。

（4）細骨料：采用細度模數為2.8的機制砂，石粉含量6.2%，MB值0.5。

（5）外加劑：采用復合型聚羧酸高性能減水劑，減水率28.2%，PH值6.8，含量0.1%。

（6）水：采用自來水。

1.2 試驗方法

根據GB/T 50082《普通混凝長期性能和耐久性能試驗方法》進行混凝土早期抗裂及抗凍性能試驗。

2 混凝土試驗研究

混凝土面臨高原高寒、晝夜溫差大、空氣濕度小等嚴酷的環境條件，配合比設計優先考慮混凝土的防凍性能及抗凍性能，同時降低混凝土早期收縮開裂風險。采用較小的水灰比，適當增加膠凝材料中水泥的比例，在減水劑中復合加入防凍劑、早強劑、引氣劑，提升混凝土早期強度，降低受凍的風險，同時提高混凝土硬化后的抗凍性能。混凝土試驗配合比如表1所示。

表1 混凝土試驗配合比

按照表1對混凝土進行試拌，三種混凝土呈現粘聚性能、保水性能良好，無離析泌水現象。

混凝土的性能如表2及表3所示，混凝土流動性隨著粉煤灰摻量的增加而改善，凝結時間隨著粉煤灰摻量的增加而有所延長，混凝土強度隨著粉煤灰摻量的增加而降低。試驗表明，A1配方混凝土從加水時間到初始開裂時間為2.5h，最大裂縫寬度0.38mm，單位面積上的總開裂面積c=787 mm2/m2；A2配方從加水時間到初始開裂時間約為2.8h，最大裂縫寬度0.38mm，單位面積上的總開裂面積c=575 mm2/m2；A3配方從加水時間到初始開裂時間約為3.3h，最大裂縫寬度0.51mm，單位面積上的總開裂面積c=448 mm2/m2，三種混凝土抗裂等級均為L-Ⅲ，平板開裂試驗最大裂縫寬度如圖1～圖3所示。

表2 混凝土工作性能及凝結時間

表3 混凝土力學及耐久性能

圖1 A1最大裂縫

圖2 A2最大裂縫

圖3 A3最大裂縫

隨著粉煤灰摻量的增加，混凝土的凝結時間及初始開裂時間都有所延遲，混凝土最大裂縫寬度及單位面積上的總開裂面積都有所降低，而混凝土的抗凍等性能變差。這是由于粉煤灰摻量增加以后，整個膠凝材料水化速率變慢，混凝土密實度及強度降低，混凝土抗凍性能變差；而粉煤灰又具有形態效應及微珠效應，可以改善膠凝材料的顆粒級配及組成，提高混凝土的抗裂性能。因此的，混凝土冬季施工宜適當降低粉煤灰的摻量，提高混凝土的早期強度及抗凍性能。

3 生產技術控制措施

（1）為保證外觀質量，確保在同一座橋當中采用原材料不變，對混凝土含氣量進行控制。材料提前在砂石廠進行儲備，采取措施防止材料中混入雪塊冰渣。原材料進廠時，如出現結冰，待冰雪消融、含水穩定后再進行使用。

（2）采用復合減水、抗凍、引氣等組分的聚羧酸高性能減水劑，保證混凝土在負溫下水化作用能繼續進行，從而使混凝土強度能夠繼續增長，改善混凝土工作性能、早期強度及耐久性能。

（3）混凝土坍落度宜控制為160～180mm，擴展度≥400mm，經時損失1h不超過20mm，混凝土凝結時間不大于12h。

（4）通過熱工核算及生產試驗，確定拌合用水溫度為30～50℃，并應根據運距和氣溫控制混凝土出機溫度。

（5）對攪拌主樓溫度進行實時監控，通過暖氣片保證主樓內溫度不低于10℃。攪拌混凝土前，用熱水沖洗攪拌機預熱。

（6）調整攪拌投料順序，向攪拌機投料時，先將砂、石、熱水進行攪拌，使熱水與砂、石充分進行熱傳導后，再加入膠凝材料進行攪拌，嚴禁水泥與熱水直接接觸。混凝土攪拌時間較常溫施工延長50%左右。

（7）對混凝土溫度進行測量，滿足要求后再進行后續生產。施工時間選擇溫度在0℃以上的時間段進行施工，為減少拌制好的混凝土在運輸過程中的熱量損失，在攪拌車的筒體外側應增加保溫的棉罩或其他保暖罩。

（8）根據現場澆筑速度以及運輸距離控制發車間隔時間，避免混凝土運輸車在施工現場等待時間太長。現場配備專人對每車混凝土的塌落度及出車溫度進行測試，低于5℃的混凝土不予使用。

4 溫度監控及養護措施

4.1 養護措施

（1）墩柱在高溫差地區冬期施工，應對模板采取保溫措施，鋼模表面可先掛草簾，麻袋等保溫材料并扎牢，然后再澆筑混凝土。

（2）模板和保溫層，應在混凝土冷卻到5℃后方可拆除。當混凝土與外界溫差大于20℃時，拆模后的混凝土表面，應及時覆蓋，使其緩慢冷卻。

（3）干燥，低溫下混凝土水化速度變慢，受凍害的幾率增大。拆模后的混凝土也應及時覆蓋保溫材料，以防混凝土表面溫度的驟降而產生裂縫。可先覆蓋塑料薄膜，再覆草袋，麻袋等保溫材料。

4.2 溫度測量

（1）在水溫高于30℃，環境溫度0～-10℃條件下，所拌制的混凝土均滿足出機溫度高于10℃,且混凝土在1.5h內，溫度不降低，可確保混凝土入模溫度高于5℃。

（2）選取高6m，直徑為1.8m試驗墩柱進行溫度試驗。環境溫度為6～-9℃，混凝土入模溫度13.8℃，墩柱澆筑約24h后，內部升至最高，墩柱芯部最高實測溫度為47.8℃，然后開始降溫；芯表溫差小于25℃。

（3）根據實際測溫，墩柱的關鍵保溫措施時間是在36h以內，需要采取保溫保濕的措施（詳見圖4、圖5），控制內外溫差；拆模時間應根據內外溫差監測判斷，混凝土36h溫峰最高，拆模宜避開此時段，并適當延長，可采取48h后再拆模，錯開構件最大內外溫差時段，降低開裂風險。

圖4 澆筑施工保溫措施

圖5 混凝土后期養護

5 結論

（1）高海拔地區混凝土冬期施工，配合比設計優先考慮混凝土的防凍性能及抗凍性能，宜采用較小的水灰比，適當增加膠凝材料中水泥的比例，采用復合型外加劑提高混凝土防凍及抗凍性能，提升混凝土早期強度，降低受凍的風險。

（2）采用30～50℃水進行混凝土的拌制，先將砂、石、熱水進行攪拌，再加入膠凝材料進行攪拌，并應根據運距和氣溫控制混凝土出機溫度，控制混凝土的出機溫度不低于10℃，入模溫度不低于5℃。

（3）低溫下混凝土水化速度變慢，受凍害的概率增大。關鍵保溫措施時間是在36h以內，混凝土拆模后應及時覆蓋保溫材料，以防混凝土表面溫差過大而產生裂縫。