高寒地區低溫季節混凝土施工工法:形成原因,工法特點,操作原理,適用範圍,技術理論,

《高寒地區低溫季節混凝土施工工法》是中國安能建設總公司完成的建築類施工工法；作者分別是趙秀玲、林偉、詹登民、張仕超、蔣禮明；該工法既適用於西藏、青海、四川等高海拔寒冷地區低溫季節的混凝土施工；也適用於北方高寒地區的冬季混凝土施工。

《高寒地區低溫季節混凝土施工工法》主要的工法特點是：完全突破了高寒地區低溫季節不宜進行混凝土澆築施工的常規，可以加快工程建設進度；有較強的實踐性；有較強的可操作性；所使用的主材、輔材和機具設備無特殊要求，一般的建材市場都能夠提供，適用的地域範圍和行業範圍比較寬泛。

2009年10月19日，《高寒地區低溫季節混凝土施工工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為2007-2008年度國家二級工法。

基本介紹

中文名：高寒地區低溫季節混凝土施工工法
工法編號：GJEJGF198-2008
完成單位：中國安能建設總公司
完成人：趙秀玲、林偉、詹登民、張仕超、蔣禮明
審批單位：中華人民共和國住房和城鄉建設部
主要榮譽：國家二級工法（2007-2008年度）

形成原因,工法特點,操作原理,適用範圍,技術理論,施工工藝,材料設備,質量控制,安全措施,環保措施,效益分析,套用實例,榮譽表彰,

形成原因

混凝土的質量控制是混凝土建築工程質量控制的重要組成部分。混凝土的耐久性，是混凝土工程結構壽命的重要決定因素。受凍融破壞的混凝土表面會脹縮、崩解、風化剝蝕，長時間後，混凝土整體結構就可能遭到嚴重破壞，甚至導致工程無法正常運行。

在西藏、青海等高海拔嚴寒地區，日平均氣溫低、晝夜溫差非常大，每年11月至次年3月基本處於冰凍期，低溫季節時間很長。其惡劣的自然環境，對建築工程混凝土的質量，特別是混凝土的耐久性，有了更高的要求。長期以來，由於缺乏科學的方法和於段，在這些高寒地區的低溫季節（氣溫常在-20℃以下）往往停止施工，工程建設周期相對較長。中國人民武裝警察部隊水電第三總隊依批承建的西藏水利水電工程建設，積極探尋科學、有效的方法進行低溫季節混凝土施工並確保工程質量，加快了工程項目建設，取得了良好的社會效益和經濟效益，通過實踐，逐步形成了《高寒地區低溫季節混凝土施工工法》。

工法特點

《高寒地區低溫季節混凝土施工工法》的特點有：

1.該工法完全突破了高寒地區低溫季節不宜進行混凝土澆築施工的常規，可以加快工程建設進度，使工程項目儘快發揮效益。

2.該工法是在多個工程的施工實踐基礎上總結出來的，針對高寒環境，對一些現行的施工規範、規程的標準、要求有更深入的驗證、理解和認識，提出了一些更實際的指標，有較強的實踐性。

3.該工法對施工工藝各環節的要求很明確，主要質量控制指標都有具體的數據，有較強的可操作性。

4.該工法所使用的主材、輔材和機具設備無特殊要求，一般的建材市場都能夠提供，適用的地域範圍和行業範圍比較寬泛。

操作原理

適用範圍

地域範圍

《高寒地區低溫季節混凝土施工工法》既適用於西藏、青海、四川等高海拔寒冷地區低溫季節的混凝土施工；也適用於北方高寒地區的冬季混凝土施工。

行業範圍

《高寒地區低溫季節混凝土施工工法》依託水利水電工程施工為基礎，既適用於高寒地區低溫季節的水利水電工程混凝土施工，也適用於高寒地區低溫季節工業與民用建築、公路、鐵路等行業混凝土施工。

技術理論

《高寒地區低溫季節混凝土施工工法》的工藝原理是：

在高寒地區低溫季節條件下，根據工程特點，在混凝土配合比設計時，通過試驗確定，適量地加入高效引氣減水劑和防凍劑，並圍繞混凝土拌合生產、輸送、澆築各個環節，利用綜合溫控措施，創造水化反應能夠正常進行的狀態環境，使混凝土本身的水化反應得以正常進行，保證混凝土的質量，使混凝土工程施工在高寒地區低溫季節能夠正常進行，並得到滿足設計要求的混凝土建築物。

施工工藝

工藝流程

《高寒地區低溫季節混凝土施工工法》的施工工藝流程見圖1。

圖1 《高寒地區低溫季節混凝土施工工法》的施工工藝流程

操作要點

《高寒地區低溫季節混凝土施工工法》的操作要點如下：

一、原材料的選用

（一）做好砂石骨料的檢驗分析。特別是直接影響到混凝土配合比參數的設計和混凝土質量的細度模數、針片狀含量、堅固性及鹼活性等技術指標。宜選用級配良好的中、粗砂，避免使用細砂；可以使用堅固性及鹼活性低的碎石或卵石，若使用卵石時，應避免使用針片狀含量較大的卵石。在拌合站（樓），應設立砂石骨料成品料堆場，對砂石骨料進行濾水穩定，確保用於混凝土拌合生產的骨料含水率小且穩定。

（二）做好水泥、粉煤灰的檢驗與選型。高寒地區對混凝土的耐久性（抗凍性能）一般要求較高。對於水泥，應選用42.5級以上等級、水化熱相對較高的普通水泥；當摻用粉煤灰時，應優先選用Ⅰ、Ⅱ級灰，關於替代摻量，宜採用超量替代的方法，當採用等量替代的方法時，替代摻量不宜超過20%。

（三）做好外加劑的檢驗與選型。應使用減水劑；對有抗凍性能技術要求的混凝土，必須使用引氣減水劑；宜使用防凍劑。根據混凝土的具體抗凍性能技術要求和施工實際條件，對引氣減水劑供貨廠家應提出具體的產品技術參數指標，諸如對鋼筋的腐蝕性、含氣量、凝結時間、減水率等。減水劑、引氣減水劑及防凍劑的摻量，應根據減水率、含氣量等指標的預期值和氣溫情況通過試驗確定。

二、配合比設計

（一）應通過分析比較，確定出各種類混凝土的抗壓強度、抗凍性能及抗滲性能等技術指標要求的設計主控制指標。如對C15F150W6混凝土，經過分析，F150就成為配合比參數的設計主控制指標。

（二）充分考慮混凝土拌合生產、運輸實際過程中的砂漿量損失，根據砂石骨料、外加劑的檢驗成果，結合混凝土的級配，通過試驗確定粗骨料的混合比例及砂率。砂率對混凝土的質量，特別是對混凝土的抗凍性能影響很大，必須保證混凝土拌合物在入倉後有足夠的砂漿量和良好的和易性。砂率參數應比常規設計取值偏大1%～2%。

三、倉位保溫

（一）做好混凝土倉位的保溫棚搭設。模板安裝、倉內架管搭設均需充分考慮到保溫材料的外掛要求，空間尺寸和承重強度要滿足澆築作業和操作安全的要求，還應考慮是否影響拆模。宜使用較為結實的帆布篷布，當氣溫在-10℃以下時，應在帆布篷布外側加掛棉被類輕質量加厚保溫材料。倉位內加溫用的爐具和輔助加溫照明碘鎢燈等應均勻布設。

對有孔洞的結構部位，應採取封堵擋風措施，邊角部位保溫材料厚度應加強。洞室類的內部，應在進出口部位外掛加厚型棉質篷布進行封閉，並做好供風換氣工作，應採用電加熱類設備進行加熱保溫，宜採用碘鎢燈進行洞室內部溫度調整。

（二）混凝土澆筑前，對倉位應進行預熱。在倉內溫度達到5℃以上後，方可開始混凝土澆築。保溫所用的燃料爐具應掛置，不得直接放在老混凝土面上，防止灼傷老混凝土結構。

（三）澆築過程中和澆築完成後的倉位應持續保持倉內溫度在5℃以上，澆築完成後的倉位持續加熱保溫時間不少於72小時。

四、混凝土拌合

（一）高寒地區的混凝土工程施工，在前期做施工總布置時就應考慮拌合系統的布置。在條件允許的情況下，混凝土拌合系統不宜布置在風口位置，應布置在避風帶

（二）施工配合比應按照設計配合比執行。特別是外加劑的摻用量和拌合水用量一定要嚴格執行配料單。在混凝土生產拌合現場，應根據砂石骨料的含水率、細骨料的細度模數變化情況對用水量及時調整。

（三）宜採用強制式攪拌設備拌制混凝土，混凝土的拌合時間應適當延長，保持在90秒左右，以保證外加劑的性能得以充分發揮，使混凝土拌合物有良好的和易性、均勻性。對稱量骨料倉（斗）閘閥、拌合主機設備等部位應進行輔助加熱，確保設備正常運轉。

（四）拌合作業前，應先用熱水對攪拌設備進行清洗預熱。拌合材料應按照粗骨料→細骨料→水→水泥→外加劑的先後順序進行投料。

（五）防凍劑的摻量應根據氣溫變化通過試驗適時調整。當平均氣溫低於-5℃時，開始摻用防凍劑；防凍劑的起點摻量應根據防凍劑的品種、型號經過試驗確定，當無試驗資料或不具備試驗條件時，起點摻量一般可採用2.5%~3.0%；氣溫每下降5℃，應通過試驗調整防凍劑的摻量，當無試驗資料或不具備試驗條件時，可按每降低5℃增加0.5%的防凍劑進行，但防凍劑的最高摻量不宜超過4.5%。

五、混凝土運輸

對水平和垂直運輸設備都應採用保溫措施，如對罐車、吊罐等外掛加厚型保溫篷布“裹肚”，對吊罐、溜槽、溜桶的進料口和上口也要進行保溫，減少水平和垂直運輸過程中混凝土熱量損失。

混凝土澆築完成後，套用熱水對運輸設備進行清洗。

六、溫度監控

（一）混凝土的入倉溫度不應低於5℃，出機口混凝土拌合物的溫度最低限值應根據水平和垂直運輸手段、運輸距離等實際情況確定。

（二）拌合用水的最低加熱溫度可依據熱工計算進行計算，應根據熱工計算成果並增大2~3℃確定，但最高加熱溫度應不高於60℃。若計算得出的拌合用水最低加熱溫度高於60℃，則應採取其他的措施，保證混凝土的出機口溫度滿足最低限值要求。熱工計算應包括混凝土新拌合物溫度計算、運輸過程溫度損失計算、澆築過程溫度損失計算及暖棚下料口冷空氣滲入的耗熱量計算等內容。

（三）應對澆築過程中及澆築完成後的混凝土內部水化溫度進行測定，對混凝土成熟度進行計算，確定更準確的加熱保溫持續時間，避免混凝土在達到臨界受凍強度前終止保溫而凍壞。

七、混凝土拆模

低溫季節澆築的混凝土，非承重模板應在倉位持續保溫結束後方可拆除，承重模板的拆除時間不得早於規範規定或經成熟度計算確定的時間。遵循高寒地區的氣溫和日照規律，模板的拆除作業時間宜選擇在白天，不宜在夜間進行。

八、混凝土表面覆蓋及養護

大體積混凝土澆築完成收面後，應使用保溫性能良好的棉被等保溫材料覆蓋，利用混凝土本身水化反應產生的水化熱達到保溫的目的，棉被等材料的覆蓋時間應不少於施工規範規定的混凝土養護時間。小體積混凝土澆築完成收面後，應以氣密性能良好的塑膠薄膜等保溫材料及時進行覆蓋，並在持續保溫結束、暖棚拆除後，在塑科將欣守材葉間沫於論是大體積混凝土，還是小體積混凝土（構件），蓋時間應不少於施工規範規定的混凝土養護時間。無論是大體均不宜直接灑水養護。

材料設備

《高寒地區低溫季節混凝土施工工法》的材料設備要求如下：

一、機具設備

拌合用水的加熱設備可以結合實際情況選用電加熱類或燃料加熱類鍋爐設備。設備的容量、功率等應根據混凝土拌合生產能力計算出每小時需要的拌合用水量並乘以1.1~1.2的係數後確定，並作為設備選型的參考依據。低溫季節混凝土施工輔助材料與機具設備見表1。

表1 施工輔助材料與機具設備

序號	名稱	規格/型號	數量	備註
1	混凝土拌合站（樓）	-	2台（套）	強制式
2	混凝土罐車	15噸	3台	-
3	電（燃料）鍋爐	-	2台（套）	根據拌合生產能力確定熱水需求量來配置
4	臨時熱水轉存罐	自製	1隻	-
5	起重設備	5噸以上	1隻	根據入倉手段配置
6	吊罐	-	1隻	-
7	振搗器	700毫米以上	2套	-
8	振搗器	500毫米	2套	-
9	溫度感測器	-	2套	-
10	木料加工機具	-	1套	-
11	鋼筋加工機具	-	1套	-
12	電焊機	-	4台	-
13	水銀溫度計	0~+100℃	2支	-
14	水銀溫度計	-50~+100℃	5支	-
15	鋼架管	48毫米	-	根據拌合站（樓）的
16	木條、木板	-	-	保溫需要配置至少應按連續2個倉位的保溫需要和材料周轉配置
17	帆布篷布	-	-
18	棉被	-	-
19	塑膠薄摸	-	-
20	碘鎢燈	-	-	-
21	燃煤	-	-	或柴火

註：本表的材料與機具設備的規格型號和數量僅供參考，應根據具體的工程規模、施工計畫和強度進行選型、合理配置。

二、輔助材料

（一）加熱材料

宜用照明用碘鎢燈作為輔助加熱手段。如採取燃料方式加熱時，燃料應優先選用無煙燃煤；不具備無煙燃煤供應條件的，可以選用有煙燃煤或木質柴火，但要做好排煙措施。

（二）保溫材料

拌合用水的儲存和輸送管路、混凝土輸送設備、倉位保溫宜採用棉被、海綿類、篷布、塑膠薄膜等材料。拌合站（樓）的保溫宜採用鋼質、木質材料做骨架，外掛篷布等材料防風。

質量控制

施工企業採用《高寒地區低溫季節混凝土施工工法》施工時，除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外，尚應嚴格按照“操作要點”各條所列的具體標準進行混凝土原材料的選型、配合比設計、倉位保溫、拌合、輸送、溫度監控及保溫、養護等流程和環節的控制。除此以外，還應注意以下要點：

一、原材料質量控制

嚴格監控原材料（水泥、粉煤灰、砂石骨料、外加劑等）的質量，外購材料必須具備出廠合格證和必要的檢驗證明，對砂石骨料的超粒徑、含泥量、含水量等直接關係混凝土質量的關鍵指標加強檢測。

（一）嚴格按照有關施工規範和標準檢查、檢驗各原材料的質量，並根據砂石骨料的超粒徑、含水量等指標變化的實際情況及時對施工配合比進行調整，以保證混凝土各項指標滿足設計要求。

（二）嚴禁使用不合格的原材料生產混凝土。

二、拌合質量控制

（一）做好對拌合計量系統的監督控制，確保各種材料按有效配料單投料拌合。混凝土拌合設備的計量系統應強制檢定。同時，施工單位還應在強制檢定周期內定期自檢。

（二）通過現場坍落度、含氣量等檢測手段，及時檢查、分析掌握混凝土的拌合質量信息，確保拌合物有良好的和易性。拌合生產過程中發現的問題，應及時調整、搞好控制。和易性較差的混凝土有可能達到設計要求的抗壓強度，但不可能有較好的抗凍性能。

（三）做好水溫加熱控制工作，保證混凝土出機口溫度和澆築溫度相對穩定，應避免大的波動，波動幅度不應超出控制標準水溫-2～+5℃的範圍。

三、混凝土澆築質量控制

（一）抓好各環節的配合與協調，保證混凝土澆築連續。

（二）認真抓好平倉振搗工序質量控制，倉內混凝土不宜大面積鋪開澆築，宜採取小分區分層台階法澆築。

（三）抓好澆築過程和澆築完成後的倉內的持續保溫工作。

（四）切實做好施工記錄和各項數據資料的收集與整理工作。

（五）當採用柴火、煤炭進行混凝土倉內加熱保溫過程中，應防止灰燼散落到新澆混凝土的表面而產生污染，在爐具下方應設定收集散落灰燼的有效裝置。

四、溫度測控

做好溫度測量和監督控制，保證各環節的限制溫度，是搞好高寒地區低溫季節混凝土施工的關鍵。特別要做好大氣、拌合水、出機口混凝土、倉內等溫度測量信息採集工作，根據採集信息和實際的情況及時對拌合水溫等進行調整或跟進採取其他必要措施，按各環節的溫度限值指標進行嚴格控制。

安全措施

施工企業採用《高寒地區低溫季節混凝土施工工法》施工時，除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外，尚應遵守注意下列事項：

1.認證貫徹“安全第一，預防為主”的方針，建立完善的施工安全保證體系，加強施工作業中的安全檢查，確保作業標準化、規範化。根據國家有關規定、條例，結合施工單位實際情況和工程的具體特點，組成專職安全員和班組兼職安全員以及工地安全用電負責人參加的安全生產管理網路，執行安全生產責任制，明確各級人員的職責，抓好工程的安全生產。

2.倉位保溫按符合防火、防風、防觸電等安全規定及安全施工要求進行布置，並完善布置各種安全標識。保溫棚所用的篷布、棉被要搭設嚴密，固定牢固；骨料倉和混凝土倉位內加熱設施應有排煙通道，負責添加燃料的夜班工作人員應以2名以上為1組，防止一氧化碳中毒。

3.加強消防管理，堅持預防為主，防消結合。各類房屋、庫房、料場等的消防安全距離做到符合公安部門的規定，室內不堆放易燃品；嚴格做到不在木工加工場、料庫等處吸菸；隨時清除現場的易燃雜物；不在有火種現場或其近旁堆放物資。

4.氧氣瓶與乙炔瓶隔離存放，氧氣瓶不得沾染油脂，乙炔發生器必須安裝防止回火的安全裝置，加熱保溫工作未結束的倉位內嚴禁進行氧焊作業。

5.電、燃料加熱鍋爐應修建相對獨立的鍋爐房，對鍋爐設備應制定詳細的安全操作規程，嚴格執行交接班制度。

6.施工現場的安全用電嚴格按照《施工現場臨時用電安全技術規範》的有關規範規定執行。燒制拌合用熱水的電鍋爐應有良好的絕緣，應安裝短路保護和漏電保護裝置；保溫棚內的照明、輔助加溫用的碘鎢燈及振搗器等電力線路應與倉位內鋼架架管嚴格絕緣；室內配電櫃、配電箱前要有絕緣墊，並安裝漏電保護裝置；電纜線路應採用“三相五線”接線方式，電氣設備電氣線路必須絕緣良好，場內架設的電路其懸掛高度、線間距除按安全規定要求進行外，還應將其布置在專用電桿上；施工現場使用的手持照明燈應使用不高於36伏特的安全電壓。

7.做好清障除雪等路面維護工作，加強駕駛員安全教育，確保車輛行駛安全；吊罐、溜槽輸送作業時，下方嚴禁站人或人工作業；做好倒車、吊運等作業指揮。

8.配發齊全適應低溫環境的棉衣、棉鞋及手套等勞保用品，做好勞動保護。

環保措施

施工企業採用《高寒地區低溫季節混凝土施工工法》施工時，應採取的環保措施是：

1.成立相應的文明施工環保管理機構，在施工過程中嚴格遵守國家和地方政府下發的有關環境保護的法律、法規和規章，遵守防火和廢棄物處理的規章制度，加強對施工燃油、染料、工程材料、廢水、生活和建築垃圾、棄渣的控制和治理，隨時接受環保監理和相關單位的監督、檢查。

2.將施工場地和作業限制在工程建設允許的範圍內，杜絕對施工範圍外的植被破壞，合理布置、規範圍擋，做到材料堆放整齊，標牌清楚、齊全，各種標識醒目，施工場地整潔文明。

3.設立專用坑、道，對沉澱泥砂、污水進行集中，認真做好無害化處理，從根本上防止亂流。廢水除按環境衛生指標進行處理達標外，並按當地政府環保部門要求的指定地點排放。

4.定期清運，作好混凝土、泥砂、棄渣及其他工程材料運輸過程中的防散落與沿途污染措施，棄渣及其他工程廢棄物按工程建設的指定地點和方案進行合理處治。

5.對燃煤、柴火等燃料的燃燒煤渣、灰燼按指定地點進行集中堆放、掩埋處理。

6.做好施工區內交通道路的環保工作，在晴天的白班時間適時對施工道路進行灑水，防止塵土飛揚，污染環境。

效益分析

中國安能建設總公司採用《高寒地區低溫季節混凝土施工工法》施工的效益有：

1.該工法針對高寒地區低溫季節的惡劣環境條件下的混凝土施工制定，其操作性強，可靠性高，混凝土施工質量完全能夠得到保證。

2.就高寒地區低溫季節混凝土施工單項來講，短期成本是增加的。但進行高寒地區低溫季節混凝土施工可以加快工程施工進度，滿足工程防洪渡汛、提前發電、縮短施工總工期等需要。

套用實例

中國安能建設總公司採用《高寒地區低溫季節混凝土施工工法》的套用實例如下：

1.工程概況

直孔水電站位於西藏自治區墨竹工卡縣境內拉薩河中下游交界處，距拉薩市約100公里。電站以發電為主，兼顧防洪和灌溉，正常蓄水位3888.00米，設計水頭30米，水庫庫容1.75億立方米，總裝機容量4×25兆瓦。壩頂高程3892.6米，最大壩高57.6米。主要建築物有碎石心牆堆石壩、混凝土壩、引水系統、地面式發電廠房、尾水渠等系統。

該電站混凝土壩及引水發電系統工程共有混凝土約31萬立方米，其中抗凍性能混凝土約15萬立方米，抗凍性能混凝土種類有C15F150、C20F150、C20F200、C25F200、C4OF200等。

工程所在地海拔約3900米，日平均氣溫低、日溫差大，低溫季節時間長。每年11月至次年3月基本處於冬季狀態，氣候寒冷，極端最低氣溫可達-23.1℃，晝夜溫差非常大。

2.施工情況

中國人民武裝警察部隊水電第三總隊承擔西藏直孔水電站混凝土大壩及引水發電系統工程的土建和金屬結構安裝工作。2003年3月至2004年初完成開挖，2004年2月開始主體工程混凝土澆築。從2004年2月至2006年10月，連續跨越4個低溫季節。總計完成混凝土澆築約31萬立方米，其中4個低溫季節共澆築混凝土約15萬立方米。

針對工期任務要求的低溫季節施工，總結、借鑑西藏其他工程冬期施工的經驗，認真研究施工規範和設計技術要求，編制了詳細的冬季混凝土工程施工組織設計，制定了冬季混凝土工程保溫施工的作業指導書，明確了各項質量保證指標要求。在具體施工過程中，狠抓人員責任的落實和各環節的配合與協調，保證了低溫季節混凝土工程施工得以順利、有效地完成。

3.混凝土質量檢測與評價

對混凝土嚴格按照《水工混凝土施工規範》DL/T5144-2001及《水工混凝土試驗規程》DL/T5150-2001進行取樣檢驗。以2004年11月15日到2005年3月25日低溫施工時段的混凝土檢測與評價為例如下:

該施工時段共澆築完成抗凍性能混凝土約3.7萬立方米。C15F150、C20F150兩個類別的混凝土抗壓強度檢驗統計分析見圖2、圖3，這兩個級別混凝土的抗凍性能共進行了8組隨機樣品檢測，抗凍性能全部合格。檢驗成果表明，該工程的混凝土的配合比設計是成功的、施工控制是有效的、質量是良好的。充分說明《高寒地區低溫季節混凝土施工工法》是切實可行、行之有效的施工方法。

圖2 C15F150混凝土抗壓強度統計圖表

備註：1.共有43組混凝土抗壓強度試件；2.平均抗壓強度mf_cu=22.6兆帕，抗壓強度標準差S=1.9兆帕，離差係數CV=0.08，最高抗壓強度f_cu,max=29.5兆帕，最低抗壓強度f_cu,min=17.8兆帕；3.統計時段內混凝土強度保證率為100%，混凝土生產質量評定為優良。

圖3 混凝土抗壓強度統計圖

高寒地區低溫季節混凝土施工工法