探讨高寒高海拔地区水利工程施工提高混凝土强度的措施

【摘要】在地处干燥、多风、夏季高温、冬季严寒、气候年较差悬殊、日较差明显的高寒高海拔地区的水利枢纽导流洞工程施工过程中，顺利解决混凝土施工失水快、易干缩；粘性强、收面难；养护要求高、易裂缝等施工难题。是我们长久以来研究的主要项目之一，本文就抗冲磨混凝土施工技术的适用高寒地区水工建筑物溢流面及其它部位做出了重要的探讨。

【关键词】高寒高海拔地区，水利工程，提高混凝土强度

中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：

一.前言

我国许多地区海拔较高而且有较长的寒冷季节。由于受工期制约，一些水利工程的混凝土冬季施工是不可避免的。按照《水工混凝土施工规范》规定，凡工程所在地区气温处于下述规定范围，即进入低温季节施工时期：一，寒冷地区的日平均气温稳定在5摄氏度以下或最低气温稳定在零下3摄氏度以下时；二，温和地区的日平均气温稳定在3摄氏度以下时，由于混凝土工程在水利工程中所占的地位，对工程质量和安全起到至关重要的作用，因此，做好水工混凝土冬季施工控制工作尤其重要。

二．高寒高海拔地区混凝土施工原理及影响因素

当室外日平均气温连续5天低于5摄氏度或最低气温连续5天稳定在零下3摄氏度以下时的混凝土施工称为冬季施工。冬季施工时，气温低，水泥水化作用减弱，新浇筑混凝土强度增长明显延缓，当气温降至0摄氏度以下时，水泥水化作用基本停止，混凝土强度也停止增长。新浇混凝土中的水可以分两部分：

1、是吸附在组成材料颗粒表面和毛细管中的水化水，这部分水能使水泥颗粒起水化作用；

2、是存在于组成材料颗粒空隙之间的游离水，它只对混凝土浇筑的和易性起作用。

从某种意义上说，混凝土强度的增长取决于在一定温度条件下水化水与水泥的水化作用以及游离水的蒸发。因此，混凝土强度增长速度在湿度一定时就取决于温度的变化。特别是气温降至混凝土冰点温度以下时，混凝土中的游离水开始冻结，气温降至零下4摄氏度时，水化水开始冻结，水化作用开始停止，冻结后的水体积膨胀约8%一9%，在混凝土内部产生冰胀应力。这个应力值常常大于水泥石内部形成的初期强度值，使混凝土内部产生微裂缝，同时降低了水泥砂浆和钢筋之间的黏结力，导致结构强度和耐久性降低。特别是新浇混凝土在养护初期遭受冻结，当气温恢复到常温后，即使常温下养护到一定龄期，也不能达到其设计强度，这就造成了混凝土的早期冻害。

由此可见，在冬季混凝土施工中，水的形态变化是影响混凝土强度增长的关键因素。通过实验证明，混凝土抗压强度不仅受水的形态变化、组成材料品种、质量和配合比的直接影响，还受称量偏差，混凝土拌和、人模与振捣的间接影响，因此，为了保证混凝土抗压强度和工程质量，必须采取相应的措施控制上述因素的各种影响。

三.关于高寒高海拔地区水利工程施工的思考

1.土方工程。土方工程应避开冬季施工，如果由于其它原因必须在冬季施工，那就应制定详尽的施工计划，以及选择有针对性的施工技术，组织完善施工安排，保证在最短的时间内完工。

预防土方地基下的冻土层，它会导致地基融沉。即使在春季进行土方开挖，但地底下还是会有冻土层，如果施工人员缺乏对冻土层的了解，就容易将开挖基础放在过厚的冻土层上，而在施工的几个月内，冻土层会慢慢解冻，融化的冻土层会导致地基变形，加上地基内有各种土质，变形的程度和方式也有不同，冻土层融化的时间也不同，这几方面原因综合影响，土方地基就会出现裂缝或者塌陷。为了解决这一问题，需注意：在冬季施工时，留有一定的冻土层是允许的，但施工单位还要根据地基土的融沉性来确定残留的冻土层，必须保持在合理范围内，如果超出范围，就会出现裂缝。

2.加紧时间在土方开挖后进行基础施工，预防地基受冻。如果在土方开挖后没有及时进行基础工程建设，就容易导致基槽受冻。由于土质的不同，基槽冻深也不同，基础工程施工在冻土层上进行，如果冻土层太厚，当冻土解冻后，地基就会出现上文所述的变形，主体结构出现裂缝。解决措施就是抓紧时间施工，预防基槽的受冻。

3.持续做好回填土工作，预防基底受冻。如果使用不合规定的冻土块和冻土含量大的土块进行回填，待冻土融化后，仍然会出现沉陷的问题，冬季冻土的硬度大，回填土需要的土块也较大，一旦冻土解冻，就会出现陷坑。为此，施工单位最好不要采用冻土回填，在回填时，应使用准备好的暖土，或者待冻土融化后加温也可以使用。室外基坑或管沟可用含冻土块的土回填，冻土块体积不超过填土总体积的15%。

四.提高混凝土强度的措施

1.保温

根据现场实际情况和砼施工的特点，施工时采用的是暖棚蓄热、蒸汽锅炉加热原材料加热的施工方法。具体方法：

（一）为保证砼的浇筑温度，搅拌站、砂石料场、水闸基坑处均搭设保温大棚。

（二）搅拌站用水采用蒸汽加热，水闸大棚采用暖气排管加热，砂石料加热采用热地垄的方法。

（三）砼运输采用泵送或混凝土罐车的方式，输送泵管道用防寒毡包裹保温。

2.混凝土配合比设计

为了高质量的完成施工任务，结合高寒高海拔地区的施工特点，砼标号为C30，我们进行了混凝土配合比设计：根据大体积砼的施工特点及冬季施工环境温度低、砼输送方式采用泵送或混凝土罐车等实际情况，首先进行原材料选取，并将水泥用量、粉煤灰用量、砂率、缓凝剂掺量四个因素做了水平正交试验，然后进行极差分析，确定了合理的混凝土配合比。为了做到万无一失，施工前进行了大体积砼温度模拟实测，对边长为0.5m、1m、1.5m、2m的立方体试件进行了温升模拟试验，从而确定水闸大体积砼实际施工时的合理方案以及最佳配合比。

(一) 原材料确定

水泥采用祁连山牌P.O42.5水泥，细集料采用中砂。

粗骨料采用青海当地碎石，外掺料采用增钙粉煤灰。外掺剂采用外加剂。

（二） 混凝土配合比设计

原材料确定后，对水泥用量、粉煤灰用量、砂率、缓凝剂掺量四个因素进行水平正交试验，绘制了水平正交试验结果曲线：

根据曲线确定了最佳配合比水泥用量为310kg/m3，粉煤灰掺量为占水泥质量的35%，砂率为36%，缓凝剂掺量为占水泥质量的0.25%。

（三）施工前大体积混凝土温度模拟实测

施工前分别对边长为0.5m、1m、1.5m、2m的立方体试件进行了温升模拟试验。通过对模拟试验数据的分析可知，采用此最佳配合比，可有效的推迟水化热温升峰值的出现，同时大大降低了水化热峰值，这对于保证大体积砼不产生温度裂缝是极其有利的。

3.混凝土防裂措施

混凝土施工时，如何控制混凝土的内外温差和温度变形而造成的裂缝是施工控制的关键问题。同时混凝土的防裂问题也是渠道、水工建筑物施工中的一大技术难题，寒冷地区混凝土冬季施工的防裂更是难上加难，为此我们进行了混凝土温度裂缝控制问题试验研究。施工时采取了 “内降外保”的施工技术及先进的温度测控技术。所谓“内降”，就是在保证砼强度及品质的前提下通过降低水泥用量、加入外掺料和外掺剂、降低砼入模温度，分层浇筑、布设冷却水管等措施来降低砼的内部温升。

4.采用先进的温控技术

为了得到精确的测温数据，掌握温升与温降规律，更好的指导施工，采用热电偶和高精度的多功能多点温度测试仪进行全过程的温度测控。

实践证明以上各项施工技术措施是行之有效的，经业主、监理、设计、施工单位的共同努力，香磨山灌区2011年度续建配套与节水改造工程水闸大体积砼施工达到了预期效果，未产生温度裂缝，强度达到了设计标号。以上技术的成功采用，为今后类似的工程提供了详实可靠的第一手资料，并且通过本次试验研究以及在水闸大体积混凝土施工的应用，为在寒冷地区解决大体积混凝土温度裂缝问题，增加混凝土的耐久性，探索出了一条可行之路。

五.结束语

水利工程是国计民生的重要工程，而在冬季施工也是无法避免的事，如果不提前准备和防范，就会影响工程进度和质量，并在冬季施工后留下安全隐患，因此，施工单位要提前做好准备，在施工中注意各项技术和材料的安排，保证工程的施工质量。

参考文献：

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[6]高楠瑜 浅谈高原高寒地区水工混凝土冬季施工的质量控制措施福建建材2012-05-28期刊