青藏高原地区混凝土的选用

来源：职称驿站所属分类：材料科学论文
发布时间：2013-01-15浏览：51次

　　摘要：青藏高原环境严酷，使工程技术人员和研究人员对建筑物的使用寿命，尤其对混凝土工程的耐久性要求倍加关注。随着西部大开发战略的实施，青藏高原各种建筑物(如：桥梁、道路、机场、大跨度厂房、高层建筑、大型水利工程等)将会越来越多，其中混凝土工程占有相当大的比例。高性能混凝土由于具有高耐久性，高工作性和高强度等特性，用它来代替传统的混凝土结构物和建造在严酷环境中的特殊结构，具有显著的经济效益。因此，本文对青藏高原地区混凝土的选用进行了研究。

　　关键词：青藏高原地区, 混凝土 ,选用

　　目前，国内许多专家学者对 HPC 的研究已经很广、很深，但针对高寒地区 HPC 的应用研究还远远不够。HPC 是混凝土技术进步的产物，它的生产需要有较高素质的操作人员，较完善的生产设备和高水平的质量管理控制。推广应用 HPC，我们应不断总结经验，对推广应用中发现的问题，不断地进行研究并加以解决。本研究是针对青藏高原自然环境的严酷，对高性能混凝土的原材料选择、高性能混凝土强度和耐久性能中各种影响因素及其相互关系进行研究。

　　1.青藏高原独特的环境特征对混凝土的影响

　　海拔高。青海属于高海拔地区，一般海拔在 2500～5000m，平均海拔 4500m以上，有“世界屋脊”之称，是全世界最高的高原。青藏高原的强烈隆起，使气候由低海拔的热带—亚热带环境向高寒环境发展，成为地球上中低纬度地带的高寒中心。

　　昼夜温差大。青藏高原地高天寒，夏季气温低，白昼不阴冷，因此气温年较差较小。冬季漫长、日较差打、年较差小，青海全省冬长无夏，春秋不分。青海是我国气温日较差最大的地区之一。气候干燥，白天接收大量太阳辐射热，近地面层的气温迅速上升，夜间少云，地面散热快，温度剧烈下降，夏秋季节清晨时有气温还降到0℃以下，形成冻霜。日较差最大为-13℃～23℃，最小为9℃～16℃。

　　太阳辐射强、日照时数多。青藏高原地势高，空气稀薄，含尘量少，透明度好，当太阳透过大气层时能量损失小，成为全国太阳辐射量最丰富的地区。太阳总辐射值大都在67.2亿J/(m2·a)以上，全省总辐射量为585.2～752.4J/(m2·a)，日照时数多。

　　干旱少雨。青藏高原降水分布的地区差异极为悬殊，干湿季分明，降水地域差异明显。5～9月为湿季，10月到翌年4月为干季。干季长，降水量很少，90%以上的降水量集中于湿季。

　　四季风频风大、灾害频繁、含氧量少。高原上辐射强，对流旺盛，经常出现雷暴和冰雹天气。高原终年在高空西风急流控制下，常出现大风。冬春为大风季节，经常连刮3d以上，连续大风日数最长达40d，最大风速达40m/s以上，为全国所罕见。可见，多雷暴、冰雹和大风也为青藏高原特殊的气候特色。冻融循环剧烈。青藏高原是世界中、低纬度面积最大的多年冻土区，以藏北高原连续分布的冻土范围最广，宽达500km。冻土厚度以数米到100多米不等，随海拔的增加而增厚。冻土区内由于表层季节性融化与冻结交替进行，常形成冻胀丘、冰锥、冻胀裂缝、多边形土、冻融滑塌、热融沉陷等特殊地貌现象，对工程建设有很大的影响。

　　腐蚀性强。在盐湖和盐渍地区，土壤具有不同程度的腐蚀性。轻盐渍化土矿化度有所增高，地表有反盐现象，对混凝土建筑具有较轻的腐蚀;中盐渍化土矿化度明显增高，地表反盐现象严重，对混凝土建筑物有较强的腐蚀;重盐渍化土矿化度极高，土质多黏重，而且较紧密，地表盐结皮及盐壳较厚，对混凝土建筑物有严重的腐蚀。

　　上述高原环境的严酷性，将会影响混凝土的各种性能，如抗冻性、抗渗性、抗开裂性、温度变形、抗腐蚀性、碱集料反应等以及施工性能。因此，青藏高原研究高性能混凝土，必须要考虑工程所处的环境影响因素。

　　2.青藏高原高性能混凝土应具备的基本特性

　　高性能混凝土不是一个混凝土的品种而是强调混凝土的“性能”，或者质量、状态、水平，或者说是一种质量目标。对于不同的工程，高性能混凝土有不同的强调重点。青藏高原高性能混凝土要求整个工程全部环节协调配合，共同得到的耐久的可持续发展的混凝土，这不是只有配合比就能产生的，而是由包括原材料控制、拌合物生产制备与整个施工过程来实现的。由于要求混凝土结构具有抵抗严酷环境的耐久性，混凝土首先必须是体积稳定的，最大限度的节省能源、资源，保护环境，并且，耐久性本身也包含可持续发展的意义—减少修补和拆除的建筑垃圾和重建的能源资源消耗。青藏高原拌制混凝土所需的骨料区域差异性较大，尤其很多骨料存在碱骨料反应，对混凝土威胁严重。为满足青藏高原自然环境条件下，确保混凝土结构的长期耐久性，减少混凝土的水化对冻土的扰动，混凝土除了应具有一般意义的物理力学性能外，还必须具有良好的耐低温、负温和早强性能以及优越的抗冻融破坏能力;在腐蚀环境中要特别考虑抗腐蚀性能，用以提高混凝土的耐久性，延长工程使用寿命。基于上述考虑，所研制的高性能混凝土的一定要具有严酷环境的针对性，应赋予混凝土特殊的性能。

　　3.高性能混凝土原材料的选择

　　从混凝土技术进展过程看，混凝土材料体系组成正在由四元体系向多元体系发展，对外加剂、水泥、掺合料、砂、石等原材料进行选择和优化时，其目标是如何改变原有混凝土的性能缺陷，有针对性地选择优化。水泥应选择质量稳定、含碱量低、C3A 含量少、强度富余系数大的52.5 硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，即使是配制强度等级低的混凝土也应考虑匹配问题。

　　4.高性能混凝土配合比设计的基本要求

　　高性能混凝土配合比设计的任务，就是要根据原材料的技术性能、工程要求及施工条件，合理地选择原材料，确定能满足工程要求和技术经济指标的各项组成材料的用量。目前国内外高性能混凝土配合比设计理论概括起来基本要求如下：

　　(1)高耐久性。

　　(2)强度。

　　(3)高工作性。

　　(4)经济性。

　　4.高性能混凝土的配合比设计

　　4.1高性能混凝土配合比设计的基本要求

　　(1)高耐久性：针对盐湖和盐渍土地区，高性能混凝土配合比设计与普通混凝土不同，首先要保证耐久性要求。

　　(2)强度：根据设计要求，配制出符合一定强度等级要求的混凝土;

　　(3)高工作性：一般新拌混凝土的施工性用工作性评价，亦即混凝土在运输、浇筑以及成型中不分离、易于操作的程度，这是新拌混凝土的一项综合性能;

　　(4)经济性：混凝土配合比的经济性，是配合比设计时需要着重考虑的一个问题。

　　4.2配合比设计

　　(1)水胶比[W/(C+F+S)]

　　水泥要达到完全水化所需的用水量约为水泥用水量的25%，此外由于物理吸附作用还要有约15%的水被限制在胶体空隙中而不能参与化学作用，所以至少要有0.4倍水泥重量的水才能达到完全的水化作用。但实践证明，当水胶比降到0.4以下时，随水胶比的降低强度却能继续提高。其原因是，尽管水泥水化不完全，但较低的水胶比能够降低混凝土的孔隙率并减小了孔隙尺寸，而未水化的水泥颗粒则作为一种坚硬的细微骨料发挥作用。在比较低的水胶比(0.4)范围内，水胶比的稍许变化可使强度有较大的变化，所以严格控制水胶比是保证高性能混凝土质量的一个关键。

　　(2)单位用水量(W)

　　在混凝土的配比设计中，确定单位用水量是必须的。对普通混凝土，这一问题较为简单，可通过塌落度、骨料最大粒径及粗骨料类型进行确定。而高性能混凝土由于掺入高效减水剂，塌落度的大小在很大程度上可通过高效减水剂的性质和掺量来控制，此外，由于配制高性能能凝土的骨料其最大粒径波动范围很小(一般为25mm)，对用水量的影响并不大，同时矿物掺合料的加入也将影响塌落度一定时的用水量。因此，不能用确定普通混凝土用水量的方法来确定高性能混凝土的单位用水量。通过研究国内外现有的一些高性能混凝土施工实例，发现用水量与强度通常成反比，故可根据这一关系与强度等级估算初次试配的用水量。

　　(3)砂率( )

　　高性能混凝土中的粗骨料用量应该比中低强度等级混凝土中多一些，当水泥用量较大时，粗骨料用量可增多。可根据混凝土中总胶凝材料用量，粗细骨料的颗粒级配及泵送要求等因素确定砂率。在试验中，根据HPC的特点，遵循了“水胶比法则，混凝土密实体积法则、最小单位加水量法则、最小胶凝材料和最小水泥用量法则”四项主要设计法则。

　　参考文献：

　　[1]赵国藩.高性能混凝土发展简介.施工技术，2002(4)

　　[2]戎君明.高强高性能混凝土.中国建筑科学研究院研究报告，2000(9)

　　[3]郑毅.论影响混凝土耐久性的几个因素.山西交通科技，2003，2(1)

《青藏高原地区混凝土的选用》

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文章名称：青藏高原地区混凝土的选用

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