低温环境对输电工程混凝土工作性能和强度的影响

潘宇鹏 国网信阳供电公司

在设计和建造输电线路时，地下水、场地土壤通常会腐蚀混凝土结构，钢筋也会腐蚀混凝土结构。由于对防止腐败的基本问题缺乏了解，国内外有许多混凝土结构过早遭到破坏的例子。传统上，输电塔基础混凝土结构的设计和实施的总体目标是强度，而在设计中，对易受腐蚀区域基础混凝土结构的功能、安全性、稳定性和可持续性的需要是显而易见的因此，对混凝土性能提出了更高的要求，混凝土必须能够经受腐蚀等恶劣的使用环境，而高性能混凝土则强调整体性能：不仅是强度，而且是施工性能、长期性能和可持续性能。

一、我国输电线路基础工程质量控制工作的现状

（一）对输电线路的质量控制工作不够重视

过去，一些公司试图获得经济利益，基本上忽视了对我国输电线路基础设施建设过程的质量控制，甚至将其视为一个不可或缺的环节，完全忽视了这一过程的重要性，造成了严重的意识形态偏差对输电线路基础设施建设质量控制重视不够，严重阻碍了我国电力部门的可持续发展进程。

（二）输电线路质量控制系统不足

关于整个工程的质量控制，需要有一个综合系统来支持和限制。只有加强机构控制，才能更好地确保整个项目的质量和安全。在建造输电线路基础时，虽然有质量控制规则和条例，但最终制定的管理系统措施不可避免地不完整，相关的体制措施也不充分，因为管理人员往往缺乏足够的详细和充分的知识虽然有些系统是正式的，但有关工作人员并没有严格和具体地实施这些系统，因此这些系统只在表面建立阶段存在，而且只用于某些视察，这种做法没有实际效果，只能影响到工作的最终结果。正是由于我们的系统不健全和缺乏对输电线路建设的科学管理，本来可以节省的自然资源被浪费在电力建设上，从长远来看，造成了大量资源的浪费。

二、输电线路工程混凝土结构工程施工质量管控措施

（一）成立专家团队，提供技术支撑

无论是作为施工质量主体的施工单位，还是作为施工管理监督单位的施工单位，并非所有的知识点都是现场存在的，因为大多数知识点都是特定职业的知识点，当不同职业交汇时会出现盲区。专家审评组的作用是提供必要的技术支持，以解决每一职业的死角问题。施工单位应合理地培训专家审评组，提供必要的培训，并发挥专家的专业专长，指导现场施工。这既反映了执行支助股对该项目的重视，也反映了专家的专门知识，同时确保了项目的质量。

（二）测试和检测单元的控制

由于基线长度和输电线路沿线测试单位数量众多，一些私人测试单位出于提供虚假信息的动机，尽管满足了必要的资格要求。近年来，地方市场监督当局进行了特别检查，发现了这些问题。因此，在交付原材料之前，施工单位、监理单位和施工单位必须共同选择几个符合道路要求的试验单位，并组织有经验的专业监理工程师选定的试验单位和试验单位之间的检查访问 审查试验单元质量体系的运行情况，最后共同确定符合要求的试验单元。

（三）对所有业务点进行统一规划

传输线的技术特点多种多样，地形复杂多样，环境气候各异，基本模型和建筑图纸不同。在开始工作之前，根据每个业务点的不同特点，有必要召开单一基地规划会议，制定单一基地规划控制措施、实施优先事项、困难、预防措施和相应的控制前措施设计参数，包括根部间隙值、基础和挖掘截面尺寸、标高、钢筋和土钉规格、数量等；混凝土组成报告，包括设计中每个操作点的混凝土强度等级，以及每个操作点的特定组成报告参数；原材料，包括每个作业点使用的原材料供应商名称、相应的原材料检验批次和报告编号等；现场执行人员的责任，包括执行干事、质量控制员、组等。

三、高性能混凝土施工质量控制

（一）高性能混凝土生产方式及控制

现成混凝土的制造方法是当今常见的混凝土制造方法它具有一体化和现代化的特点，有利于绿色生产。现成混凝土的制造应确保产品的生产质量控制水平和生产质量。根据测量设备的精度控制水平，控制原材料的实测偏差至关重要；混凝土搅拌时间应足以保证搅拌质量，从而减少混凝土质量问题。高性能混凝土混合物应具有良好的运行性能和均匀性，无分层、分离和泌尿系现象。在混凝土配制过程中，控制添加剂的使用非常重要。如果过量使用添加剂会导致混凝土的泌尿学，会对混凝土表面、结构和内部性能造成重大损害，也会对防腐产生不利影响。

（二）桥塔基本加固技术

输电线路塔部分地基加固对整体输电线路塔基础施工质量控制十分重要。考虑到该国的面积和不同地区的土壤条件不同，铁塔需要在加固地基之前仔细检查加固地点的土壤条件。如果要在地面较薄的地区加固塔，工作人员在加固塔基础时，必须使用浇筑的混凝土有效地加固地基，提高塔的最终质量。

（三）预防措施

影响混凝土基础施工质量的因素很多，现场施工人员必须尽早选择混凝土原料，避免使用高强混凝土，控制混凝土强度的增长速度，可能会合理延迟混凝土的验收输电线路混凝土基础施工时，需合理设计基础几何，减少应力，避免应力集中；钢筋以最小的间距和最小的直径进行选择，从而有效提高钢筋混凝土的抗裂能力。施工方法设计合理，根据输电线路混凝土基础施工现场的实际情况选择混凝土顺序和振动方法，可用仪器实时监测混凝土内部的温度和应力变化保存混凝土时，应避免在混凝土最高内部温度下进行浇筑，避免混凝土表面温度迅速下降和裂缝；合理控制混凝土的保存时间，不任意延长或缩短；冬季气温低，混凝土表面由于环境原因容易开裂因此，输电线路混凝土施工应尽量避免冬季施工，混凝土施工时不应盲目步调，应严格遵循进度规划；冬季施工是必要的，混凝土加热时应控制加热温度和湿度，以免混凝土内部或加热后温度变化更剧烈，混凝土湿度更高，影响夏季天气炎热，混凝土中水分蒸发较快，养护过程中必须适当增加灌溉频率，以保持一定范围内混凝土的内部温度和湿度。

四、原材料及试验方法

（一）原材料和仪器

本试验采用海螺集团中国水泥厂P·O42.5级水泥；粗集料采用5～25mm连续集配碎石，含泥量≤1%，表观密度为2810kg/m3；细集料采用中砂，细度模数2.4，含泥量≤1%；采用江苏苏博特新材料股份有限公司的聚羧酸型高性能减水剂（液态），减水率约20%，固含量10%；采用江苏苏博特新材料股份有限公司的高性能低温早强剂，主要为有机物类和亚硝酸盐类复合而成；混凝土拌和用水为自来水。试验过程中使用的主要设备有：冰柜、环境模拟试验箱、温湿度传感器、压力试验机、坍落度筒、直尺、混凝土搅拌机等。冰柜可达到的模拟条件为-15～10℃，相对空气湿度58%～62%，温度均匀度≤1.5℃，温度偏差±1℃，相对空气湿度偏差±2%。环境模拟试验箱可达到的模拟条件为-20～80℃，相对空气湿度10%～100%，温度均匀度≤1℃，温度偏差±1℃，相对空气湿度偏差±2%。

（二）试验过程与方法

试验过程：在相对应的养护温度条件下搅拌混凝土，测试新拌混凝土的工作性能，包括坍落度、扩展度等；成型后放置于对应模拟环境养护，之后测试其7d、14d、28d抗压强度。将处于-5℃、5℃、20℃的试样设定为D、Z、G三组，每组包含C30、C40配合比的混凝土，设为D30-0、D30-3、D40-0、D40-3等。试验方法：不同环境下混凝土工作性能测试依据GB/T50080—2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行，混凝土抗压强度测试依据GB/T50107—20102010《混凝土强度检验评定标准》进行。

五、低温养护和复合早强剂对混凝土强度发展的影响

混凝土强度的增长主要是由于水泥不断水化，相应水化产物逐渐增加，而影响水泥水化程度的因素有很多，包括养护温度、水胶比、外加剂、龄期等。在-5℃且不掺复合早强剂的情况下，由于水泥水化过程极其缓慢，在较短时间内达不到此温度下混凝土可继续发展的最低强度，之后强度发展停滞，而加入3%的复合早强剂，能够加速C3A的水化及水化物与石膏反应生成钙矾石的过程，使混凝土在1～3d内快速达到其受冻临界强度，即达到此强度混凝土方可持续水化、强度增加；高性能减水剂及复合早强剂，不仅有利于其早期强度的增长，更能保证后期混凝土强度不出现倒缩，对混凝土的耐久性能提升具有重要意义。

六、讨论

（一）运输时间和转运高度差对混凝土工作性能的影响

混凝土的坍落度损失量随着运输时间的延长越来越大，损失速率也越来越快；混凝土的坍落度损失量随着转运高度的增加而变大，运输时间对混凝土坍落度损失的影响高于转运高度差对混凝土坍落度的影响。混凝土运输时间在40min内且转运高度差在3m内，混凝土坍落度损失能控制在10%以内；当混凝土运输时间达到80min时，混凝土的坍落度损失比在15%～25%，此时混凝土的工作性能较差，不能直接用于输电工程基础的浇筑，需经过后加外加剂及再搅拌等方式处理；而当混凝土运输时间超过120min后，混凝土的坍落度损失超过35%，不能用于输电工程基础的浇筑。运输时间加长，坍落度损失速率逐渐加快。主要原因是水泥水化水分逐渐被消耗，另一方面是因为水分的快速蒸发。而转运高度差的增加会造成混凝土的浆体不能充分包裹住砂子和石子，容易造成离析现象，会致使混凝土的流动性变差，从而出现坍落度损失变大。

（二）微观形貌和孔结构表征

3d时混凝土的水化产物较多，直接成型的混凝土C-20-0的水化产物已经开始密实堆积，而经过转运120min及转运高度差为3m的混凝土C-20-6的水化产物还处于快速生长阶段，针棒状的AFt与呈团絮状的C-S-H凝胶已经初呈规模，但界面处还较为松散；28d时混凝土的水化产物布满视野，混凝土C20-0的初步视野中可以看到密实堆积的Ca（OH）2及凝胶产物，混凝土C-20-6的水化产物堆积也比较密实，界面处还可看到一些未完全成长的凝胶层。因此也可验证混凝土C-20-0所处各个龄期时的强度均高于混凝土C-20-6。随着龄期的增长，C-20-0的最可积孔径从3d时的77nm至28d时的50nm，C-20-6的最可积孔径从3d时的80nm缩小至28d时的51nm，这表明水化在持续进行，水化产物在填充混凝土的内部孔隙；C20-0的最可积孔径在早期3d和后期28d都比C-20-6的最可积孔径小，说明经过转运120min及转运高度差为3m的转运过程后，混凝土内部的孔隙结构受到一定影响，即大孔数量增加、小孔数量减少。

七、结束语

输电线路的建设仍处于建设新设施的阶段，在生产作业期间维护和保养基地的工作比较困难。有关研究表明，1990年代左右在盐碱化地区建造的一些基础设施在使用寿命之前受到了不同程度的破坏，在设计和建造基础设施时没有充分注意到基础设施的可持续性。输电线路基础设施的可持续性问题在设计和使用高性能混凝土方面日益受到重视，这对于设计基本可持续性至关重要。