低溫環(huán)境下預拌混凝土試驗性研究及應(yīng)用

張 杰

（上海電力建筑工程有限公司，上海 200437）

我國氣候?qū)儆诖箨憵夂?，冬季有寒流襲擊，氣溫變化頻繁。在冬季施工過程中，不穩(wěn)定的因素很多，工程質(zhì)量不容易控制，混凝土工程的施工更是難以控制?；炷凉こ淌撬薪ㄖこ讨凶钪匾囊徊糠郑苯由婕爸黧w結(jié)構(gòu)的安全性。新澆筑的混凝土一旦受凍，混凝土的質(zhì)量將無法保證。為了給冬季混凝土施工創(chuàng)造一個正溫養(yǎng)護環(huán)境，常常采用材料預熱、保溫、養(yǎng)護期間加熱等措施，這些措施使得施工技術(shù)更加復雜，費用也更加昂貴，對能源供給的要求也較高。嚴寒地區(qū)高性能混凝土的冬季施工技術(shù)研究及綜合運用工程實例調(diào)查、前期試驗分析、資深專家論證、現(xiàn)場監(jiān)控量測，信息反饋，指導施工研究、技術(shù)成果整理等研究方法。

1 主要實施基本技術(shù)要求

平山冷卻塔筒壁冬季施工期間擬采用電加熱法對混凝土進行加熱養(yǎng)護，防止混凝土遭受凍害，并盡可能早的獲得強度，滿足現(xiàn)場拆模及爬模的提升施工要求?；炷翝仓捎霉潭ū帽盟停霉荛L度達到400 m。要求在低溫環(huán)境下，混凝土在遠距離輸送過程中或其他突發(fā)情況下，混凝土還有泵送能力并且不被凍，最終完成混凝土入模的澆筑工作，入模溫度不低于5℃。根據(jù)GB 50573—2010《雙曲線冷卻塔施工與質(zhì)量驗收規(guī)范》，采用爬模工藝施工時，自澆筑層向下第一節(jié)、第二節(jié)、第三節(jié)混凝土強度應(yīng)分別達到4 MPa、9 MPa、12 MPa。對應(yīng)現(xiàn)場爬模工藝，要求混凝土拆模時，拆模強度達到4 MPa；第三節(jié)的掛點受力位置，混凝土強度達到12 MPa。

2 環(huán)境工況模擬

根據(jù)安徽淮北冬季歷史氣溫情況，從11 月份開始進入到零下溫度天氣，冬季常態(tài)溫度均在冰點以下，近兩年冬季極低溫度為-7℃～-9℃，所以我們租賃了當?shù)乩鋷熘行模斯I造了可控的環(huán)境溫度。冷庫每天凌晨3點和下午3點左右開始降溫，到達-13℃后停止降溫，實測環(huán)境溫度整體保持在-13℃～-2℃[1]。

3 原材料的選用及要求

3.1 粗、細骨料

符合國家標準要求的砂石材料，為防止冬季期間，骨料含有冰、雪及凍塊，砂、石的存儲采用全封閉式棚結(jié)構(gòu)料倉，定時做好環(huán)境氣溫和各項材料溫度觀測，保證倉內(nèi)溫度不低于0℃。

3.2 水泥

選用宿州海螺普通硅酸鹽水泥，強度等級P.O42.5，其技術(shù)質(zhì)量符合國家規(guī)范的有關(guān)規(guī)定。最好當天進料當天使用，利用水泥的熱度使水化熱的時間延長（水泥不得直接加熱）。

3.3 粉煤灰

選用F Ⅱ級粉煤灰，其技術(shù)質(zhì)量符合國家規(guī)范的有關(guān)規(guī)定。

3.4 拌合用水

采用預熱水的方法。凝土攪拌前準備足量且符合國家規(guī)范的熱水，水溫最高溫度控制為60℃，以提高混凝土出機溫度。

3.5 外加劑

采用上海元順聚羧酸系高性能減水劑和粉狀聚羧酸系專用防凍劑2 種外加劑；防凍劑配制成規(guī)定濃度溶液，然后根據(jù)使用要求，用規(guī)定濃度溶液再配制成施工溶液。各溶液分別置于明顯標志的容器內(nèi)，不得混淆，每班使用的外加劑一次配成。配制與加入防凍劑設(shè)專職試驗員負責并做好記錄，嚴格按試驗配比結(jié)合生產(chǎn)廠家技術(shù)要求摻入。使用時隨時測定外加劑溫度，并根據(jù)溫度變化用比重計測定溶液濃度。當發(fā)現(xiàn)溶液濃度有變化時， 加強攪拌直至濃度保持均勻為止[2]。

4 配合比的設(shè)計及抗凍試驗

根據(jù)冷卻塔施工特點，不僅僅是保證混凝土不受凍、無色差，還需要早期強度高來滿足拆模要求。

4.1 配比驗證

首先我們使用表1。夏季在用配比在-15℃～-5℃時沒有摻加防凍組分的外摻料進行配比試驗（此配比混凝土泵送距離已經(jīng)達到270 m，坍落度在200 mm～220 mm，泵送損失20 mm）。

表 1 夏季在用配比

4.2 混凝土拌和性能

在-15℃～-5℃時沒有摻加防凍組分的混凝土和易性很好，但是防凍效果很差，見表2、表3。

表2 和易性情況

表3 抗凍情況

4.3 試驗調(diào)整及對比

由于表1 配比試驗不能滿足試驗要求，現(xiàn)將配合比進行調(diào)整（見表4），且對調(diào)整后配合比的拌合物性能進行對比，詳見表5、表6。

表 4 純水泥施工配合比

表5 抗凍混凝土拌和性能對比

表6 抗凍混凝土低溫養(yǎng)護下試塊強度增長跟蹤對比表

5 試驗心得

5.1 防凍組分的局限性

通過這次試驗防凍組分摻量按膠凝材料的用量的百分比有很大局限性。如果是在-15℃的時候，低標號（例如C15）那么防凍組分就不夠，達不到防凍的效果。所以要根據(jù)當?shù)販囟鹊那闆r，進行試拌確定防凍組分的摻量[3]。

5.2 溫度的影響

溫度對加了防凍組分的混凝土也有很大的影響，當溫度偏高時（保持10℃以上），摻防凍組分混凝土都會有明顯的干縮，冬季時并不是每天都在0℃以下，所以使用防凍組分時要注意根據(jù)溫度來調(diào)整合適摻量。

5.3 防凍組分的影響

防凍組分對混凝土的和易性影響比較明顯，當防凍組分摻量過大，混凝土用水量會明顯增加，干縮很快，出漿率很低，坍損嚴重，縮短凝結(jié)時間，嚴重影響了泵送效果。但對于冬季現(xiàn)澆混凝土有很大幫助。

6 生產(chǎn)過程中對混凝土拌和、運輸溫度控制措施

6.1 攪拌機的保溫措施

冬季施工混凝土的攪拌時間一般為常溫的1.5 倍。在拌和時要求對拌和機械進行預熱，且混凝土入模澆筑溫度不低于5℃；拌和上水管道及外加劑管道采取聚氯酸泡沫纏繞進行保溫；攪拌設(shè)備在配料、卸料、轉(zhuǎn)運及皮帶機廊道各處增加保溫措施。

6.2 運輸溫控

混凝土運輸采用攪拌車運輸，為了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(cè)應(yīng)增加保溫的特制棉罩，使混凝土在運輸過程中的熱量損失減少?；炷吝\至現(xiàn)場時溫度不小于8℃，入模溫度不低于5℃。

6.3 養(yǎng)護室的溫控

混凝土成型室溫度20±5℃；混凝土標準養(yǎng)護室溫度（20±2）℃，濕度不小于95%；水泥室溫度20±3℃，濕度為60%～80%。

7 混凝土澆筑控制措施

混凝土澆筑前，應(yīng)清除模板和鋼筋上的冰雪和污垢。為保證混凝土澆筑質(zhì)量，應(yīng)選擇氣溫相對較高的白天進行混凝土澆筑。澆筑中應(yīng)加強混凝土振搗，振搗棒應(yīng)垂直插入，快插慢拔，每層混凝土控制在30 cm 左右，振搗棒移動間距控制在25 cm～30 cm，做到不漏振、不過振，確?；炷撩軐崱；炷撩軐嵉臉酥臼腔炷敛辉傧鲁?，表面變得平坦并泛漿。在澆筑過程中，應(yīng)采用保溫被對混凝土進行覆蓋保溫，必要情況下采取特殊措施。

8 結(jié)語

在建筑工程中，冬季氣溫低，常常給混凝土施工帶來許多問題。我國氣候條件的差異尤其是在北方，冬季長達幾個月的寒冷氣候，給混凝土工程施工帶來了很多困難。所以，在這種環(huán)境下進行施工時，一定要采取一些特殊的施工防護措施，以保證工程的正常施工。此外，在冬季施工中，長時間的持續(xù)負低溫，較大的溫差、降雪和反復的冰凍，經(jīng)常造成建筑施工的質(zhì)量事故。跟據(jù)資料分析，大部分的混凝土工程質(zhì)量事故發(fā)生在冬季。但是由于施工工地受工期制約，許多工程的混凝土冬季施工是不可避免的。對于需要安排在冬季施工的混凝土工程，必須根據(jù)現(xiàn)場實際情況采取切實可行的技術(shù)措施來提高混凝土工程的施工質(zhì)量，從而確保整個工程的質(zhì)量。