高海拔地区冬季特种施工工艺混凝土质量控制措施

引言青藏高原是世界上平均海拔最高的地区，高海拔地区日照足，紫外线强烈，冬季风大，水分蒸发迅速，温差巨大，冬季温差最大可达30℃。本文介绍的工程项目为西藏地区的水泥厂建设，该地区冬季干燥，气压低（60KPa左右），风速大且持久，日照强烈，平均气温在0℃左右，晚上最低温度-16℃，白天最高温度12℃，冬季平均温差25℃左右，如此极端的环境给混凝土的生产与施工带来了很多难点，低温和正负温交替会降低混凝土质量[1-2]。该工程主要的混凝土特种施工工艺有大体积混凝土施工和液压滑动模板施工（简称“滑模”）两种。大体积混凝土浇筑尺寸大，必须采取措施减少放热量，以防混凝土因温差产生应力，引发温度裂缝[3]。滑模施工是现代筒状建筑物的主要施工工艺，以千斤顶、电动提升机为动力源，带动钢模沿筒壁向上滑，连续浇筑混凝土，构筑物整体性好，无水平施工缝，质量高[4-5]。本文从原材料控制、配合比设计、浇筑和养护等角度，对高海拔地区特种施工混凝土的质量控制难点进行分析，并提出相应的解决办法。

1、原材料控制

原材料控制是保证混凝土质量的基础。根据工程特点，主要从骨料质量、骨料温度、水温、水泥质量、外加剂掺量这五方面进行控制。

（1）日喀则当地的骨料质量比较差，骨料基本都取自于河道，以小作坊生产为主，设备简单、技术落后，质量参差不齐；冬季河水断流，河砂难以洗净，含泥量高，河砂煤矸石含量高，强度偏低，对混凝土强度影响很大；机制砂含粉量高达3.2%，需提高外加剂用量。因此，对于骨料，要严格要求砂石厂，减少河砂含泥量，提高检测频次，保证骨料质量。（2）高海拔地区冬季早晚温差大，骨料的温度是影响混凝土温度的重要因素。骨料保温的主要措施一是在骨料表面铺厚帆布、毛毡、草袋等进行保温；二是稍推迟生产时间，太阳对集料直晒一段时间，提高集料温度；三是在骨料堆场中设置蒸汽排管，通过蒸汽加热保证骨料温度。（3）低气温条件下，水温也是一个比较重要的控制因素。夜晚给水池加热保温是必要措施，白天水池也需要不断加温，以保证混凝土的出机温度和入模温度。（4）当地水泥质量不稳定，P·O42.5水泥胶砂强度起伏较大。图1是2020年4月检测的水泥胶砂28d抗压强度值，由图1可知，水泥胶砂的强度波动较大，增加了混凝土强度控制的困难。因此，在混凝土设计中，要以最低水泥强度进行设计，减小水泥波动对混凝土质量的影响。图1水泥胶砂28d强度（2020年4月）（5）外加剂中需要掺入引气和防冻组分。由于防冻剂在外加剂中的溶解度低，需要提高外加剂掺量，正常情况下，C30混凝土外加剂掺量2.5%，加入防冻剂后掺量提升至3.5%。

2、配合比设计

配合比设计时，要遵循以下原则：（1）当地骨料较差，砂子含泥量高，不利于混凝土强度的发展，水灰比要适当降低，减少用水量，增加水泥用量。（2）设计混凝土时要严格控制掺合料的使用，矿物掺合料会降低早期混凝土强度的发展，不利于低温下施工。（3）高海拔地区气压低，混凝土中气泡稳定性差，保坍难度大。为保证混凝土和易性，外加剂可掺到临界值。（4）大体积混凝土要控制混凝土内外温差，防止产生温度裂缝。冬季混凝土设计要减少掺合料使用，大体积混凝土需加大掺合料使用，两者平衡，从而控制大体积混凝土内外温差。（5）大体积混凝土坍落度不宜大于180mm，若需要泵送施工，塌落度控制在160～180mm。（6）滑模混凝土要根据施工速度对混凝土的凝结时间进行调整，正常初凝时间可以控制在6～7h，施工复杂的根据实际情况调整。（7）滑模配合比设计中，砂要使用中粗砂，砂率可以适当降低，细沙极易粘模，增加施工难度。

3、混凝土浇筑及养护

3.1混凝土浇筑混凝土浇筑前要浇水湿润模板和基础，防止接触面过于干燥而导致混凝土失水过快，接缝不良，对结构产生损伤。大体积混凝土要分层、分块浇筑，合理设置施工缝和后浇带，减少约束应力，防止开裂和胀模等现象发生。浇筑尽量选择有太阳的时间，尽早结束给抹压收面留足时间，浇筑过程中增加混凝土抹压次数，及时覆盖薄膜和保温材料。滑模施工过程中，浇筑间隔时间较长，混凝土表面暴露在太阳下，表面很快失水收干，可以少量撒水，保证表面湿润。浇筑时需用振动棒振捣充分，保证接缝处混凝土的质量。

3.2混凝土养护高海拔地区混凝土表面失水快，气温变化剧烈，混凝土易冻坏，若养护不及时，易出现强度不足、产生裂缝、表面粉化等现象。大体积混凝土浇筑完成后，应立即洒水、覆盖塑料膜，保证混凝土湿润。浇筑后保湿养护持续时间不宜少于14d，对于大面积板，甚至可以蓄水养护。由于冬季高原夜晚温度低，覆膜后还需要进行表面保温措施。保温措施有：（1）浇筑完后覆盖薄膜，防止水分流失；（2）覆盖毛毡、厚帆布等保温材料；（3）加盖电热毯并通电，对混凝土进行保温。由于温度低，混凝土强度发展慢，混凝土不能过早拆模，并且不能过早施加荷载，以保证混凝土的强度和结构完整。大体积混凝土水化热较高，C30混凝土的绝热升温最高温度可以达到75℃，混凝土表面温度与大气温度相差过大会导致混凝土开裂等危害，浇筑体表面与大气温差不宜大于20℃，浇筑体里表温差不宜大于25℃，浇筑体的降温速率不宜大于2℃/d。大体积混凝土不仅需要表面保温，内部还需要降温，尽量降低温差。内部降温措施主要有：（1）内置水管，通过水循环带走水化热，降低内部温度，减少内外温差；（2）用低温水生产混凝土；（3）使用掺合料水泥等低热和强度发展慢的水泥。在保温养护中，应实时监控混凝土内外温差，并作出及时调整。冬季滑模养护要注重防冻和保温工作，主要措施有：（1）筒仓内设置大火炉，提高仓内温度；（2）外加剂中掺入足够的防冻剂和早强剂，提高混凝土强度早期发展速度，使其快速达到临界强度；（3）在外吊脚手架外侧悬挂9m的厚帆布，平台以下增加厚棉被，保证混凝土强度发展到临界强度时的温度；（4）出模的混凝土要及时刷上养护剂，保证养护条件。

4、工程实例

工程位于西藏日喀则地区，海拔4300m，冬季有着温差大、夜晚温度低、气候干燥等问题，大体积混凝土和滑模工艺是混凝土质量控制的重点。

4.1混凝土入模温度的控制工程所在地冬季平均温度0℃，早晨温度-6℃，原材料温度低，影响混凝土入模温度。以C30混凝土为例（配合比见表1），根据JGJ/T104—2011《建筑工程冬季施工规程》规定，混凝土入模温度不能低于5℃，由于运距短，计算得到的出机温度可视为入模温度，计算时原材料温度视为和气温等同，将不同大气温度下计算得的混凝土入模温度T0、现场实测入模温度T1和对原材料加热后的实测入模温度T2进行对比，如图2所示。

表1C30混凝土配合比kg/m3图2不同气温下混凝土的计算入模温度T0、实测温度T1、控温后实测温度T2由图2可知，由于水化热等原因，实测温度T1要高于计算得到的入模温度T0，但T1的温度偏低，只是略高于规范要求的入模温度5℃。而对原材料进行加热保温后，混凝土入模温度T2升高，处于合理温度范围之内，气温为0℃时，入模温度还可以达到15℃，说明对原材料的加热保温措施是有效且必要的。

4.2混凝土抗冻性的控制表2为不同养护方式下混凝土的抗压强度及抗压强度比，以标养28d混凝土强度为基准混凝土强度。其中，前五种养护方式的混凝土中均掺入了防冻剂。由表2可知，掺入防冻剂对混凝土防冻效果提升明显。-10℃养护7d后标养28d的条件下，掺入防冻剂的抗压强度比为91.2%，强度损失小，而未掺防冻剂的混凝土抗压强度比只有30.5%，混凝土强度损失大，不可用于实际工程中。而在同等条件下养护的混凝土28d强度35.6MPa，抗压强度比为97.8%，强度损失小，完全满足现场施工要求。表2不同养护方式下混凝土的抗压强度4.3混凝土凝结时间的控制对于滑模施工混凝土，需要严格控制凝结时间，现场滑模需要的凝结时间主要分为两种，一是直径60m的大库，凝结时间为10～12h；二是直径15m的小库，凝结时间为6～7h。通过贯入阻力值对混凝土凝结时间进行测定，出模时贯入阻力值要达到3.5MPa。对凝结时间的调整主要通过调整外加剂中的缓凝成分。图3为两种不同缓凝时间混凝土的贯入阻力试验结果。图3混凝土贯入阻力值随时间的变化由图3可知，需要6～7h凝结时间的混凝土6h贯入阻力值为3.3MPa，7h为3.8MPa，凝结时间在6～8h之间。需要10～12h凝结时间的混凝土10h贯入阻力值为3.4MPa，11h为3.6MPa，凝结时间在10～11h之间。通过对数函数转化时间和贯入阻力值，得到两者之间拟合的线性关系如图4所示。根据拟合公式得到，需要6～7h凝结时间的混凝土凝结时间为6.3h，需要10～12h凝结时间的混凝土凝结时间为10.1h，两者都符合设计的凝结时间，适用于滑模工程。图4混凝土贯入阻力值与时间的对数函数线性关系结论

（1）高海拔地区的冬季施工要确保混凝土入模温度和防冻效果，本工程冬季入模温度可