高寒区混凝土抗冻及强度快速提升成套技术

引言

昆仑山高海拔地区独特的自然气候条件给混凝土工程施工带来了挑战。以国道219 新藏线为例，施工区域平均海拔在3800-5400 米之间，夏季短冬季长，昼夜温差极大，传统混凝土在此环境下不仅强度发展缓慢，更易遭受冻融破坏，严重影响工程质量和进度。现有常规技术方案往往难以兼顾抗冻性与早强性的双重要求，亟需开发一套适用于极端环境条件的混凝土成套技术。

一、材料体系的创新选择

（一）胶凝材料体系的优化

高原低温环境下，混凝土强度发展缓慢是一个十分突出的问题。常规水泥的水化反应在低温下会显著减慢，导致混凝土凝结时间延长，早期强度难以满足施工要求。为解决这一问题，可选择早强型水泥作为胶凝体系的基础材料。这类水泥通过调整矿物组成和粉磨细度，在低温条件下仍能保持较好的水化活性。但单靠早强水泥还不足以应对极端环境，因此可进一步引入了活性矿物掺合料进行复合优化。硅灰和粉煤灰是两种常用的活性掺合料，它们不仅能够改善混凝土的微观结构，还能在低温环境下促进水化反应的进行。硅灰的粒径极小，具有很高的火山灰活性，能够填充水泥颗粒间的空隙，形成更致密的浆体结构。粉煤灰虽然早期活性较低，但其在低温条件下的持续水化特性能够为混凝土后期强度发展提供保障。通过精确控制这些材料的配比，能够在保证工作性的前提下，提高混凝土在低温环境下的早期强度发展速率，为后续施工工序的开展争取宝贵时间。

（二）抗冻组分的科学配伍

混凝土在高原地区面临的最严重威胁来自于冻融循环破坏。当温度在正负之间波动时，混凝土内部的自由水反复冻融，产生极大的膨胀压力，导致表面剥落、强度损失直至结构破坏。为提高混凝土的抗冻耐久性，我们采用了引气剂与有机防冻组分协同作用的技术路线。引气剂的作用是在混凝土中引入大量均匀分布的微小气泡，这些微气泡能够为冻结水的膨胀提供缓冲空间，有效释放冰胀压力。关键是要控制好气泡的参数特性，包括气泡间距系数和平均孔径等指标，确保形成完整有效的气泡体系。同时，可加入特定的有机防冻组分，这类材料能够降低水的冰点，延缓混凝土内部水分的冻结过程，为强度发展争取时间。有机防冻组分与引气剂的协同使用，形成了多维的保护体系：一方面通过改变水的相变特性减少冻害风险，另一方面通过微气泡体系消纳已产生的冰胀应力。这种双重保护机制大大增强了混凝土抵抗冻融循环的能力，使其能够适应高原地区剧烈的温度变化环境。

二、配合比设计的低温适应性

（一）水胶比的低温调控

水胶比是影响混凝土性能的关键参数，在高原低温环境下更需要精细控制。低温条件下，混凝土中自由水含量过多容易导致冻胀破坏，因此必须采用较低的水胶比设计。通常将水胶比控制在 0.40 以下，这样可以有效减少混凝土内部的游离水分，降低冻害风险。但降低水胶比会带来工作性下降的问题，这就需要借助高效减水剂来解决。同时，通过复配使用聚羧酸系减水剂和缓凝组分，既保证了混凝土在低温条件下的流动性和可泵性，又避免了因水胶比过低导致的施工困难。低温环境下水泥水化速度减慢，可适当调整减水剂的掺量和配方，使其在低温条件下仍然能够充分发挥分散作用。这种技术措施确保了混凝土在低水胶比条件下仍具有良好的工作性能，为后续的浇筑和振捣工序创造了有利条件。

（二）组分配比的环境适配

骨料级配和砂率的选择对混凝土的抗冻性能具有重要影响。在高原低温环境下，要注重骨料体系的紧密堆积和孔隙结构的优化。首先对当地骨料进行详细的筛分试验，根据试验结果调整各级骨料的配合比例，力求达到最密实的堆积状态。可适当提高粗骨料的比例，但同时要注意控制砂率在合理范围内，通常在 38% 到 42% 之间调整。这样的配比既保证了混凝土的施工性能，又能够形成较为致密的骨架结构。在细骨料选择方面，可采用中砂偏粗的级配，并控制含泥量在标准要求以下，以减少对混凝土耐久性的不利影响。通过这些调整，混凝土内部的孔隙结构得到明显改善，大孔数量减少，孔径分布更加合理。

三、施工工艺的低温应对措施

（一）浇筑过程的温度管理

高原施工现场的环境温度往往低于混凝土正常水化所需的温度条件，因此必须建立全过程温度管控机制。可先对原材料进行预热处理，使用保温棚存储水泥和掺合料，采用蒸汽加热方式将拌合用水温度提升至六十摄氏度左右，骨料则通过在存料区进行加热或者覆盖保温篷布避免结冰。在运输环节，混凝土搅拌车加装保温套筒，运输路线进行优化缩短中转时间，装料后要求在四十分钟内运抵浇筑点位。浇筑过程采取分段分层的快速施工方式，严格控制各工序衔接时间，避免混凝土长时间暴露在低温环境中。每个浇筑段完成后立即覆盖保温材料，防止热量散失。另外，还可专门配置温度监测小组，使用电子温度计实时监测混凝土出场、入模及硬化过程中的温度变化，确保整个浇筑过程中混凝土核心温度始终维持在五摄氏度以上。这些措施有效防止了混凝土早期冻伤，为强度正常发展提供了基本保障。

（二）养护制度的强化实施

混凝土浇筑后的养护质量直接决定最终性能表现，高原地区对此有着更为严格的要求。可采用多层覆盖养护方法，在混凝土表面首先覆盖塑料薄膜保持湿度，再铺设双层保温棉毡，最外层使用防水帆布进行密封保护。这种组合方式既有效阻止了水分过快蒸发，又确保了内部温度稳定。针对高原地区常有大风的特殊情况，在养护区域周边设置防风围挡，高度控制在一点五米左右，采用彩钢板材料形成连续屏障，显著降低风速对养护环境的影响。养护期间安排专人定时检测混凝土表面温度和湿度，根据监测数据及时调整养护措施。当气温骤降时，我们还采用燃油加热器对养护区域进行辅助加温，确保养护温度始终维持在适宜区间。养护时间也较常规地区延长至少七天，确保混凝土强度达到设计要求。

结语

本文针对高寒地区混凝土工程的特殊需求，提出了从材料创新、配合比优化到施工工艺的成套技术解决方案。在国道 219 新藏线等高海拔地区的实践表明，该技术体系能够有效协调混凝土抗冻性与早强性的平衡，为极端环境下的混凝土工程施工提供了可靠的技术支撑。

参考文献

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