低温环境对输电工程混凝土工作性能和强度的影响

低温环境对输电工程混凝土工作性能和强度的影响

郭春岐

辽宁省送变电工程有限公司 辽宁省沈阳市 110020

摘要：随着我国“新基建”的兴起，5G基站、特高压输电等领域建设速度加快。输电线路工程中的混凝土基础对线路铁塔的安全稳定、建设进度起着重要作用。新时期输电工程设施建设对基础混凝土的施工性能和强度适应各种环境的能力提出了更高的要求，尤其是在雨雪寒冷的冬季环境。由于输电工程通常工期紧，甚至会遇到突发抢修情况，冬季施工无法避免。另外，输电工程的施工地点一般都是偏僻的山野农田等地，与工民建相比，其工程施工配套设施和施工环境较差。

关键词：低温环境；输电工程；混凝土工作性能；强度；影响；

引言

养护条件对混凝土性能有重要影响，是混凝土质量控制环节中不可或缺的一环，实践证明，混凝土养护不到位，将使混凝土性能受到较大影响，严重者将出现裂缝、强度达不到预期目标等后果。温度和湿度是养护条件的两个关键因素，研究者们对此进行了系列研究。

1 原材料及试验方法

1.1试验材料

混凝土的实验材料一般有水、水泥、砂石、纤维、减水剂、速凝剂、防冻剂、硅粉等。本次试验用砂石为矿山自产，粒径均在10mm以下，级配曲线见图1。胶凝材料选择425高性能水泥及硅灰，为保证湿喷混凝土工作特性，水泥掺量控制在430kg/m3～480kg/m3，硅灰掺量控制在5%～15%。结合矿山实际温度，温度变化范围在0℃～15℃。钢纤维掺量控制在40kg/m3～50kg/m3。

1.2试验过程与方法

试验过程：在相对应的养护温度条件下搅拌混凝土，测试新拌混凝土的工作性能，包括坍落度、扩展度等；成型后放置于对应模拟环境养护，之后测试其7d、14d、28d抗压强度。将处于-5℃、5℃、20℃的试样设定为D、Z、G三组，每组包含C30、C40配合比的混凝土，设为D30-0、D30-3、D40-0、D40-3等。试验方法：不同环境下混凝土工作性能测试依据GB/T50080—2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》）进行，混凝土抗压强度测试依据GB/T50107—2010《混凝土强度检验评定标准》）进行。

1.3温度路径设计

混凝土标准养护要求为温度20±2℃，相对湿度95%以上，然而，实际工程中，混凝土养护措施多为洒水、覆膜等保湿措施，温度的有效控制措施较少。混凝土浇筑振捣完毕后，外界气温通常不是稳定的，会出现一定程度的波动，这种波动是否对混凝土性能产生影响，目前尚存疑惑。本文针对此种情况，设计了不同温度路径养护条件，模拟不同时间节点温度变化情况。养护条件采用人工气候模拟室实现，根据温度路径来设置相应的温度和湿度，养护温度30℃，持续48h，相对湿度100%，其余时间为标准养护。

2 结果与讨论

2.1低温成型和复合早强剂对混凝土工作性能的影响

不同环境温度对新拌混凝土工作性能的影响试验结果表明，混凝土的坍落度及扩展度随环境温度的降低而增大，随混凝土的强度设计等级升高而减小。对比发现，新拌混凝土在温度较高时的坍落度和扩展度的变化更为敏感，即在5℃以上时环境温度每升高1℃时，坍落度和扩展度减小速率增大。复合早强剂对混凝土工作性能的影响结果表明，混凝土的坍落度及扩展度随着复合早强剂的掺加而减小。另外，在环境温度为20℃时，掺加3%的复合早强剂对混凝土的坍落度和扩展度影响较小。综合来看，在温度处于-5～5℃时，由于此时水泥的水化反应较弱，水分蒸发较少，因而表现出坍落度、扩展度较大，常伴随着泌水的出现。随着水灰比的降低，混凝土的流动性降低。

2.2温度路径影响随龄期变化

以3#温度路径强度和通电量为参照，1#温度路径和2#温度路径在各龄期强度和通电量偏差。总体上，无论是强度，还是通电量，温度路径的影响均不可忽略，早龄期影响较大，随着龄期增长呈现出逐渐减小的趋势。相比2#温度路径，1#温度路径影响更大，强度偏差最大达到23.2%，即使龄期达到90d，强度偏差仍有10.5%;通电量偏差也在10%左右，且并没有随着龄期增长而出现较大幅度的降低，龄期101d时，偏差仍有6.3%。

2.3低温养护和复合早强剂对混凝土强度发展的影响

混凝土强度的增长主要是由于水泥不断水化，相应水化产物逐渐增加，而影响水泥水化程度的因素有很多，包括养护温度、水胶比、外加剂、龄期等。根据输电工程的调研结果，模拟其相应环境，得出的混凝土强度试验结果可知，混凝土强度随着龄期的增加逐渐增长，但增长率逐渐降低。不同强度等级对应阶段的强度增长率基本相同，养护温度在5℃以上，混凝土在28d的强度都能达到预期强度值且后期强度未出现降低。在-5℃、相对空气湿度60%时，混凝土的强度增长极慢，表明在温度降低至一定温度时其内部的自由水易结成冰致使水泥也停止水化，即使随着龄期的增加，混凝土强度也只能达到标准养护条件下28d强度的20%～30%。在5℃、相对空气湿度60%时，混凝土在7d时的强度仅有标准养护条件下7d强度的40%～50%，这表明在5℃时，水泥前期的水化速率得到了很大程度的抑制，但水化过程中生成的水化产物和大量水化热，一方面保证了7～14d水泥较快的水化速率，另一方面大量的水化产物填充混凝土内部，快速提升了强度。在20℃、相对空气湿度60%时，混凝土在前期7d即已达到混凝土28d设计强度的60%~70%，在60d时混凝土的强度已经达到混凝土28d设计强度的110%左右。在-5℃且不掺复合早强剂的情况下，由于水泥水化过程极其缓慢，在较短时间内达不到此温度下混凝土可继续发展的最低强度，之后强度发展停滞，而加入3%的复合早强剂，能够加速C3A的水化及水化物与石膏反应生成钙矾石的过程，使混凝土在1~3d内快速达到其受冻临界强度，即达到此强度混凝土方可持续水化、强度增加；高性能减水剂及复合早强剂，不仅有利于其早期强度的增长，更能保证后期混凝土强度不出现倒缩，对混凝土的耐久性能提升具有重要意义。

结束语

1. 通过试验可知，混凝土的单轴抗压强度与灰砂比成负相关，与硅灰掺量成正相关，与温度成负相关，与钢纤维的掺量成正相关。（2）通过正交试验的极差分析，可以得出对混凝土单轴抗压强度影响最大的几个因素，硅灰掺量和灰砂比对单轴抗压强度有较大的影响，其次是温度对湿喷混凝土强度的影响，最后是钢纤维掺量，影响相对较小。（3）混凝土各强度等级的强度随着龄期的增加逐渐增长，在5℃以上的养护温度下，混凝土在28d的强度都能达到设计强度且后期强度未出现倒缩。掺入复合早强剂之后，对于三种养护条件下的混凝土的早期强度都有大幅提升，但提升效果随着养护温度的升高而降低。在-5℃且不掺复合早强剂的情况下，混凝土60d的抗压强度只有20℃环境下混凝土60d抗压强度的20%，即9.6MPa；掺入复合早强剂后可7d提升139%至19.6MPa，60d时其强度能提升至38.4MPa。

参考文献：

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