高寒地区混凝土结构施工技术与质量控制

高寒地区混凝土结构施工技术与质量控制

朵永福

中国水利水电第十一工程局有限公司，河南 郑州 450000

摘要：本文对高寒地区混凝土结构施工技术与质量控制进行了探讨，结合实际情况提出了一些相应的解决方案和建议。论文首先介绍了高寒地区特殊气候条件下混凝土施工的困难与挑战，然后详细阐述了混凝土结构施工的关键技术和质量控制措施。以期为今后高寒地区混凝土结构的施工与质量控制提供借鉴和参考。

关键词：高寒地区；混凝土结构；施工技术；质量控制

高寒地区气候恶劣、海拔高、温差大，在混凝土结构施工中会遇到一系列问题，如混凝土开裂、冻胀损坏等。在此环境下，施工工作不仅需要技术水平和施工经验，还需要科学的施工管理和有效的质量控制。如何保证混凝土结构施工质量，提高工程可靠性和安全性是当前亟待解决的问题。

1.工程概况

三金考拉水电站位于尼泊尔北部的高寒地区，根据工程需求和地质条件，采用了混凝土结构进行建设，如图1所示。该电站是一座径流式水电站，没有调节能力。正常蓄水位为3391.00m，设计引用流量为9.3 m3/s，装机容量为78MW，年发电量为412.4 GWh。该工程的主要枢纽建筑物包括溢流坝、冲砂闸、取水口和挡水坝等。溢流坝采用混凝土重力坝结构，长度为16.5m，高度为18m，基础置于基岩上。表孔溢流面采用C35抗冲磨混凝土和抗裂性能较好C25砼。内部采用C15混凝土。溢流坝和冲沙闸护坦表面均采用厚0.5m的C35抗冲磨混凝土，下部为1m厚的C25混凝土。引水隧洞采用“一坡到底”的布置格局，隧洞开挖断面3m×3m，永久支护锚喷厚10cm、钢筋混凝土衬砌厚不低于0.3m。

图1：流域开发示意图

2.高寒地区特殊气候条件下混凝土施工的困难与挑战

高寒地区的特殊气候条件会给混凝土施工带来一些困难和挑战。常包括以下几方面：①低温影响：高寒地区的冬季气温极低，甚至可能达到零下几十摄氏度。这会导致混凝土凝固和强化过程受阻，增加了施工时间和难度。低温还会降低混凝土的早期强度发展速度，可能导致质量问题。②冻融循环：高寒地区常常发生冻融循环现象，即水在温度变化下冻结和解冻。这会对混凝土结构产生很大的影响，因为水的膨胀和收缩会引起混凝土开裂和破坏。③冰冻土壤：高寒地区的土壤通常含有大量冰冻物质，如冰冻土壤和冻土。这些冻结物质的存在会导致土壤的膨胀和收缩，增加了地基的不稳定性，影响混凝土结构的安全性和稳定性。④供水问题：在高寒地区，供水和水的处理难度都很大。由于冬季气温低，水源可能会被冻结，给施工现场的供水带来困难。另外，高寒地区的水质通常较差，需要进行处理和过滤才能用于混凝土施工。⑤保温措施：为了确保混凝土的正常凝固和强化，需要采取额外的保温措施，如使用保温材料、加热设备等。这增加了施工的复杂性和成本。

3.高寒地区特殊气候条件下混凝土施工的关键技术

3.1预热混凝土原材料

在进行高寒地区混凝土施工之前，对原材料进行预热处理是一项重要的措施。水、沙子、骨料等原材料在低温环境下容易受到冻结影响，从而降低混凝土的质量和强度。首先，水作为混凝土中的重要组分，其温度对混凝土的凝固和强化过程有着关键影响。在低温环境下，如果使用冷水配制混凝土，会导致混凝土温度迅速降低，延缓水泥的水化反应，并可能引起冻结问题。因此，在施工前需要对水源进行预热处理，通过加热设备使其保持适宜的温度。这样可以确保在混凝土配制过程中使用温暖的水，促进水泥的水化反应，提高混凝土的早期强度和整体质量。其次，沙子和骨料也需要进行预热处理。在低温环境下，沙子和骨料容易受到冷却效应的影响，导致混凝土的温度快速下降，减慢凝结和强化过程。为了防止这种情况的发生，可以采用蒸汽或加热设备对沙子和骨料进行预热，将它们的温度提升到合适的水平[1]。这样可以消除材料的冷却效应，减少混凝土温度下降的速率，提高混凝土的施工性能和早期强度。

3.2使用抗冻剂

抗冻剂可以改变水的结冰行为，降低混凝土冻结点，从而有效防止水在低温下的结冰膨胀对混凝土的损害。具体而言，抗冻剂中的化学成分可以与水分子结合形成一种稳定的复合物，降低水的结冰点。这使得混凝土在低温环境下仍能保持一定的流动性和塑性，减少水分的结冰膨胀对混凝土内部的压力影响。同时，抗冻剂还能提高混凝土的强度和耐久性，保证在低温下混凝土的使用性能。在实际应用中，需要根据混凝土的设计要求和施工条件选择合适的抗冻剂类型和用量。抗冻剂通常在混凝土配制过程中与水或混凝土掺合料一起搅拌均匀。

3.3控制混凝土的水灰比

由于低温环境下水分易于结冰，过多的水分将导致混凝土的冻胀破坏和开裂。因此，需要采取一些措施来适应这种气候条件。首先，可以通过降低水灰比来减少混凝土中的水分含量。在高寒地区，可以选择较低的水灰比，以减少混凝土中所需的水量。这样可以降低混凝土的流动性，但仍需保持能满足浇筑和施工的要求。其次，使用减水剂是一种常见的方法。减水剂能够降低混凝土中的水分含量，同时保持混凝土的流动性。这样可以在确保混凝土工作性能的同时降低水灰比，提高混凝土的强度和耐久性。减水剂还可以改善混凝土的抗冻性能，减少冻胀风险

[2]。此外，为了进一步优化混凝土的性能，在高寒地区可以考虑采用其他措施，如使用防冻剂和改良剂。防冻剂可以降低混凝土的冻结点，提高抗冻性能。改良剂可以改善混凝土的抗冻、抗裂和耐久性能。

3.4保温措施

在施工现场采取保温措施，如搭建临时保温棚、使用保温材料覆盖混凝土构件等。保温棚可以提供一个封闭的环境，防止冷风和低温空气直接接触混凝土构件。这有助于防止混凝土的过早失水和过快冷却。同时，保温棚还可以提供一定程度的保温效果，减缓混凝土的温度下降速率，有利于凝固和强化过程的进行。常见的保温材料包括保温毯、泡沫塑料板等，如图2所示。通过覆盖保温材料，可以减少混凝土与外界环境的热交换，减缓混凝土的温度下降速率。这样可以延缓混凝土的凝固时间，促进水化反应的进行，有利于混凝土的强度发展和早期强度的提高。

图2：保温棚及保温材料

3.5加热混凝土

在高寒地区的特殊气候条件下，对施工现场的混凝土进行加热是一种常见而有效的保温措施。通过使用加热设备，可以提高混凝土的温度，促进混凝土的早期强度发展，缩短施工周期，并减少低温对混凝土性能的不利影响。加热混凝土的过程中，可以使用各种类型的加热设备。常见的加热设备包括：①加热器：加热器是一种通过燃烧燃料或电力产生热能的设备，可以提供高温热风或直接加热混凝土原材料。例如，燃气加热器、油加热器和电加热器都可以用于加热混凝土的水源、沙子和骨料。②加热管道：加热管道是一种通过循环加热介质（如蒸汽或热水）将热量传递给混凝土的设备。加热管道可以埋入混凝土配制区域或与混凝土搅拌设备相连，以提供恒定的热源。这种方法可以使整个混凝土体系保持温暖，促进水泥的水化反应[3]。③加热毯：加热毯是一种灵活的电加热设备，可以覆盖在混凝土表面或其周围，提供局部或整体加热。加热毯可以根据需要调节温度，并能够有效地提供稳定的热源。④蒸汽喷雾器：蒸汽喷雾器是一种利用蒸汽直接加热混凝土的设备。通过将蒸汽喷洒到混凝土表面或混凝土配制区域，可以迅速提高混凝土的温度。这些设备可以为混凝土提供热源，将热量传递给混凝土构件，提高其温度。加热设备通常与临时保温棚结合使用，以形成一个封闭的保温环境，最大限度地减少混凝土与外界环境的热交换。通过加热混凝土，可以带来多重好处。首先，加热可以促进水化反应的进行，加快混凝土的硬化和早期强度发展，从而缩短施工周期。其次，加热可以减少低温对混凝土性能的不利影响，降低冻胀和开裂的风险。此外，加热还能提高混凝土的抗压强度、耐久性和综合性能，使其更适应寒冷条件下的使用要求。在加热混凝土时，应注意控制加热温度和加热时间，避免过高的温度引起混凝土的剥落或质量问题。

3.6注意施工时间安排

为了避免极端低温对混凝土的不利影响，应尽可能选择天气较暖和的季节或者气温较稳定的时段进行混凝土施工。首先，选择天气较暖和的季节进行混凝土施工可以有效缓解低温对施工过程和混凝土性能的不利影响。在这样的季节，环境温度相对较高，有利于水化反应的进行和混凝土的早期强度发展。同时，气温升高也可以减少冻胀和开裂的风险，提高混凝土的耐久性[4]。其次，尽量选择气温较稳定的时段进行混凝土施工。如果天气条件经常出现大幅度的气温波动，会对混凝土的养护和强度发展造成不利影响。因此，最好避免在这种时段进行混凝土施工，以免给混凝土带来负面影响。稳定的气温可以保证施工过程的稳定性和混凝土的性能稳定性。尼泊尔早晚温差较大，晨间10℃左右，中午会升至25℃；四月至九月为雨季（夏季），其中四、五月气候尤其闷热，最高温常达36℃，且三金考拉水电站位于高海拔地区，昼夜温差更大，因此，混凝土的施工应当集中的白天温度较高时段。在施工时间安排时，还需注意天气预报及当地气象部门的建议。及时获取天气信息，了解气温变化趋势和极端天气的出现可能性，便于合理安排施工时间。

3.7地基处理

由于高海拔地区降雨量、融雪以及地下水位较高，岩石和土壤中含水量较高。当环境温度下降时，水分会冻结，导致岩石和土壤膨胀并可能开裂。此外，高海拔地区的地质结构通常存在孔隙和裂缝，这些空隙可以容纳更多的水分。当温度下降时，水分在孔隙和裂缝中冻结，会导致地质结构破裂和变形。例如，本工程中引水隧洞位于地下水位以下，根据枢纽区边坡上有泉水出露，同时结合下游电站洞室开挖过程中普遍严重滴水，沿结构面有线状流水或喷水现象，预测本洞段地下水丰富，且本段岩体多具镶嵌结构～次块状结构，少量块状结构与碎裂结构，冻结问题较严重，不可忽视。

对于存在冻结问题的地基，可以采取地基加热或者冻融循环预处理的方式来提高地基的稳定性。通过加热地基可以提高地基的温度，从而避免冻结。加热设备可以被埋入地下，将热量传递给地基，以防止土壤冻结。这样可以减少冻胀和地基沉降的风险，保持地基的稳定性。然而，需要注意适当控制加热温度，以避免引起地基松动或变形等问题。而通过在施工前进行多次的冻融循环，模拟地基在冬季冷热交替的环境下的变化。这种预处理可以增加地基的抗冻性和稳定性，减少土壤的液化和沉降风险。具体做法包括在地基上方放置层状材料，以形成一个封闭的空间，并通过向其中注入液态或固态冷却剂来模拟冻融过程。无论是地基加热还是冻融循环预处理，都需要根据具体的工程情况和地质条件来选择合适的方法

[5]。在实施这些地基处理方法时，应遵循相关规范和标准，并确保施工安全和质量。此外，综合考虑其他地基处理手段，如改良土壤、加固地基等，以进一步提高地基的稳定性和承载能力。

4.高寒地区特殊气候条件下混凝土施工质量控制措施

在高寒地区特殊气候条件下进行混凝土施工，质量控制至关重要。为了确保施工质量，需要采取一系列措施。首先，进行原材料检测和筛选，确保原材料符合标准。其次，科学设计混凝土的配合比，以提高抗冻性、强度和耐久性。然后，设置温度监测点，实时监测混凝土温度，及时调整养护措施。此外，严格控制水灰比，避免过多水分影响混凝土质量。加入抗冻剂时，控制加入量并确保质量合格。对施工人员进行培训，增强他们的质量意识和技术能力。定期检查施工现场，并进行监督，及时发现和解决问题。通过这些综合措施，可以有效控制混凝土施工质量，确保在高寒地区的工程安全和可靠性。

5.结束语

高寒地区混凝土结构施工技术与质量控制是一项十分重要的工作，对于确保工程质量和可靠性具有重要意义。本文在深入剖析高寒地区混凝土施工所面临的困难和挑战后，综合运用相关理论和经验总结出一些成熟的施工技术和质量控制措施。这些方法和措施可以有效地提高混凝土施工的安全性、可靠性和经济性，为今后高寒地区混凝土结构施工提供了有益的借鉴和参考。同时也呼吁各有关单位和专家学者加强交流，不断推动施工技术和管理理念的创新与发展，为保障工程安全稳定运行做出更多的贡献。

参考文献：

[1]黄韶飞,梁来强,易炳生.高寒地区大体积混凝土施工保温工艺[J].云南水力发电,2023,39(08):61-64.

[2]张明奎.高寒地区冬季混凝土施工技术及养护研究[J].居舍,2023(17):37-39+42.

[3]龚文娟.提高高寒地区桥梁混凝土结构耐久性的养护技术分析[J].居舍,2021(17):33-34.

[4]梁慧,王媛怡,苏振华等.西部高寒地区水工建筑材料劣化演变规律研究[J].四川水力发电,2021,40(03):5-9.

[5]尹志勇. 高原高寒条件下建筑工程施工质量管理研究[D].西南科技大学,2019.