摘要：本文在对大体积混凝土施工中质量问题发生的作用机理分析基础上，结合工程实例，对高寒地区大体积混凝土冬季施工技术及保护措施进行研究，以为相关实践及研究提供参考。
关键词：高寒地区 大体积混凝土 冬季施工 技术措施
随着工程项目建设规模的不断扩大以及工程结构多样化发展，大体积混凝土施工在当前工程建设与施工中越来越常见，与普通混凝土施工不同，大体积混凝土施工中强度性能以及技术要求更高，施工环境等因素影响更为突出，对施工质量的要求也更加严格，一旦大体积混凝土施工存在技术运用不当或保护措施不到位等，极容易引起混凝土裂缝等问题产生，对施工质量以及混凝土结构性能产生不利影响。下文将以高寒地区大体积混凝土工程为例，对其冬季施工技术及保护措施进行研究。
1、大体积混凝土质量问题发生的作用机理分析
首先，大体积混凝土施工中，混凝土中的水泥材料在水化作用下会释放大量的水化热，再加上混凝土结构体积较大，混凝土表面与内部散热的不均匀，在外部散热好、内部散热不均匀的内外散热温差影响下，此外，从混凝土内外约束条件及变化上考虑，在内外约束作用下，混凝土不能够自由变形，导致内部温度应力产生，即混凝土内外部温度变化出现的变形与混凝土自身约束作用下应力分布，就是混凝土的温度应力，如果温差越大，就会对导致这种温度应力作用越大，在达到一定的范围标准时，就会造成混凝土开裂发生，引起混凝土裂缝出现。
其次，混凝土内部的约束机制分为内部约束和外部约束两个方面，其中内部约束是指混凝土构件或者是工程本身各质点之间的相互约束作用。一般情况下，大体积混凝土施工中，水泥水化过程中会形成外部低、内部高的温差变化，使大体积混凝土内部温度分布表现不均匀，因此，引起混凝土构件各质点的变形作用不一致，形成混凝土的内约束机制，表现为中心温度高，热膨胀系数较表面大，形成混凝土中心压应力与表面拉应力的应力分布情况，在表面拉应力高于混凝土的抗拉强度情况下，就会造成大体积混凝土开裂发生，出现混凝土裂缝问题。而大体积混凝土浇筑完成后，水泥水化热释放完成的情况下，由于受到外部环境温度的变化影响，在外部环境温度过低时，大体积混凝土内部温度变化会经历一个从高温逐渐向低变化的过程中，从而引起混凝土收缩，多余水分被蒸发，在大体积混凝土不同收缩变化下，造成地基以及其他结构或物体对大体积的约束作用发生变化，产生内外温差引起的温度应力，在温度应力超过混凝土的抗拉强度时，就会引起混凝土裂缝发生。温度应力大到一定程度时，混凝土裂缝呈连续发生状态，甚至贯穿整个混凝土截面，形成较大的不利影响。
2、高寒地区大体积混凝土冬季施工技术与保护措施
2.1 工程概况
某水电站大坝工程位于我国西南部高原地区，该地区多年平均气温为7.1℃，其中，最低气温在达到-16.7℃、最高气温为30.1℃，冬季气候干燥少雨、蒸发量大，多年平均风速为16.8m/s，平均海拔在4800m以上，属于典型的高寒地区。水电站大坝采用混凝土重力坝结构，坝高最高为87m，混凝土施工总工程量为30万m3，其中，单仓浇筑面积达980多m2，最大浇筑量为2000多立方，属大体积混凝土施工工程。根据该大坝工程施工安排，大部分坝体混凝土浇筑需要在冬季开展施工，由于特殊的地理位置环境，再加上冬季施工，导致该工程的大体积混凝土浇筑施工技术难度较大，下面就该工程中大体积混凝土冬季施工的技术与保护措施进行总结分析。
2.2 大体积混凝土配制设计
结合上述水电站大坝施工的实际情况，在大体积混凝土施工中，首先，对混凝土材料的配制，从大坝工程大体积混凝土施工的性能要求以及施工环境影响等方面进行综合考虑，不仅要求大坝混凝土具备较强的抗裂性以及抗冻融性、抗蚀性、耐磨性、较高强度性能与较小干缩性变化外，同时，从混凝土配制的各项材料性能与质量上进行严格控制，选择425号中热硅酸盐水泥，在确保水泥强度同时，减少水化热对混凝土施工的影响。此外，在混凝土配制的矿物掺合料选择上，选择在混凝土配制中掺加20%的粉煤灰，以替代水泥的使用量，同时，按照水泥使用量的0.8%以及0.04%比例进行内萘磺酸盐高效减水剂与引气剂加入，并加入拌水后5%重量的抗冻剂，以提高混凝土的抗冻性、耐久性等各项性能效果。最后，混凝土配制中，还选择当地质量优良的天然卵石以及中粗砂（细度模数为2.78）作为骨料，以确保混凝土配制的强度效果，并且混凝土配制中骨料加入量为50%，在混凝土工程中具有较好的导热作用，能够有效降低混凝土工程的内外温差，减少裂缝等质量问题发生。
2.3 大体积混凝土施工中的保温和质量控制措施
2.3.1 混凝土拌制与运输
首先，在大体积混凝土搅拌与运输施工中，对混凝土骨料采取干燥处理措施，干燥处理中避免通过加热干燥，同时为确保混凝土拌制出口温度，采用热水进行混凝土拌制，加热水温结合混凝土配合比以及环境温度等进行现场确定；混凝土拌制施工中，先放入骨料、水，在搅拌至一定时间并且温度达到40度左右时加入水泥，继续搅拌至合适为止，混凝土搅拌工程中，各种配料加入时，避免将冰雪或者是骨料上带有的冰块加入搅拌机器内，引起温度损失，对混凝土配制质量造成不利影响；混凝土搅拌时间以常温季节混凝土拌制时间基础上适当增加20%至25%左右，以确保混凝土搅拌的质量和效果。
其次，混凝土搅拌完成后，在垂直或水平运输过程中尽量的减少倒运次数，并且混凝土搅拌车外部需要覆盖保温材料进行保护，如果混凝土施工中出现浇筑施工中止或者是结束情况，应注意利用使用蒸汽或热水对混凝土板料运输设备以及搅拌设备进行清洗，在恢复运输与搅拌时需要先进行容器罐预热，避免温度过低对混凝土搅拌与运输产生不利影响。此外，混凝土拌料运输过程中，注意在溜槽外使用竹胶板进行封闭，同时进行简易的保温材料铺设，减少外部温度及环境对混凝土搅拌和运输的不利影响。对混凝土搅拌及运输施工现场，可以采用高压风清除仓面余水或者是使用暖棚法在棚内供热保证棚内温度在5℃及以上等方式，减少外部温度对混凝土施工的影响。
2.3.2 混凝土浇筑
其次，混凝土浇筑施工中，采用分层分段施工方法，对浇筑混凝土在振动界限以前进行二次振捣，避免混凝土内部泌水造成水分过多出现孔隙，引起裂缝发生，同时提高混凝土与钢筋的握裹力，确保混凝土浇筑施工的强度效果。针对混凝土振捣与粗骨料沉积后，设计标高表面水泥浆较厚问题，在适当提高混凝土施工完成面的情况下，进行表面浮浆刮除，达到设计标高要求，并且在混凝土初凝前进行碾压，并进行抹平、压实处理，避免混凝土表面龟裂发生。
2.3.3 混凝土养护管理
最后，混凝土施工完成后，注意进行温度检测，了解混凝土内部温度变化情况，并采取有效控制措施避免混凝土裂缝发生，同时加强混凝土养护，在混凝土初凝后在表面进行保温篷布覆盖，混凝土养护7天后进行拆模，拆模完成后再进行表面保温材料覆盖3至5天，确保混凝土施工质量和效果。
2.3.4 冬季施工专项保温措施
首先，混凝土拌制施工中，由于温度太低，为避免沙石含水冻结成块，影响混凝土施工质量，需要在所有在料仓里加大型火盒，升高棚内温度，防止沙石结块。
其次，对混凝土拌制的拌和站采取全封闭，拌和机内空洞，有些地方加火盒，尤其外加剂的地方，防止外加剂及水管冻住；混凝土拌制的拌和用水用锅炉加热，用热水拌混凝土，控制砼入模温度，避免温度过低影响混凝土拌制质量。
再次，现场在浇筑大体积砼前，在结构物外，搭设保温棚，在棚内加加火盒，加蒸汽发射器，待棚内温度达到10℃左右开始浇筑砼。同时，在大体积砼内安装冷却水管，砼浇筑后立刻通水降温，注意进出口水温，进出口温度保持10℃左右，另外开通蒸汽发射器增加棚内温度，缩小砼内外温差，使内外温差控制在25℃以下，以确保混凝土浇筑施工质量。如下图1和图2所示，即为高寒地区大体积混凝土冬季浇筑施工外搭保温棚与保温棚内使用的蒸汽发射器。
图1 高寒地区大体积混凝土冬季浇筑施工外搭保温棚
图2 用于混凝土浇筑施工保温的的蒸汽发射器
3、结语
总之，进行高寒地区大体积混凝土冬季施工技术与保证措施的研究，有利于促进大体积混凝土施工质量和效果提升，为高寒地区大体积混凝土冬季施工提供参考，促进大体积混凝土施工的推广应用和发展。
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论文作者:魏兆
论文发表刊物:《基层建设》2018年第14期
论文发表时间:2018/7/9
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