低温环境下预拌混凝土试验性研究及应用

张 杰

（上海电力建筑工程有限公司，上海 200437）

我国气候属于大陆气候，冬季有寒流袭击，气温变化频繁。在冬季施工过程中，不稳定的因素很多，工程质量不容易控制，混凝土工程的施工更是难以控制。混凝土工程是所有建筑工程中最重要的一部分，它直接涉及主体结构的安全性。新浇筑的混凝土一旦受冻，混凝土的质量将无法保证。为了给冬季混凝土施工创造一个正温养护环境，常常采用材料预热、保温、养护期间加热等措施，这些措施使得施工技术更加复杂，费用也更加昂贵，对能源供给的要求也较高。严寒地区高性能混凝土的冬季施工技术研究及综合运用工程实例调查、前期试验分析、资深专家论证、现场监控量测，信息反馈，指导施工研究、技术成果整理等研究方法。

1 主要实施基本技术要求

平山冷却塔筒壁冬季施工期间拟采用电加热法对混凝土进行加热养护，防止混凝土遭受冻害，并尽可能早的获得强度，满足现场拆模及爬模的提升施工要求。混凝土浇筑采用固定泵泵送，泵管长度达到400 m。要求在低温环境下，混凝土在远距离输送过程中或其他突发情况下，混凝土还有泵送能力并且不被冻，最终完成混凝土入模的浇筑工作，入模温度不低于5℃。根据GB 50573—2010《双曲线冷却塔施工与质量验收规范》，采用爬模工艺施工时，自浇筑层向下第一节、第二节、第三节混凝土强度应分别达到4 MPa、9 MPa、12 MPa。对应现场爬模工艺，要求混凝土拆模时，拆模强度达到4 MPa；第三节的挂点受力位置，混凝土强度达到12 MPa。

2 环境工况模拟

根据安徽淮北冬季历史气温情况，从11 月份开始进入到零下温度天气，冬季常态温度均在冰点以下，近两年冬季极低温度为-7℃～-9℃，所以我们租赁了当地冷库中心，人工营造了可控的环境温度。冷库每天凌晨3点和下午3点左右开始降温，到达-13℃后停止降温，实测环境温度整体保持在-13℃～-2℃[1]。

3 原材料的选用及要求

3.1 粗、细骨料

符合国家标准要求的砂石材料，为防止冬季期间，骨料含有冰、雪及冻块，砂、石的存储采用全封闭式棚结构料仓，定时做好环境气温和各项材料温度观测，保证仓内温度不低于0℃。

3.2 水泥

选用宿州海螺普通硅酸盐水泥，强度等级P.O42.5，其技术质量符合国家规范的有关规定。最好当天进料当天使用，利用水泥的热度使水化热的时间延长（水泥不得直接加热）。

3.3 粉煤灰

选用F Ⅱ级粉煤灰，其技术质量符合国家规范的有关规定。

3.4 拌合用水

采用预热水的方法。凝土搅拌前准备足量且符合国家规范的热水，水温最高温度控制为60℃，以提高混凝土出机温度。

3.5 外加剂

采用上海元顺聚羧酸系高性能减水剂和粉状聚羧酸系专用防冻剂2 种外加剂；防冻剂配制成规定浓度溶液，然后根据使用要求，用规定浓度溶液再配制成施工溶液。各溶液分别置于明显标志的容器内，不得混淆，每班使用的外加剂一次配成。配制与加入防冻剂设专职试验员负责并做好记录，严格按试验配比结合生产厂家技术要求掺入。使用时随时测定外加剂温度，并根据温度变化用比重计测定溶液浓度。当发现溶液浓度有变化时， 加强搅拌直至浓度保持均匀为止[2]。

4 配合比的设计及抗冻试验

根据冷却塔施工特点，不仅仅是保证混凝土不受冻、无色差，还需要早期强度高来满足拆模要求。

4.1 配比验证

首先我们使用表1。夏季在用配比在-15℃～-5℃时没有掺加防冻组分的外掺料进行配比试验（此配比混凝土泵送距离已经达到270 m，坍落度在200 mm～220 mm，泵送损失20 mm）。

表 1 夏季在用配比

4.2 混凝土拌和性能

在-15℃～-5℃时没有掺加防冻组分的混凝土和易性很好，但是防冻效果很差，见表2、表3。

表2 和易性情况

表3 抗冻情况

4.3 试验调整及对比

由于表1 配比试验不能满足试验要求，现将配合比进行调整（见表4），且对调整后配合比的拌合物性能进行对比，详见表5、表6。

表 4 纯水泥施工配合比

表5 抗冻混凝土拌和性能对比

表6 抗冻混凝土低温养护下试块强度增长跟踪对比表

5 试验心得

5.1 防冻组分的局限性

通过这次试验防冻组分掺量按胶凝材料的用量的百分比有很大局限性。如果是在-15℃的时候，低标号（例如C15）那么防冻组分就不够，达不到防冻的效果。所以要根据当地温度的情况，进行试拌确定防冻组分的掺量[3]。

5.2 温度的影响

温度对加了防冻组分的混凝土也有很大的影响，当温度偏高时（保持10℃以上），掺防冻组分混凝土都会有明显的干缩，冬季时并不是每天都在0℃以下，所以使用防冻组分时要注意根据温度来调整合适掺量。

5.3 防冻组分的影响

防冻组分对混凝土的和易性影响比较明显，当防冻组分掺量过大，混凝土用水量会明显增加，干缩很快，出浆率很低，坍损严重，缩短凝结时间，严重影响了泵送效果。但对于冬季现浇混凝土有很大帮助。

6 生产过程中对混凝土拌和、运输温度控制措施

6.1 搅拌机的保温措施

冬季施工混凝土的搅拌时间一般为常温的1.5 倍。在拌和时要求对拌和机械进行预热，且混凝土入模浇筑温度不低于5℃；拌和上水管道及外加剂管道采取聚氯酸泡沫缠绕进行保温；搅拌设备在配料、卸料、转运及皮带机廊道各处增加保温措施。

6.2 运输温控

混凝土运输采用搅拌车运输，为了减少拌制好的混凝土在运输过程中的热量损失，在搅拌车的筒体外侧应增加保温的特制棉罩，使混凝土在运输过程中的热量损失减少。混凝土运至现场时温度不小于8℃，入模温度不低于5℃。

6.3 养护室的温控

混凝土成型室温度20±5℃；混凝土标准养护室温度（20±2）℃，湿度不小于95%；水泥室温度20±3℃，湿度为60%～80%。

7 混凝土浇筑控制措施

混凝土浇筑前，应清除模板和钢筋上的冰雪和污垢。为保证混凝土浇筑质量，应选择气温相对较高的白天进行混凝土浇筑。浇筑中应加强混凝土振捣，振捣棒应垂直插入，快插慢拔，每层混凝土控制在30 cm 左右，振捣棒移动间距控制在25 cm～30 cm，做到不漏振、不过振，确保混凝土密实。混凝土密实的标志是混凝土不再下沉，表面变得平坦并泛浆。在浇筑过程中，应采用保温被对混凝土进行覆盖保温，必要情况下采取特殊措施。

8 结语

在建筑工程中，冬季气温低，常常给混凝土施工带来许多问题。我国气候条件的差异尤其是在北方，冬季长达几个月的寒冷气候，给混凝土工程施工带来了很多困难。所以，在这种环境下进行施工时，一定要采取一些特殊的施工防护措施，以保证工程的正常施工。此外，在冬季施工中，长时间的持续负低温，较大的温差、降雪和反复的冰冻，经常造成建筑施工的质量事故。跟据资料分析，大部分的混凝土工程质量事故发生在冬季。但是由于施工工地受工期制约，许多工程的混凝土冬季施工是不可避免的。对于需要安排在冬季施工的混凝土工程，必须根据现场实际情况采取切实可行的技术措施来提高混凝土工程的施工质量，从而确保整个工程的质量。