低溫環(huán)境對輸電工程混凝土工作性能和強度的影響

潘宇鵬 國網(wǎng)信陽供電公司

在設(shè)計和建造輸電線路時，地下水、場地土壤通常會腐蝕混凝土結(jié)構(gòu)，鋼筋也會腐蝕混凝土結(jié)構(gòu)。由于對防止腐敗的基本問題缺乏了解，國內(nèi)外有許多混凝土結(jié)構(gòu)過早遭到破壞的例子。傳統(tǒng)上，輸電塔基礎(chǔ)混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計和實施的總體目標是強度，而在設(shè)計中，對易受腐蝕區(qū)域基礎(chǔ)混凝土結(jié)構(gòu)的功能、安全性、穩(wěn)定性和可持續(xù)性的需要是顯而易見的因此，對混凝土性能提出了更高的要求，混凝土必須能夠經(jīng)受腐蝕等惡劣的使用環(huán)境，而高性能混凝土則強調(diào)整體性能：不僅是強度，而且是施工性能、長期性能和可持續(xù)性能。

一、我國輸電線路基礎(chǔ)工程質(zhì)量控制工作的現(xiàn)狀

（一）對輸電線路的質(zhì)量控制工作不夠重視

過去，一些公司試圖獲得經(jīng)濟利益，基本上忽視了對我國輸電線路基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)過程的質(zhì)量控制，甚至將其視為一個不可或缺的環(huán)節(jié)，完全忽視了這一過程的重要性，造成了嚴重的意識形態(tài)偏差對輸電線路基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)質(zhì)量控制重視不夠，嚴重阻礙了我國電力部門的可持續(xù)發(fā)展進程。

（二）輸電線路質(zhì)量控制系統(tǒng)不足

關(guān)于整個工程的質(zhì)量控制，需要有一個綜合系統(tǒng)來支持和限制。只有加強機構(gòu)控制，才能更好地確保整個項目的質(zhì)量和安全。在建造輸電線路基礎(chǔ)時，雖然有質(zhì)量控制規(guī)則和條例，但最終制定的管理系統(tǒng)措施不可避免地不完整，相關(guān)的體制措施也不充分，因為管理人員往往缺乏足夠的詳細和充分的知識雖然有些系統(tǒng)是正式的，但有關(guān)工作人員并沒有嚴格和具體地實施這些系統(tǒng)，因此這些系統(tǒng)只在表面建立階段存在，而且只用于某些視察，這種做法沒有實際效果，只能影響到工作的最終結(jié)果。正是由于我們的系統(tǒng)不健全和缺乏對輸電線路建設(shè)的科學管理，本來可以節(jié)省的自然資源被浪費在電力建設(shè)上，從長遠來看，造成了大量資源的浪費。

二、輸電線路工程混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量管控措施

（一）成立專家團隊，提供技術(shù)支撐

無論是作為施工質(zhì)量主體的施工單位，還是作為施工管理監(jiān)督單位的施工單位，并非所有的知識點都是現(xiàn)場存在的，因為大多數(shù)知識點都是特定職業(yè)的知識點，當不同職業(yè)交匯時會出現(xiàn)盲區(qū)。專家審評組的作用是提供必要的技術(shù)支持，以解決每一職業(yè)的死角問題。施工單位應(yīng)合理地培訓專家審評組，提供必要的培訓，并發(fā)揮專家的專業(yè)專長，指導現(xiàn)場施工。這既反映了執(zhí)行支助股對該項目的重視，也反映了專家的專門知識，同時確保了項目的質(zhì)量。

（二）測試和檢測單元的控制

由于基線長度和輸電線路沿線測試單位數(shù)量眾多，一些私人測試單位出于提供虛假信息的動機，盡管滿足了必要的資格要求。近年來，地方市場監(jiān)督當局進行了特別檢查，發(fā)現(xiàn)了這些問題。因此，在交付原材料之前，施工單位、監(jiān)理單位和施工單位必須共同選擇幾個符合道路要求的試驗單位，并組織有經(jīng)驗的專業(yè)監(jiān)理工程師選定的試驗單位和試驗單位之間的檢查訪問 審查試驗單元質(zhì)量體系的運行情況，最后共同確定符合要求的試驗單元。

（三）對所有業(yè)務(wù)點進行統(tǒng)一規(guī)劃

傳輸線的技術(shù)特點多種多樣，地形復雜多樣，環(huán)境氣候各異，基本模型和建筑圖紙不同。在開始工作之前，根據(jù)每個業(yè)務(wù)點的不同特點，有必要召開單一基地規(guī)劃會議，制定單一基地規(guī)劃控制措施、實施優(yōu)先事項、困難、預(yù)防措施和相應(yīng)的控制前措施設(shè)計參數(shù)，包括根部間隙值、基礎(chǔ)和挖掘截面尺寸、標高、鋼筋和土釘規(guī)格、數(shù)量等；混凝土組成報告，包括設(shè)計中每個操作點的混凝土強度等級，以及每個操作點的特定組成報告參數(shù)；原材料，包括每個作業(yè)點使用的原材料供應(yīng)商名稱、相應(yīng)的原材料檢驗批次和報告編號等；現(xiàn)場執(zhí)行人員的責任，包括執(zhí)行干事、質(zhì)量控制員、組等。

三、高性能混凝土施工質(zhì)量控制

（一）高性能混凝土生產(chǎn)方式及控制

現(xiàn)成混凝土的制造方法是當今常見的混凝土制造方法它具有一體化和現(xiàn)代化的特點，有利于綠色生產(chǎn)?，F(xiàn)成混凝土的制造應(yīng)確保產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量控制水平和生產(chǎn)質(zhì)量。根據(jù)測量設(shè)備的精度控制水平，控制原材料的實測偏差至關(guān)重要；混凝土攪拌時間應(yīng)足以保證攪拌質(zhì)量，從而減少混凝土質(zhì)量問題。高性能混凝土混合物應(yīng)具有良好的運行性能和均勻性，無分層、分離和泌尿系現(xiàn)象。在混凝土配制過程中，控制添加劑的使用非常重要。如果過量使用添加劑會導致混凝土的泌尿?qū)W，會對混凝土表面、結(jié)構(gòu)和內(nèi)部性能造成重大損害，也會對防腐產(chǎn)生不利影響。

（二）橋塔基本加固技術(shù)

輸電線路塔部分地基加固對整體輸電線路塔基礎(chǔ)施工質(zhì)量控制十分重要?？紤]到該國的面積和不同地區(qū)的土壤條件不同，鐵塔需要在加固地基之前仔細檢查加固地點的土壤條件。如果要在地面較薄的地區(qū)加固塔，工作人員在加固塔基礎(chǔ)時，必須使用澆筑的混凝土有效地加固地基，提高塔的最終質(zhì)量。

（三）預(yù)防措施

影響混凝土基礎(chǔ)施工質(zhì)量的因素很多，現(xiàn)場施工人員必須盡早選擇混凝土原料，避免使用高強混凝土，控制混凝土強度的增長速度，可能會合理延遲混凝土的驗收輸電線路混凝土基礎(chǔ)施工時，需合理設(shè)計基礎(chǔ)幾何，減少應(yīng)力，避免應(yīng)力集中；鋼筋以最小的間距和最小的直徑進行選擇，從而有效提高鋼筋混凝土的抗裂能力。施工方法設(shè)計合理，根據(jù)輸電線路混凝土基礎(chǔ)施工現(xiàn)場的實際情況選擇混凝土順序和振動方法，可用儀器實時監(jiān)測混凝土內(nèi)部的溫度和應(yīng)力變化保存混凝土時，應(yīng)避免在混凝土最高內(nèi)部溫度下進行澆筑，避免混凝土表面溫度迅速下降和裂縫；合理控制混凝土的保存時間，不任意延長或縮短；冬季氣溫低，混凝土表面由于環(huán)境原因容易開裂因此，輸電線路混凝土施工應(yīng)盡量避免冬季施工，混凝土施工時不應(yīng)盲目步調(diào)，應(yīng)嚴格遵循進度規(guī)劃；冬季施工是必要的，混凝土加熱時應(yīng)控制加熱溫度和濕度，以免混凝土內(nèi)部或加熱后溫度變化更劇烈，混凝土濕度更高，影響夏季天氣炎熱，混凝土中水分蒸發(fā)較快，養(yǎng)護過程中必須適當增加灌溉頻率，以保持一定范圍內(nèi)混凝土的內(nèi)部溫度和濕度。

四、原材料及試驗方法

（一）原材料和儀器

本試驗采用海螺集團中國水泥廠P·O42.5級水泥；粗集料采用5～25mm連續(xù)集配碎石，含泥量≤1%，表觀密度為2810kg/m3；細集料采用中砂，細度模數(shù)2.4，含泥量≤1%；采用江蘇蘇博特新材料股份有限公司的聚羧酸型高性能減水劑（液態(tài)），減水率約20%，固含量10%；采用江蘇蘇博特新材料股份有限公司的高性能低溫早強劑，主要為有機物類和亞硝酸鹽類復合而成；混凝土拌和用水為自來水。試驗過程中使用的主要設(shè)備有：冰柜、環(huán)境模擬試驗箱、溫濕度傳感器、壓力試驗機、坍落度筒、直尺、混凝土攪拌機等。冰柜可達到的模擬條件為-15～10℃，相對空氣濕度58%～62%，溫度均勻度≤1.5℃，溫度偏差±1℃，相對空氣濕度偏差±2%。環(huán)境模擬試驗箱可達到的模擬條件為-20～80℃，相對空氣濕度10%～100%，溫度均勻度≤1℃，溫度偏差±1℃，相對空氣濕度偏差±2%。

（二）試驗過程與方法

試驗過程：在相對應(yīng)的養(yǎng)護溫度條件下攪拌混凝土，測試新拌混凝土的工作性能，包括坍落度、擴展度等；成型后放置于對應(yīng)模擬環(huán)境養(yǎng)護，之后測試其7d、14d、28d抗壓強度。將處于-5℃、5℃、20℃的試樣設(shè)定為D、Z、G三組，每組包含C30、C40配合比的混凝土，設(shè)為D30-0、D30-3、D40-0、D40-3等。試驗方法：不同環(huán)境下混凝土工作性能測試依據(jù)GB/T50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》進行，混凝土抗壓強度測試依據(jù)GB/T50107—20102010《混凝土強度檢驗評定標準》進行。

五、低溫養(yǎng)護和復合早強劑對混凝土強度發(fā)展的影響

混凝土強度的增長主要是由于水泥不斷水化，相應(yīng)水化產(chǎn)物逐漸增加，而影響水泥水化程度的因素有很多，包括養(yǎng)護溫度、水膠比、外加劑、齡期等。在-5℃且不摻復合早強劑的情況下，由于水泥水化過程極其緩慢，在較短時間內(nèi)達不到此溫度下混凝土可繼續(xù)發(fā)展的最低強度，之后強度發(fā)展停滯，而加入3%的復合早強劑，能夠加速C3A的水化及水化物與石膏反應(yīng)生成鈣礬石的過程，使混凝土在1～3d內(nèi)快速達到其受凍臨界強度，即達到此強度混凝土方可持續(xù)水化、強度增加；高性能減水劑及復合早強劑，不僅有利于其早期強度的增長，更能保證后期混凝土強度不出現(xiàn)倒縮，對混凝土的耐久性能提升具有重要意義。

六、討論

（一）運輸時間和轉(zhuǎn)運高度差對混凝土工作性能的影響

混凝土的坍落度損失量隨著運輸時間的延長越來越大，損失速率也越來越快；混凝土的坍落度損失量隨著轉(zhuǎn)運高度的增加而變大，運輸時間對混凝土坍落度損失的影響高于轉(zhuǎn)運高度差對混凝土坍落度的影響?；炷吝\輸時間在40min內(nèi)且轉(zhuǎn)運高度差在3m內(nèi)，混凝土坍落度損失能控制在10%以內(nèi)；當混凝土運輸時間達到80min時，混凝土的坍落度損失比在15%～25%，此時混凝土的工作性能較差，不能直接用于輸電工程基礎(chǔ)的澆筑，需經(jīng)過后加外加劑及再攪拌等方式處理；而當混凝土運輸時間超過120min后，混凝土的坍落度損失超過35%，不能用于輸電工程基礎(chǔ)的澆筑。運輸時間加長，坍落度損失速率逐漸加快。主要原因是水泥水化水分逐漸被消耗，另一方面是因為水分的快速蒸發(fā)。而轉(zhuǎn)運高度差的增加會造成混凝土的漿體不能充分包裹住砂子和石子，容易造成離析現(xiàn)象，會致使混凝土的流動性變差，從而出現(xiàn)坍落度損失變大。

（二）微觀形貌和孔結(jié)構(gòu)表征

3d時混凝土的水化產(chǎn)物較多，直接成型的混凝土C-20-0的水化產(chǎn)物已經(jīng)開始密實堆積，而經(jīng)過轉(zhuǎn)運120min及轉(zhuǎn)運高度差為3m的混凝土C-20-6的水化產(chǎn)物還處于快速生長階段，針棒狀的AFt與呈團絮狀的C-S-H凝膠已經(jīng)初呈規(guī)模，但界面處還較為松散；28d時混凝土的水化產(chǎn)物布滿視野，混凝土C20-0的初步視野中可以看到密實堆積的Ca（OH）2及凝膠產(chǎn)物，混凝土C-20-6的水化產(chǎn)物堆積也比較密實，界面處還可看到一些未完全成長的凝膠層。因此也可驗證混凝土C-20-0所處各個齡期時的強度均高于混凝土C-20-6。隨著齡期的增長，C-20-0的最可積孔徑從3d時的77nm至28d時的50nm，C-20-6的最可積孔徑從3d時的80nm縮小至28d時的51nm，這表明水化在持續(xù)進行，水化產(chǎn)物在填充混凝土的內(nèi)部孔隙；C20-0的最可積孔徑在早期3d和后期28d都比C-20-6的最可積孔徑小，說明經(jīng)過轉(zhuǎn)運120min及轉(zhuǎn)運高度差為3m的轉(zhuǎn)運過程后，混凝土內(nèi)部的孔隙結(jié)構(gòu)受到一定影響，即大孔數(shù)量增加、小孔數(shù)量減少。

七、結(jié)束語

輸電線路的建設(shè)仍處于建設(shè)新設(shè)施的階段，在生產(chǎn)作業(yè)期間維護和保養(yǎng)基地的工作比較困難。有關(guān)研究表明，1990年代左右在鹽堿化地區(qū)建造的一些基礎(chǔ)設(shè)施在使用壽命之前受到了不同程度的破壞，在設(shè)計和建造基礎(chǔ)設(shè)施時沒有充分注意到基礎(chǔ)設(shè)施的可持續(xù)性。輸電線路基礎(chǔ)設(shè)施的可持續(xù)性問題在設(shè)計和使用高性能混凝土方面日益受到重視，這對于設(shè)計基本可持續(xù)性至關(guān)重要。