高海拔地区混凝土冬期生产及施工质量控制技术*

刘平，田帅，姜刚云，曹宝

（1.云南省建设投资控股集团有限公司市政总承包部 昆明 650501 2.云南建投绿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

迪庆藏族自治州地处低纬高原，海拔1 486～6 740m，一山四级气候特征显著，风速大，空气干燥而比较稀薄，每年11月至次年3月，白天温度高，夜间气温低，昼夜温差可达20℃，具有风速大、空气湿度低、昼夜温差大等特点，混凝土很容易因表面失水过快而产生收缩裂缝，温差大而产生温度裂缝，冻融循环而产生结构的破坏[1～2]。对混凝土的生产供应、施工质量控制及结构耐久性提出了严峻挑战。

本文结合云南省地材、气候特点和实际工程质量控制现状，对公路工程混凝土原材料质量控制指标、配合比设计优选、混凝土生产及施工质量控制要点等进行研究，针对高海拔低温大温差气候条件，通过在减水剂中添加防冻、引气、早强组分，适当调整混凝土凝结时间等技术措施，有效控制了混凝土冻害及裂纹的产生，提高了混凝土的防冻性能及抗冻性能，混凝土抗冻等级＞F100。由于较好地控制了混凝土冻害及裂纹的产生，混凝土外观质量较好，也增加了高海拔地区冬期施工的可操作性。

1 原材料及试验方法

1.1 原材料

（1）水泥：采用P·O42.5水泥，标准稠度用水量为28.2%，初凝时间为150min，终凝时间275min，3d抗折强度为 6.2MPa、抗压强度为27.1MPa，28天抗折强度为8.4MPa、抗压强度为48.7MPa。

（2）粉煤灰：采用Ⅱ级粉煤灰，平均细度18.1，需水比103，含水率为0.3%，28d活性指数75.8%。

（3）粗骨料：采用粒径5～25mm连续级配碎石，针片状4.7%，压碎值19%，含泥量0.2%，泥块含量0.2%。

（4）细骨料：采用细度模数为2.8的机制砂，石粉含量6.2%，MB值0.5。

（5）外加剂：采用复合型聚羧酸高性能减水剂，减水率28.2%，PH值6.8，含量0.1%。

（6）水：采用自来水。

1.2 试验方法

根据GB/T 50082《普通混凝长期性能和耐久性能试验方法》进行混凝土早期抗裂及抗冻性能试验。

2 混凝土试验研究

混凝土面临高原高寒、昼夜温差大、空气湿度小等严酷的环境条件，配合比设计优先考虑混凝土的防冻性能及抗冻性能，同时降低混凝土早期收缩开裂风险。采用较小的水灰比，适当增加胶凝材料中水泥的比例，在减水剂中复合加入防冻剂、早强剂、引气剂，提升混凝土早期强度，降低受冻的风险，同时提高混凝土硬化后的抗冻性能。混凝土试验配合比如表1所示。

表1 混凝土试验配合比

按照表1对混凝土进行试拌，三种混凝土呈现粘聚性能、保水性能良好，无离析泌水现象。

混凝土的性能如表2及表3所示，混凝土流动性随着粉煤灰掺量的增加而改善，凝结时间随着粉煤灰掺量的增加而有所延长，混凝土强度随着粉煤灰掺量的增加而降低。试验表明，A1配方混凝土从加水时间到初始开裂时间为2.5h，最大裂缝宽度0.38mm，单位面积上的总开裂面积c=787 mm2/m2；A2配方从加水时间到初始开裂时间约为2.8h，最大裂缝宽度0.38mm，单位面积上的总开裂面积c=575 mm2/m2；A3配方从加水时间到初始开裂时间约为3.3h，最大裂缝宽度0.51mm，单位面积上的总开裂面积c=448 mm2/m2，三种混凝土抗裂等级均为L-Ⅲ，平板开裂试验最大裂缝宽度如图1～图3所示。

表2 混凝土工作性能及凝结时间

表3 混凝土力学及耐久性能

图1 A1最大裂缝

图2 A2最大裂缝

图3 A3最大裂缝

随着粉煤灰掺量的增加，混凝土的凝结时间及初始开裂时间都有所延迟，混凝土最大裂缝宽度及单位面积上的总开裂面积都有所降低，而混凝土的抗冻等性能变差。这是由于粉煤灰掺量增加以后，整个胶凝材料水化速率变慢，混凝土密实度及强度降低，混凝土抗冻性能变差；而粉煤灰又具有形态效应及微珠效应，可以改善胶凝材料的颗粒级配及组成，提高混凝土的抗裂性能。因此的，混凝土冬季施工宜适当降低粉煤灰的掺量，提高混凝土的早期强度及抗冻性能。

3 生产技术控制措施

（1）为保证外观质量，确保在同一座桥当中采用原材料不变，对混凝土含气量进行控制。材料提前在砂石厂进行储备，采取措施防止材料中混入雪块冰渣。原材料进厂时，如出现结冰，待冰雪消融、含水稳定后再进行使用。

（2）采用复合减水、抗冻、引气等组分的聚羧酸高性能减水剂，保证混凝土在负温下水化作用能继续进行，从而使混凝土强度能够继续增长，改善混凝土工作性能、早期强度及耐久性能。

（3）混凝土坍落度宜控制为160～180mm，扩展度≥400mm，经时损失1h不超过20mm，混凝土凝结时间不大于12h。

（4）通过热工核算及生产试验，确定拌合用水温度为30～50℃，并应根据运距和气温控制混凝土出机温度。

（5）对搅拌主楼温度进行实时监控，通过暖气片保证主楼内温度不低于10℃。搅拌混凝土前，用热水冲洗搅拌机预热。

（6）调整搅拌投料顺序，向搅拌机投料时，先将砂、石、热水进行搅拌，使热水与砂、石充分进行热传导后，再加入胶凝材料进行搅拌，严禁水泥与热水直接接触。混凝土搅拌时间较常温施工延长50%左右。

（7）对混凝土温度进行测量，满足要求后再进行后续生产。施工时间选择温度在0℃以上的时间段进行施工，为减少拌制好的混凝土在运输过程中的热量损失，在搅拌车的筒体外侧应增加保温的棉罩或其他保暖罩。

（8）根据现场浇筑速度以及运输距离控制发车间隔时间，避免混凝土运输车在施工现场等待时间太长。现场配备专人对每车混凝土的塌落度及出车温度进行测试，低于5℃的混凝土不予使用。

4 温度监控及养护措施

4.1 养护措施

（1）墩柱在高温差地区冬期施工，应对模板采取保温措施，钢模表面可先挂草帘，麻袋等保温材料并扎牢，然后再浇筑混凝土。

（2）模板和保温层，应在混凝土冷却到5℃后方可拆除。当混凝土与外界温差大于20℃时，拆模后的混凝土表面，应及时覆盖，使其缓慢冷却。

（3）干燥，低温下混凝土水化速度变慢，受冻害的几率增大。拆模后的混凝土也应及时覆盖保温材料，以防混凝土表面温度的骤降而产生裂缝。可先覆盖塑料薄膜，再覆草袋，麻袋等保温材料。

4.2 温度测量

（1）在水温高于30℃，环境温度0～-10℃条件下，所拌制的混凝土均满足出机温度高于10℃,且混凝土在1.5h内，温度不降低，可确保混凝土入模温度高于5℃。

（2）选取高6m，直径为1.8m试验墩柱进行温度试验。环境温度为6～-9℃，混凝土入模温度13.8℃，墩柱浇筑约24h后，内部升至最高，墩柱芯部最高实测温度为47.8℃，然后开始降温；芯表温差小于25℃。

（3）根据实际测温，墩柱的关键保温措施时间是在36h以内，需要采取保温保湿的措施（详见图4、图5），控制内外温差；拆模时间应根据内外温差监测判断，混凝土36h温峰最高，拆模宜避开此时段，并适当延长，可采取48h后再拆模，错开构件最大内外温差时段，降低开裂风险。

图4 浇筑施工保温措施

图5 混凝土后期养护

5 结论

（1）高海拔地区混凝土冬期施工，配合比设计优先考虑混凝土的防冻性能及抗冻性能，宜采用较小的水灰比，适当增加胶凝材料中水泥的比例，采用复合型外加剂提高混凝土防冻及抗冻性能，提升混凝土早期强度，降低受冻的风险。

（2）采用30～50℃水进行混凝土的拌制，先将砂、石、热水进行搅拌，再加入胶凝材料进行搅拌，并应根据运距和气温控制混凝土出机温度，控制混凝土的出机温度不低于10℃，入模温度不低于5℃。

（3）低温下混凝土水化速度变慢，受冻害的概率增大。关键保温措施时间是在36h以内，混凝土拆模后应及时覆盖保温材料，以防混凝土表面温差过大而产生裂缝。