高原干熱條件下高性能混凝土施工養護研究

摘要：在高原地帶，由于天氣干熱、天空濕度低、紫外線輻射強以及水蒸發量大，保證水泥工程施工質量極其困難。為此，旨在探討C30、C60新型水泥的配方與施工過程中水膠比及保養要求對水泥硬度的影響，以期解決上述問題。研究表明：在相同配比條件下，采用干熱養護的水泥28d強度比標準養護環境高出43%～80%。因此，為了進一步提高混凝土的質量，建議采取遮蓋蓄水物、定時灌水和嚴格保濕養護方法，并相應增加水泥的設計硬度，降低水膠比。

關鍵詞：高原干熱條件"高性能混凝土"施工養護"配合比設計及參數

中圖分類號：TU755.7

Research"on"the"Construction"and"Maintenance"of"High-Performance"Concrete"Under"Dry-Hot"Plateau"Conditions

ZHANG"Yuxiang

Gansu"Engineering"Construction"Supervision"Co.，"Ltd.，"Lanzhou，"Gansu"Province，"730000，"China

Abstract："In"plateau"areas，"it"is"extremely"difficult"to"ensure"the"construction"quality"of"cement"projects"due"to"dry-hot"weather，nbsp;low"air"humidity，"strong"ultraviolet"radiation"and"high"water"evaporation."For"this"reason，"this"study"aims"to"explore"the"formulation"of"new"C30"and"C60"cement"and"the"effect"of"the"water-binder"ratio"and"maintenance"requirements"on"the"hardness"of"cement"during"construction，"with"a"view"to"solving"above"problems."Results"show"that"under"the"same"ratio"condition，"the"strength"of"cement"with"dry-hot"curing"for"28"days"is"43%-80%（請確認）"higher"than"that"in"the"standard"curing"environment."Therefore，"in"order"to"further"improve"the"quality"of"concrete，"it"is"recommended"to"adopt"the"curing"methods"of"covering"water"storage"devices，"filling"water"regularly"and"moisturizing"strictly，"increase"the"design"hardness"of"cement"and"reduce"the"water-binder"ratio"accordingly.

Key"Words："Dry-hot"plateau"condition;"High-performance"concrete;"Construction"Maintenance；Mixing"ratio"design"and"parameters

近年來，我國幾大主要高速公路建設運營受到了國際矚目，因此，一定堅守“高起步、高水平、嚴標準”的宗旨，在新建設高速公路施工過程中，需要從嚴把握，及時解決施工技術問題，保證質量，安全高效地開展建設和開發工作。為提高橋墩涵設計的耐久性、硬度、抗斷裂性和視覺質量，對高溫強風蝕環境下高性能混凝土的養護進行深入探討。

1高性能混凝土概述

隨著科技的進步，高性能混凝土已成為當今世界許多國家建設的重要材料，它不僅受到了材料科學與工程界的廣泛關注，而且被譽為跨越時代的新型材料。高性能水泥擁有出色的抗滲性和耐久性，使其壽命更長，但是由于溫度、濕度梯度的變化，無法有效抑制裂縫的產生，因此必須采取有效的施工技術和措施來確保其質量和性能[1]。

為了提升高性能混凝土的安全耐久，必須對其結構、建筑材料選用、環保要求、相配比規劃、機械和施工等進行全方位改善，并且應用更新工藝和建筑材料，以實現更高的安全性。

隨著技術的不斷發展，新式材料在世界范疇內得到了廣泛應用。尤其是在北美發達國家，如挪威和瑞典，路橋和高樓的建造都采用了新式材料，這不僅滿足了耐久和高強度的要求，而且還增加了輕質性能的要求，因為路橋上層建筑采用了輕質先進材料，可以減輕路橋自重，降低路橋底部建筑的成本，而且這種輕質高強度的材料已經在挪威的一些工程中得到了成功的應用[2]。目前，美國和加拿大正在推廣新式混凝土技術，以滿足建造工程對材料耐久的嚴格要求。

2"工程概況

高原地區的某鐵路第二雙線LXTJ7"標段工程，起止點位于DK1717+239～DK1751+657，總長度為"34.383km。在這個項目中，包括16個大型和小型的橋梁、49個大型和小型的涵洞以及5個隧道。使用了高效的混凝土進行設計，其使用壽命為100年。在這個標段中，風力等級必須達到9級，并且年度內的風力累積時間超過90"d，同時風蝕環境的等級也應為"M2"級。

3數據分析、對比試驗

3.1混凝土中心溫度與表面溫度對比試驗

經過對本標段后溝一號特大橋試驗墩現場的研究和工藝研究，發現凝土中心與混凝土表面溫差過大，導致裂紋的形成。為了處理這個問題，采取了兩個不同的保養模式：未加保溫材料養護、加保溫材料養護。經過這兩個模式的保養，得出了兩條曲線，具體如圖1所示。

3.1.1"未加保溫材料時溫度變化分析

當混凝土被灌入模具之后的60"h，橋梁的溫度迅速攀升，然而60"h過去了，這個溫度逐漸下滑，其表層與核心的溫度分別下滑到"12.95"℃與"52.61"℃。在480～960"h的時間段內，氣溫的下降速度相對緩慢，然而當進入960"h以后，氣溫的下降速度開始減緩，直至達到與周圍環境的氣溫一致。在60"h的建設過程中，此刻的核心溫度和表層溫度的差距達到了42.27"℃。然而，這并不算核心天氣與表層天氣之間很大的相應氣溫差別，200"h后，天氣差值來到了43.35"℃（超出了技術規范基準的較大溫差值20"℃），這表明天氣差距很大的時候并非天氣升到頂點，只是有所落下，因此在施工進程中，天氣差值的變化不會一直持續下去，反而會有所延長。由于升溫時，內外部氣溫差異較小，而降溫時，內在氣溫降低速率較慢，外表氣溫降低速率較快，所以，內部和外部的溫度差異非常顯著。經過對二期LXTJ7段的溫度梯度數據進行研究，得出結論，為了避免由于溫度波動導致的裂痕，需要針對該段的橋墩實行合理的保護方案。

3.1.2"加保溫材料時溫度變化分析.

在水泥澆筑到模具入模的50"h內，橋墩表面的溫度迅速升高，然而在50"h之后，溫度開始下降，960"h后，溫度降至34.90"℃，接下來，溫度下降的速度更為緩慢。從圖2可以看出，地面的氣溫與中央的氣溫的波動規律是一致的。經過50"h的灌注，地面的溫度上升至46.9"℃，而中心的溫度則攀升至69.85"℃。100"h的澆筑過程中，核心熱量和表面氣溫的溫度差異達到了24.10"℃。為滿足規定的條件，必須將墩體四周包裹上防水和保濕的物料。采取合理的防火材料，能夠明顯降低墩體的熱量分布，確保砂漿墩體的底部至頂端的溫度變化不超過20"℃，進一步符合相應的技術標準。

3.2"室內養護方式試驗

3.2.1"試驗環境與方法

為了保證LXTJ7段水泥在干燥、缺雨、強風、夏季高溫、降溫等戈壁環境中展現出優秀的抗裂性，以及在冬季、晝夜溫差、季節、硬度和耐久性較大的條件下，選擇了更加有效的維護策略。在標準條件下，對相同標號的混凝土樣品進行了脫模處理24"h后，再采用標準維護、包裹塑料薄膜（普通保養）和防水保濕（優化保養）3種保養方法，以獲得更高性能的水泥。這樣做不僅可以為現場保養提供理論支持，而且還能夠有效地提升水泥的抗裂性、堅硬和持久性。在各種的養護溫度條件下，對新型水泥開展了7"d、28"d、56"d的抗壓強度、56"d電通量和抗裂性試驗，以研究各種保養方法對其硬度、持久性和抗裂性的作用。

3.2.2"主要技術性能指標

采用"C35"級別的高強度混凝土和泵送法施工，本標段試驗墩的澆筑質量達到了最佳水平。

（1）環境條件："L1、T2、D2"、h2、m3，分別為氯鹽、碳化、凍融破壞、化學侵蝕和磨蝕，坍落度應控制在"140～180"mm之間。

（2）原料水泥：低堿水泥、S95級礦渣、F粉煤灰、細度模數Mx=3.0；粗水泥：由5～16"mm、16～31.5"mm的礫石顆粒按4∶6的比例配制而成，以滿足建設工程的要求。

（3）配合比設計及參數。

①按照《一般混凝土配合比設計方法》（JGJ"55—2000），確定水泥的使用能力，可以采用以下公式來表示：

fcu，0≥fcu，k＋1.645σ

按照相關驗收標準，σ的取值范圍應在C20～C40之間，且其值均為5"MPa，因此fcu的定值應為35+1.645×5=43.2MPa。

②按照要求，混凝土膠凝材料總量及水膠要求如表1。

為了提高水泥的耐久和工作性，本工程設計選用了礦渣粉和粉煤灰等礦物質摻雜材料，其摻量要求適當，以保證水泥的品質和特性[3]。

③通過測定混凝土中總堿含量和氯離子總含量來確定其質量標準。

在測定水泥的總堿含量中，必須包括水泥、礦物填充料、水泥外加物以及它的總堿濃度。其中，混凝土的堿濃度取決于其可溶堿濃度。粉煤灰綜合利用的可溶性堿濃度約為粉煤灰綜合利用總堿濃度的1/6。銀的堿溶濃度是普通硅酸鹽水泥粉的1/6。礦渣中總堿濃度約占2%微硅粉可溶性堿濃度約占2%混凝土中總堿含量不應超過3.0"kg/m3。

計算建筑材料中氯粒子總濃度時，應考慮建筑材料、金屬摻合料、粗骨材、細骨材、外加藥和水的總和，但不得超出膠凝材料總數的0.10%，具體參見表2。

④混凝土拌合物性能。

基于前人研究的結果，對混凝土拌合物進行了性能測試，并根據坍落度調整了水量。經過大量實驗，發現所選擇的配合比能夠滿足要求[4]。

⑤經過嚴格的配合比試驗，混凝土的力學性能和耐久性能得到了顯著改善，具體表現為7"d、28"d、56"d抗壓強度和56"d電通量，以及28"d和56"d抗裂性，詳細結果見表3。

⑥理論配合比確定。

經過多次實驗和環境因素的考量，《旅客專線高性能混凝土施工暫行方法條款》（科技基〔2005〕101號）的內容得到了充分落實，最終確定混凝土（C35）配合比如表4所示。

3.2.3"不同養護方式實驗結果與分析

（1）混凝土強度和氯離子滲透阻力（電通量）的測試結果用普通橡膠包裹，并用50％和20"℃的相對土壤的保溫和透水層土包裹。如果測量是通過，在溫度低于20"℃、濕度高于50%時，同種塑料包裹保護的水泥層硬度明顯低于現場規范標準水泥，可達到標準。硬度應從狀態；覆蓋固化水泥保溫保濕層的硬度非常好，遠遠超過國標覆蓋固化水泥的可塑層。經科學研究證實，保溫保濕層對石材硬度的提高有著重要的影響，因為它不僅可以在水泥體內起到控溫降溫的作用，還可以增加石材的濕度。水泥通過吸收環境溫度。土工布中的水分，使水泥充分水化。通過覆蓋塑膠膜或保溫保濕膜的保養方法，可以顯著減少水泥的電通量，但是采用保溫保濕膜的保養方法，可以更有效地提高水泥的抗滲性，從而達到更好的使用效果。

（2）相對濕度"50%、-"5～15"℃條件下未包裹、包裹普通塑料薄膜、包裹保溫保濕膜3種條件下混凝土強度、抗氯離子滲透性（電通量）測試值。經過研究，在-5～15"℃、相對濕度50%的正負變溫條件下，用塑料薄膜覆蓋保護的混凝土質量顯著不如正常混凝土，表明環境條件較大的氣溫變化會干擾混凝土的強度提高。所以，可通過覆蓋保護層的方式，有效增加混凝土的強度。覆蓋了保溫性能膜的混凝土都有很大的抗拉強度，尤其是在早期強度提高方面，這些都高于了覆蓋塑料薄膜保護的標準混凝土。在-5～15"℃、相對濕度50%的狀態下，不管使用了什么保溫材料包裹混凝土，其56"d電通率都超過了標準保護混凝土。經過研究的證實，科學研究表明：正負變溫對砂漿的功能開發有著巨大的不良影響，而使用防水保濕膜包覆保護的砂漿，其電流動性明顯少于使用玻璃膜包覆保護的砂漿，這說明防水保濕膜可以有效地維持膜內的水溫和濕氣[5]，從而使砂漿在極端變溫情況仍能保持較低的電流動性，從而提高其抗氯離子穿透功能。

（3）相對濕度50%、溫度-10～20"℃條件下未包裹、包裹普通塑料薄膜、包裹保溫保濕膜3種條件下混凝土強度、抗氯離子滲透性（電通量）測試值。經比較，在-10～20"℃、相對濕度50%的環境條件下，混凝土強度低于熱處理工藝，說明溫變不適合混凝土的養護。因此，為了提高混凝土的強度，可以采用薄膜纏繞的工藝來達到一定的改善效果。包裹絕緣材料的混凝土比包裹塑料的石頭更堅固，尤其是在早期生長強度方面。與-5～15"℃的溫度相比，-10～20"℃的不均勻溫度對混凝土性能影響較大，且溫度低于樣作物。在-10～20"℃和"50%"相對濕度的情況下，當石材固化時，即使是用于包裹石材的材料也比標準石材處理多了"56d"的電量。科學研究表明：在變溫條件下，使用防水保濕膜維持房屋的電流速明顯少于使用覆蓋塑膠布防護的房屋，這表明防水保濕膜能夠有效地維持膜內的水溫和濕氣，從而有效地提升房屋的抗氯離子穿透特性，即使在極端的變溫條件下也能夠保持較低的電流速。

3.2.4"不同環境中的保養方式

在耐久性測試中，使用了抗裂環，并在拆模后依次使用塑膠膜包覆和防水保濕材質包覆的保養方法。在室內保養7"d后，將混凝土移至室外保養28"d，觀察并測量開裂情況。結果表明，無論是標準養護還是覆蓋一般塑料薄膜保養，都會發生不同的開裂。然而，使用包覆保溫保濕膜維護的建筑物不會發生開裂，這證明使用包覆保溫保濕膜維護能夠避免開裂的發生。采取措施防止裂縫的產生。

在戈壁環境中，由于干燥、少雨、強風、夏季高熱和冬季降溫，晝夜溫度巨大，常規養護方式難以保證拆模后的高性能水泥具有足夠的硬度、耐久性和抗裂性。采取包覆保溫保濕膜的保養方法，可以有效調節建筑物內在核心環境溫度和外表環境溫度相互之間的差異，使其不高于20"℃的規范要求；此外，在相應氣溫50%、20"℃的情況下，這種保養方法的混凝土強度比標準保養和包覆一般塑料薄膜保養的建筑物更高，而電流量則更低[6]。

在濕度較高的環境中，建筑物的硬度會受到溫差的影響。在相對濕度為50%、-5～15"℃、-10～20"℃的條件下，采用包裹防水保濕膜的保養方法可以提高建筑物的硬度。然而，這種方法并不能保證房屋的緊密性，因為材料水化速度較慢，反映不充分。相比之下，采用其他保養方法的房屋在各個齡期的能力都會提高。隨著電流量的顯著降低，采用包裹保溫保濕膜維修的房屋在嚴酷的風、溫度極大的戈壁環境中，能夠更有效地滿足高度和緊實性的要求，遠高于以往采用的普通材料薄膜養護方法。

4結語

總而言之，混凝土施工養護雖然是保證施工質量的其中一個小環節，但對設計和施工的質量控制尤為重要，需要給予重視。本文主要從施工過程中，從嚴把握及時解決施工技術問題，保證質量，安全高效地開展建設和開發工作為前提，深入探討了高原干熱條件下高性能混凝土施工養護方法，在找出影響混凝土施工質量問題的因素后，針對溫度和室內養護方式兩個變量進行實驗，從硬度、耐久性和抗裂性找出提高混凝土施工養護的方法，為提高施工質量提供理論支持。

參考文獻

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[2]"陳正，陳犇，鄭皆連，等.青藏高原低氣壓環境下鋼管混凝土的核心混凝土密實性評估方法研究[J].土木工程學報，2021，54（8）：1-13

[3]"徐翔波，于泳，金祖權，等.養護制度對超高性能混凝土微觀結構和力學性能影響的研究綜述[J].硅酸鹽通報，2021，40（9）：2856-2870.

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[5]"呂志軍.基于混凝土碳化性能的不同養護條件下粉煤灰臨界摻量[J].石家莊鐵道大學學報，2022，35（2）：53-59.

[6]"LI"J，LI"X"，GAO"J，et"al.Micro-scale"Fragmentation"of"the"Alpine"Meadow"Landscape"on"the"Qinghai-Tibet"Plateau"under"External"Disturbances[J].Catena，2021，201（4）：105220.