南极中山站低温混凝土施工技术.pdf

第 4 3卷第 1 期 2 0 1 2年 1月 V0 1 4 3 No t J a n 2 0 1 2 建 筑 技 术 Ar c h i t e c t u r e T e c h n o l o g y 南极中山站低温混凝土施工技术 戴荣里 ( 中国中铁建工集 团， 1 0 2 4 8 8 ， 北京) 摘要 ： 介绍了南极 中山站低温混凝土施工方法 ， 将复合型外加剂用于低温条件下混凝土 的施工 ， 解决了极 地施工中混凝土的抗渗 、 防冻和旱强等 问题 ， 提高了混凝土的施 工效率 ， 确保了 中山站建筑物的施 工质量 ， 为类 似地质条件下混凝土施工提供了借鉴。 关键词 ： 中山站 ； 低温混凝土； 低温旱强 ； 复合外加剂 ； 电伴热 中图分类号 ： T U 7 4 4 文献标识码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 0 4 7 2 6( 2 0 1 2 ) 0 1 0 0 0 9 0 3 LoW T E MP ERA TU RE CONCR ET E CoNS TRUC TI oN T E CHN I QU E OF ZHONGSHAN S TATI ON I N ANTARCTI CA DAI Ron g -l i ( C h i n a R a i l w a y C o n s t r u c t i o n E n g i n e e r i n g G r o u p ，1 0 2 4 8 8 ，B e ij i n g ， C h i n a ) Ab s t r a c t ：Th i s p a pe r i n t r o d u c e s l o w t e mp e r a t u r e c o n c r e t e c o n s t r u c t i o n me t h o d o f Z h o n g s h a n S t a t i o n i n An t a r c t i c a C o mp o u n d a d mi x t u r e i s a d d e d d u rin g c o n c r e t e c o n s t ruc t i o n a t l o w t e mp e r a t u r e t o s u c c e s s f u l l y s o l v e c o n c r e t e c o n s t ruc t i o n p r o b l e ms i n p o l ar r e g i o n ， s u c h a s i mp e r me a b i l i t y ， a n t i f r e e z i n g a n d e arl y s t r e n g t h ， e t c Co n c r e t e c o n s t ruc t i o n e f f i c i e n c y i s i mp r o v e d ，c o n s t ruc t i o n q ua l i t y o f b u i l d i n g a t Zh o n g s h a n S t a t i o n i s e n s u r e d ， a n d r e f e r e n c e s a r e p r o v i d e d f o r c o n c r e t e c o n s t ru c t i o n u n d e r s i mi l a r g e o l o g i c a l c o n d i t i o n s Ke y wo r d s ： Zh o n g s h a n S t a t i o n； l o w - t e mp e r a t u r e c o n c r e t e ； l o w t e mp e r a t u r e e arl y s t r e n gth ； c o mp o u n d a d mi x t u r e ；e l e c t ric t r a c i n g 南极中山站位于东南极大陆拉斯曼丘陵的维斯托 登半岛上，其地理坐标为南纬6 9 。 2 2 2 4 ” 、东经7 6 o 2 2 4 0 ” 。 距离北京1 2 5 5 3 1 6 0 k m， 地处南极圈之内。中山站 地区年平均气温一 9 5 C， 夏季最高气温9 6 o C， 冬季最低 气温一 3 3 6 o C， 极端最低温度达一 4 6 5 o C； 中山站地区受 来自大陆冰盖的下降风影响 ，常年风向为东南偏东。 8 级以上大风天数达 1 7 4 d ， 极大风速为5 0 2 m s 。图1 为 中山站某建筑 。 图1 中山站某建筑 南极气温极低 ， 常伴有狂风和暴雪 ， 因此要研究在 恶劣条件下如何保障混凝土的施工质量 ，满足设计要 求的混凝土抗冻融等级F 2 5 0 指标 ， 即2 5 0 次冻融循环耐 收稿 日期 ： 2 0 1 1 - 1 2 0 6 作者简介 ： 戴荣里 ( 1 9 6 4 一 ) ， 男 ， 山东临沂人 ， 高级 工程 师 ， 博士 。 e m a i l d a i r o n g l i 7 7 1 2 6 c o m 久性的要求 。 要综合从原材料 、 外加剂 、 混凝土搅拌 、 加 热养护和后期养护等方面进行研究。 1 施工难点和解决方法 1 1 施工难点 南极终 日被冰雪覆盖 ， 只能在短暂的夏季 ， 即每年 的1 2 月中旬到翌年的2 月底期间施工。 为保证南极地区 严寒 、 干燥 、 狂风 、 暴雪等恶劣条件下各种混凝土构件 的使用寿命 ， 极寒地区耐久性混凝土应达到如下指标。 ( 1 )抗冻融循环 ：混凝土的抗冻融循环次数不少 于2 0 0 次。 ( 2 )抗渗性 ： 混凝土的抗渗等级应不小于P 1 2 。 ( 3 )护筋性 ： 混凝土中的钢筋不得锈蚀。 ( 4 )抗裂性 ：混凝土表面非受力裂缝的平均宽度 不 大于0 2 mm。 ( 5 )抗氯离子渗透性 ：混凝土抗氯离子渗透值不 大 于 1 0 0 0C 。 ( 6 )耐风蚀性 ： 暴露于大气中的混凝土 ， 混凝土表 面的磨损率不大于0 5 k g m。 ( 7 )抗碱一 骨料 反应性能须符合设计规定。 对于低温、 早强、 耐久、 高性能混凝土 ， 国内在- 2 0 附近有现行的研究和运用 ， 对于在南极地区一 4 0 环境 使用低温、 早强、 耐久 、 高性能混凝土， 还是一个全新课 题 ， 而一 4 O 超低温对混凝土的冰冻损害和混凝土的防 1 0 建筑技术 第 4 3卷第 1期 腐蚀是亟待解决的课题。 ( 1 )研究采取掺加高效减水 、 早强 、 防冻 、 防腐蚀 复合外加剂的技术措施 ， 使混凝土( 负温混凝土) 既可 在正温条件下凝结硬化 ， 又可在负温条件下凝结硬化 ， 同时具有良好的抗腐蚀能力，且在负温下表现出其特 殊的凝结硬化功能 ： 即在负温下不会遭受冻害、 强度持 续增长 ， 同时 ， 在规定的龄期内达到混凝土相应的设计 强度等级 ， 为下一步工程施工打下基础 。 ( 2 )通过混凝土耐久性 的试验研究 ，确定保证和 提高混凝土耐久性的技术措施 ，使混凝土结构物在南 极地区恶劣条件下仍具有良好的工作性能 。 ( 3 )根据工程施工期间气温变化情况 ，研究混凝 土在一 2 O ， 一 3 0 ， 一 4 0强度发展和受冻害情况 ，为混凝 土养护方案提供依据 。 1 2 解 决 方法 与科研机构合作 ，先期研发了适应南极气候 的复 合型外加剂( 包含防冻、 早强 、 引气、 减水 、 抗渗 ) ， 选择 相应的水泥和骨料 ； 进行电伴热加热混凝土的试验。 抵 达南极后 。根据气候情况采取多种措施保证混凝土的 入模温度 ，采用电伴热加热和综合蓄热法对混凝土进 行养护 。 2 施工工艺 2 1 混 凝土配 合 比设 计技 术要 求 混凝土配合 比设计是保证混凝土质量的 中心环 节，因此对混凝土的配合比设计提出了较高的技术要 求。 ( 1 )混凝土拌合物在环境气温一 2 0 4 0 c C 范 围内 不结冰 、 受冻； ( 2 )混凝土拌合物温度不低于1 0 ； ( 3 )当最低气温在一 2 0 以上时 ， 采用综合蓄热法 养护 3 7 d 达到拆模强度 ， 1 4 2 1 d 强度达到设计强度 等级 ： 当最低气温在一 2 0 一4 0 时 ， 采用“ 蒸汽加热 ” 加“ 综合蓄热法” 养护 ， 3 5 d 达到拆模强度 ， 1 4 d 强度达 到设计强度等级。 2 2 对原材料的技术要求 水泥应选用普通硅酸盐系列产品水泥，其性能应 符合 通用硅酸盐水泥 ( G B 1 7 5 2 0 0 7 ) 的规定。 细骨料 应选用含泥量小 坚 固性 优良、 有害物含量少、 非碱活 性、 级配良好的中粗砂 。粗骨料应选用含泥量小、 针片 状颗粒含量少 、 压碎指标值小、 坚固性优良、 非碱活性、 连续级配 、 坚固耐久的碎石 ， 其最大颗粒直径不得大于 钢筋最小净距的3 4 ， 且大于4 0 l n i n 的颗粒含量不超过 5 。混凝土搅拌用水采用自带水 ， 须符合混凝土拌和 用水要求。 2 3 对 外加剂 的技 术要 求 外加剂应为专用外加剂。掺用外加剂之前 ， 应根 据产 品性能要求和工程使用 的水泥 、 砂 、 石 、 水 、 掺合 料等原料的实际情况 ， 进行适应性试验。试验内容包 括 ： 混凝土拌合物的坍落度及其损失 ； 混凝土含气量 、 泌水率、 凝结时间以及强度等 。实验结果应能满足设 计和施工的要求。采用与清华大学联合研制的低温 、 早强 、 耐久、 高性能混凝土外加剂 ， 此外加剂具有以下 显著作用。 2 3 1抗 冻作 用 外加剂中含有防冻组分 ，此防冻组分是一种能使 混凝土拌合物在负温环境下不受冻害的化学物质 。它 能够有效降低混凝土中水的结冰温度 ，从而可使混凝 土中的水泥和水在一定的负温下起化学反应 ，保证混 凝土硬化。 2 3 2 减 水作 用 外加剂中含有减水组分 ，该减水组分具有良好的 减水效果。在较低的水灰比下就能使混凝土获得很大 的坍落度 ， 达到设计要求。 i2 C 3 0 强度等级的混凝土水 胶比仅为0 3 9 ， 基准混凝土坍落度 只有2 0 mm， 加入该 复合外加剂后坍落度达Nl o o 1 2 0 mm。 该组分是一种 表面活性剂，它能使水泥在水化过程中形成的絮状结 构分散 ， 絮状结构中包裹的许多水分被释放 ， 从而有效 增加混凝土拌合物的流动性 。另一方面 ，由于减水作 用对水泥的分散作用 ，使得水泥颗粒与水接触的表面 更多， 水化比较充分 ， 从而可提高混凝土 的强度 ， 还能 提高混凝土的抗渗性能及防腐蚀能力。 2 3 3旱 强作 用 外加剂中含有早强组分 ，该组分可促进水泥水化 速度 ， 使混凝土获得较高的早期强度 ， 促进混凝土早期 结构的形成 ， 提高混凝土早期抗冻害的能力。 2 3 4引气作 用 外加剂中含有引气组分 ， 该组分能在混凝土 中产 生一定量的微小独立空气泡 ，气泡直径大小在0 0 5 1 2 5 mm之间， 均 匀分布在混凝土中， 在拌合物 中犹如 “ 滚珠 ” 一样起 到润滑作用 ， 增加拌合物 的流动性 ； 引 入 的微小气泡 ， 存在于硬化的混凝 土中 ， 对冻融破坏 起到一定程度的缓冲作用 ，提高混凝土的抗冻融性 ； 微小气泡还增加了渗水的阻力 ， 提高了混凝土的抗渗 性 。 2 3 5抗渗作用 外加剂中含有抗渗组分 ，该组分为有机表面活性 剂 掺人混凝土中可形成络合物 ， 堵塞毛细孔隙 ， 显著 2 0 1 2 年 1 月 戴荣里 ： 南极 中山站低温混凝土施工技术 提高混凝土的抗渗性 ， 从而提高混凝土的耐久性。 2 4 电伴热加热综合蓄热法养护要求 由于混凝土 自身材料的特点 ， 环境温度对混凝土 施工质量影响极大 ， 混凝土强度增长取决于水泥水化 反应的结果 ， 水泥的水化 反应和水及温度有关 ， 当温 度降 低时水 的活性减弱 ， 水化 反应减慢 ， 尤其是 南极 地区超低温环境下 ， 虽然掺有复合外加剂 ， 但也只能 在一 2 0 以上保 证混凝土不结冰 。 在一 2 0 以下混凝土 中的水很快会结成冰 ， 水泥 的水化反应停止 ， 混凝土 的强度也终止。因此 ， 为避免温度对混凝土入模及振 捣 的影 响 ， 除采用搭设保温棚 、 覆盖法进行混凝土保 温以外 ， 还须从 以下环节着手处理 。 ( 1 )钢筋绑扎完毕后 ， 敷设电伴热加热线。 ( 2 )为防止振捣器损坏加热线 ，加热线须布置在 上下钢筋骨架上， 呈无张力状态 ， 间距1 5 0 2 0 0 mm， 用 绑丝绑扎 ， 加热线出模板引至加热主线。图2 为混凝土 浇筑施工现场 。 ( 3 )加热主线要固定在用做支架和绝缘的四周栏 杆上 ， 并与变压器二次端连接。 ( 4 )混凝土须留预留孔 ， 用来测量混凝土温度。 ( 5 )绑扎加热线时必须保证线体顺直，保证加热 绝缘皮完好 ， 振捣时必须保证加热线不被破坏。 3 结语 南极地区超低温混凝土施工技术是在国内成熟施 图2混凝 土振捣施工 工工艺的基础上结合现代科技 ， 采用各种新工艺、 新技 巧 、 新元素叠加、 融合而形成的极地混凝土施工技术 ， 不仅确保了工程质量 ， 还明显提高了工作效率， 这一方 法已在中山站施工中获得广泛应用 。赢得参与南极考 察的其他国家技术人员的信赖和赞扬 ，通过进一步完 善 ， 这一技术将会得到更广泛的应用。 参考文献 1 孙洋 ， 刁波 混合侵蚀与冻融环境下混凝土 力学性 能劣化 试验 J 建筑科学与工程学报 ， 2 0 0 8 ， 2 5 ( 2 ) ： 4 1 4 4 2 冷发光 荷 载作用下混凝土氯 离子渗 透及其测试方法研究 D 北 京： 清华大学 ， 2 0 0 2 3 S H K O S MA T K A，BK E RK H O F F ， W C P A N A RE S E 混凝土设计与控 制 M 钱觉时 ， 唐祖全 ， 卢忠远 等 重庆： 重庆大学出版社 ， 2 0 0 5 4 尹德学 高原严寒混凝土施工温度监控技术 J 铁道建筑技术， 2 0 0 4 ) ： 2 9 - 3 1 5 朱伯芳大体积混凝土应力与温度控 制 M 北京： 中国电力出版社， 1 9 9 8