中铁隧道集团二处有限公司 河北燕郊
摘要：混凝土是由胶结材料（水泥）、水、粒状骨料以及其他外掺剂组合形成的具有一定强度、刚度和耐久性的复合建筑材料。水泥中的化学成分与液相的水发生化合反应，生成相应复合物，将粒状骨料与钢筋胶合，在水泥成分凝结与硬化作用完成后，获得需要的最终强度。由于水的物理特性，在低温状态下水将由液相凝结固化转变为固相冰，其相应体积发生改变，对混凝土质量与性能带来不利影响。因此在高原高寒气候条件下，需要采取相应的施工措施，防止因为水的相态变化对混凝土质量产生不利影响。同时，随着国家对环境保护越来越重视，在混凝土供应过程中的环境保护问题更是亟待解决。
关键词：高原高寒 混凝土 供应方案
0 引言
近年来，随着我国西北部大开发战略的实施，西北部高寒地区的长大隧道不断增多。尤其是近期将要开工的新建川藏线，平均海拔在3000米以上，而且工期要求相对较紧，隧道混凝土工程不得不在天气十分严寒的冬季施工。因此，解决高原高寒地区隧道冬季施工混凝土供应问题是目前隧道混凝土工程的一个重要课题。
1 高原高寒地区混凝土施工理论分析
1.1混凝土受冻类型
作为混凝土胶合材料的水泥水化过程包括加水搅拌的几分钟、诱导期（搅拌、运输、浇筑期间）、加速器（凝结和早期硬化期间）和后加速期（拆模以后的继续硬化期间）。以水泥水化进程的不同阶段为标准，可将混凝土受冻划分为三种不同类型：拌合与诱导期的新拌受冻、抗冻临界强度前的早期受冻与抗冻临界强度的后期受冻。
在刚加水搅拌与诱导期这一期间，此时混凝土水化作用刚刚开始，还未终凝，在此阶段需要对混凝土进行保温处理，延缓混凝土的终凝。
由于本文分析讨论的是混凝土的供应方案，因此抗冻临界强度前的早期受冻与抗冻临界强度的后期受冻不在本文讨论范围内，本文只针对发生在拌和与诱导期的新拌受冻进行分析和讨论。
1.2高原高寒条件对混凝土质量的影响
一般来说，混凝土水化是处于自由状态的液相水与水泥成分发生反应，固相水与水泥成分基本不发生反应。在温度低于4℃后，液相水开始结冰成为固相，从而影响水泥水化速度甚至使水化作用停止。在高原高寒条件下，温度对混凝土性能与质量影响主要体现在以下方面：
首先影响混凝土强度增长进程。混凝土的抗压强度主要来源于胶合材料即水泥的水化作用完成后的凝结与硬化，其强度的增长与水泥水化速度密不可分。当温度降低至4℃时，由于水的物理特性，拌合混凝土的水逐渐有液相变为固相，并在负温时完成凝结固化成冰。在环境温度低于4℃后，参与水泥水化作用的自由液相水数量由于凝结固化相应减少，从而导致水泥水化作用速度降低甚至停止，混凝土强度增长速度相应变缓慢甚至停止增长。[1]
其次是破坏混凝土的内部结构。在温度低于4℃时，水由液相转化为固相以后，体积较原有液相水增长9%。水凝结固相冰对混凝土产生膨胀压力，在该压力作用下，水进入到含水成分较少的毛细孔内；混凝土的抗渗透能力较差时，相临近的孔机构的压力不同，导致其出现压力差，因此会对毛细孔壁产生一定的压力，当该压力大于混凝土的抗拉强度时，混凝土即发生开裂现象。同时，当温度升高后，混凝土内部受冻形成的固相冰融化后，由于体积相应缩小，使混凝土内部形成各种形式的空隙或空洞，降低混凝土的密实性，进而降低混凝土的耐久性。[2]
2 高原高寒条件下混凝土供应温度保证措施
目前施工中混凝土拌制方式主要有现场拌制与采购商品混凝土两种，现只讨论现场拌制混凝土的供应保证方案。
2.1混凝土原材料预热
我国制定了有关规范对混凝土温度控制进行了规定，《建筑工程冬季施工规范》（JGJ104-97）允许对混凝土原材料进行加热，规定不同强度等级的混凝土水和骨料加热的最高温度如表1：
表1 拌合水及骨料加热最高温度
根据上述规定，混凝土原材料预热方式为加热拌合水、骨料预热。
2.1.1拌合水预热
拌合水预热主要方法是建造锅炉房，同时制备大型水箱，通过烧锅炉来为水箱内的水加热，水的加热温度为40—60℃。[3]其方案图如图1。
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图1 拌合水预热
2.1.2砂和骨料预热
对于砂和骨料的预热较多采用热水管加热的方式，通过将储存砂、骨料的工棚进行密封，在放置砂和骨料位置的地下布置热水管路，热水管路进水口与出水口通锅炉的水箱，形成加热温床。
2.2混凝土运输保温
混凝土拌合后温度与环境温度相差较大，热量易于流失，为保证混凝土浇筑温度，需要对混凝土运输过程进行保温处理。
2.2.1水泥罐保温
在混凝土罐车的罐表面缠绕伴热带，伴热带电源为直流12V，可以直接接汽车电源，由汽车进行供电。缠绕完伴热带再在伴热带外部覆盖保温棉，减少混凝土的温度流失。[4]
2.2.2缩短运输时间
在拌合站选址时要合理控制混凝土的运输时间，保证混凝土运输时间不超过30分钟。
2.3混凝土浇筑温度控制
混凝土浇筑施工时会与环境发生热交换，热量流失较多，因此需要采取相应保温措施以减少混凝土热量流失，具体措施包括：
（1）清除现场冰雪冻块，减少不必要的热量损失。
（2）在模板内侧粘贴保温棉，减少混凝土入模后的热量损失。
（3）减少浇筑混凝土的时间，即浇筑时对台车两侧进行同步浇筑。
3 高原高寒条件下混凝土供应环保措施
新建川藏线施工的全过程，全面执行ISO14000环境保护体系标准，因此在混凝土供应过程中必须对环境保护高度重视。混凝土供应过程中易出现环境污染的环节为：拌合混凝土原材料的粉尘污染、混凝土在运输过程中的扬尘污染以及在生产混凝土过程中的废水污染。
3.1拌合混凝土原材料粉尘防护
根据搅拌站长期的使用与观察，目前搅拌站在生产过程中容易出现粉尘污染的环节有三部分：一是，物料由平皮带向斜皮带投放过程中，由于有高度差，极易产生大量粉尘；二是，物料由斜皮带向骨料收集器投放过程，粘在皮带上的砂极易掉落在骨料收集器之外；三是，粉料仓顶部向外排放大量粉尘。
3.1.1粉料仓顶除尘
为减少粉料通过粉料仓顶部向大气排放粉尘，本设计采用了一种粉料罐粉尘回收除尘装置。粉尘回收除尘装置包括粉尘临时储存罐和沉淀池，在粉尘临时储存罐的上腔体内设置有竖直隔板，将临时储存罐的上腔体分为左腔体和右腔体，临时储存罐的下腔体为漏斗形储料仓，储料仓的底部开有出料口并配备有料斗开关，左腔体内左右交替设置有若干相互平行的下导流斜板，下导流斜板的端头相对根部朝下倾斜，右腔体内左右交替设置有相互平行的上导流斜板，上导流斜板的端头相对根部朝上倾斜。粉料仓的排气孔通过连接软管与左腔体顶部的进气口相连，右腔体顶部出气口通过连接软管与沉淀池相连。实现了粉尘的回收，节能环保。粉尘回收除尘装置示意图如图2所示。
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1-粉料仓 2-粉尘回收除尘装置 3-沉淀池 4-连接软管
图2 粉尘回收除尘装置示意图
3.1.2斜皮带落料除尘
为减少在斜皮带向骨料收集器投放过程中由于砂有一定的湿度会粘粘在皮带上，导致会有少量砂洒落在骨料收集器之外。本设计在在斜皮带与骨料收集器之间增加了挡料板与滚筒刷。滚筒刷安装在斜皮带机顶端滚筒下部，用于扫刷掉粘在胶带上的砂；挡料板安装在斜皮带机与骨料收集器之间，用于将扫刷掉的砂重新回收到骨料收集器中。其结构示意图如3所示。
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图3 斜皮带落料除尘结构示意
3.1.3平皮带落料除尘
为减少物料在由平皮带向斜皮带投放过程中出现的粉尘，本设计在平皮带与斜皮带连接处增加了防尘罩，使物料在投放过程中释放的粉尘不易扩散到大气中。
3.2混凝土运输过程中扬尘防治
针对在混凝土原材料和混凝土运输过程中极易出现扬尘污染的现象，具体的防止措施如下：
（1）在运输水泥砂、石、土等易飞扬物料时用蓬布覆盖严密，并装量适中。
（2）配备专用洒水车，对施工现场和运输便道等易产生粉尘的地段定时进行洒水降尘，勤洗施工机械车辆，使产生的粉尘危害减至最小程度。
（3）在搅拌站附近设置车辆冲洗机，对运输车辆进行除尘清理，最大限度降低粉尘污染。
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（洒水抑尘） （进出现场车辆车轮清洗）
图4 洒水抑尘、进出现场车辆清洗应用
3.3生产混凝土过程中的废水污染
为杜绝混凝土生产过程中产生的废渣、废水对环境产生污染，需在搅拌站旁设置三级沉淀池，搅拌站废水经沉淀池三级沉淀后达标排放或进行水资源的重复利用。
废水流入沉淀池，第一季沉淀做污水的初次沉淀，将大颗粒的物质通过重力沉降沉淀下来，经沉淀后，通过污水沟排放上层清水到二级沉淀池；第二级沉淀用来做进一步的沉淀，去除相对较小的颗粒物，待沉淀完全后，经水沟将清水排放到三级沉淀池；第三级沉淀池是临时存放经过处理的清水；根据废渣的沉淀量，不定期安排专人对每个沉淀池中的废渣集中清理。
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图5 沉淀池效果图
4 结语
由于高原高寒地区温度较低的气候条件，这对混凝土的生产、储存和运输都产生了不良影响。文章从混凝土水化过程入手，通过分析混凝土水化对混凝土质量影响的作用机理，并以此为根据提出对高原高寒条件下混凝土供应保障措施的建议。同时，为了响应国家的环保政策，在混凝土供应过程中分析易产生环境污染的环节，提出了相应的防治措施。
参考文献：（Ｒeferences）：
［1］项翥行.混凝土高寒气候条件施工工艺学[M].中国建筑工业出版社，1993，51
［2］聂治平.混凝图早期冻融循环后渗透性能的研究[M].沈阳建筑大学，2011
［3］汪再光.寒冷地区混凝土冬季施工方法研究[D].哈尔滨工程大学，2011
［4］于向清.清河大桥桥梁混凝土冬季施工技术研究[D].河北工业大学，2007
作者简介：贾吉春，男，汉族，1977年，工程师，毕业于湘潭工学院，学士学位