青藏高原環(huán)境下混凝土現(xiàn)狀與性能提升綜述*

孟鑫鑫，胡玉兵，熊羽，秦鴻根

（1.東南大學 材料科學與工程學院，江蘇 南京 211189；2. 蘇交科集團股份有限公司，江蘇 南京 211112）

青藏高原環(huán)境下混凝土現(xiàn)狀與性能提升綜述*

孟鑫鑫1，胡玉兵2，熊羽1，秦鴻根1

（1.東南大學 材料科學與工程學院，江蘇 南京 211189；2. 蘇交科集團股份有限公司，江蘇 南京 211112）

青藏高原地區(qū)獨特的氣候環(huán)境對混凝土工作性、力學性能和耐久性都產(chǎn)生諸多不利影響，因此，本文對青藏高原地區(qū)環(huán)境條件、高原地區(qū)結(jié)構(gòu)混凝土現(xiàn)狀進行了調(diào)研綜述，提出了針對青藏高原環(huán)境條件下結(jié)構(gòu)混凝土性能提升的技術(shù)措施。

高原環(huán)境；混凝土現(xiàn)狀；性能提升技術(shù)

在西部大開發(fā)戰(zhàn)略和一帶一路的戰(zhàn)略大背景下，青藏高原地區(qū)一直是發(fā)展的重點及難點。通過發(fā)展公路交通可以改善青藏高原地區(qū)的發(fā)展環(huán)境、提高區(qū)域可達性、促進西部經(jīng)濟整合和優(yōu)化資源配置來推動西部經(jīng)濟快速發(fā)展。而公路交通又與混凝土工程建設息息相關，在一些特殊環(huán)境的地區(qū)進行土木工程施工建設，就要求根據(jù)當?shù)氐沫h(huán)境特征來配制滿足性能的混凝土，否則極易由于環(huán)境因素導致混凝土產(chǎn)生不同程度的破壞，從而影響其結(jié)構(gòu)的安全與服役壽命。對于高原地區(qū)來說，由于其氣候惡劣，對于混凝土要求往往更高，因此高原地區(qū)更需要針對高原環(huán)境采取措施制備出滿足要求的高性能混凝土。

1 青藏高原的環(huán)境條件

1.1 低溫環(huán)境

青藏高原的平均海拔為 4000m 左右，年平均氣溫在 -6～8℃ 之間，比同緯度的黃土高原和華北平原低7～12℃。表 1 為青藏高原地區(qū)部分站點 1961～2002 年的溫度情況[1-2]。最冷的地區(qū)是五道梁和沱沱河地區(qū)，年平均氣溫都低于 -4℃。年平均氣溫低于 0℃ 的區(qū)域占青藏高原地區(qū)的一半以上。1 月份的平均氣溫為-8～-18℃，溫度較其他地方要低得多，而且持續(xù)時間長。

表 1 青藏高原地區(qū)部分站點1961～2002 年的溫度情況

另一特點是擁有大量的凍土，其面積為 163 萬平方公里，占全國凍土面積（214.8 平方公里）的 75%[3]，是全國也是世界上低緯度上分布最廣、厚度最大的凍土區(qū)。由此可見，多年凍土區(qū)是青藏高原環(huán)境的特點之一。許多地區(qū)的凍土深度超過了 3m，甚至有些地方達到了 400m。多年凍土的融化增強了凍土區(qū)域的地面不穩(wěn)定性，從而對大型道路和工程建設產(chǎn)生嚴重影響。

1.2 大溫差凍融環(huán)境

青藏高原地區(qū)的植被稀少，砂石都露在地表，溫度變化特別快，因此高原地區(qū)是氣溫變化最快的地方之一。全年的日平均溫差為 12～16℃，1 月份為14～22℃，7 月份為 10～16℃，最大的日溫差能達到35℃。

由于青藏高原的地勢高、云量小、太陽總輻射強，為季節(jié)凍土層的融化創(chuàng)造了有利條件，再加上部分晝夜溫差較大的地區(qū)晚上表層土壤凍結(jié)，白天由于強的太陽輻射又使表層土壤融化，從而造成了頻繁的凍融循環(huán)；另一方面，全球氣候變暖也促進了高原地區(qū)凍融環(huán)境的形成。

1.3 干燥大風環(huán)境

青藏高原干旱少雨。這是因為高原地區(qū)深居內(nèi)地，遠離海洋，再加上降雨少、蒸發(fā)量大，使得該地區(qū)特別干旱，屬于高原荒漠干旱型。表 2 為青藏高原地區(qū)部分站點 1961～2002 年的降水情況[1-3]。高原地區(qū)的降雨主要集中于 5～9 月份，降水量從東南向西北遞減。除了降雨之外，高原地區(qū)夏季多雷暴和冰雹。降水較多的祁連山東段和玉樹州南部，雷暴和冰雹日數(shù)最多，能夠達到 80 天以上。全省每年都有農(nóng)田受冰雹災害導致減產(chǎn)甚至于絕收。

表 2 青藏高原地區(qū)部分站點1961～2002 年的降水情況

青藏高原是大風頻發(fā)的地區(qū)。表 3 為青藏高原地區(qū)部分站點近幾十年的大風情況[1-3,6]。年大風天數(shù)出現(xiàn)最多的地方為沱沱河地區(qū)，達 150 天，而民和地區(qū)只有 5天。海南藏族自治州年平均大風日數(shù)為 40～60d[6-7]。最大風速能夠達到 32m/s，風力強勁，再加上地表干燥，植被稀少，容易出現(xiàn)飛沙走石的現(xiàn)象，給當?shù)卦斐闪艘欢ǖ奈：Α?/p>

1.4 鹽湖硫酸鹽-氯鹽環(huán)境

青藏高原地區(qū)湖泊眾多，且多為像高原湖、納木湖這類的鹽湖或咸水湖，由于湖水中氯離子、硫酸根離子濃度高，導致鹽湖周邊大面積土壤中的有害離子濃度增高，郝迎軍[8]等人對青藏鐵路 16 號標段土壤中侵蝕離子含量的測試結(jié)果列于表 4 中，作為對比同時列出了李潔[9]對東部沿海的通州試驗區(qū)土壤中有害離子含量的測試結(jié)果。

表 3 青藏高原地區(qū)部分站點1961～2002 年的大風情況

表 4 不同地區(qū)土壤中的離子含量

由表 4 可以看出，青藏鐵路 16 號標段土壤中有害離子濃度均偏高。劉連新[10]通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，普通混凝土在西部 2～3 年就發(fā)生了嚴重的腐蝕，而在東南沿海地區(qū) 7～10 年發(fā)生腐蝕或鋼筋銹蝕造成的順筋開裂；普通的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在高原鹽湖地區(qū)使用 3～5 年會發(fā)生鋼筋銹蝕開裂，在東南沿海地區(qū)的服役壽命可達 8～10年。王迎華[11]分析了在鹽湖和鹽漬地區(qū)，土壤具有不同程度的腐蝕性。輕鹽漬化土礦化度有所增高，地表有泛鹽現(xiàn)象，對混凝土結(jié)構(gòu)具有較輕的腐蝕；中鹽漬化土礦化度明顯增高，地表泛鹽現(xiàn)象嚴重，對混凝土結(jié)構(gòu)有較強的腐蝕；重鹽漬化土礦化度極高，土質(zhì)多黏重，而且較緊密，地表鹽結(jié)皮及鹽殼較厚，對混凝土結(jié)構(gòu)有嚴重的腐蝕。

2 青藏高原結(jié)構(gòu)混凝土現(xiàn)狀

2.1 原材料情況調(diào)研

對青藏高原地區(qū)的原材料進行調(diào)研，混凝土細骨料多用山砂，青海某工程結(jié)構(gòu)混凝土用山砂的性能列于表5 中，石子的性能列于表 6 中。

表 5 山砂的主要性能

表 6 粗骨料的主要性能

從調(diào)研結(jié)果來看，高原地區(qū)砂石原材料存在著一些典型的質(zhì)量問題，如砂子偏粗、含泥量大、粗骨料粒形不佳、壓碎指標值偏高、含泥量大。這也直接影響到了混凝土的工作性、力學性能和耐久性。砂石含泥量偏大，泥土的吸水能力很強，將直接影響到混凝土的工作性能，同時會影響到混凝土基體與骨料的粘結(jié)性能，從而導致其力學性能和耐久性能的降低；另外，目前大量使用的聚羧酸減水劑對于泥含量具有很強的敏感性，有研究表明，當砂子的含泥量超過 3.0% 時，減水效果將大打折扣。砂子細度模數(shù)過高、級配差，主要影響到混凝土的工作性，粘聚性和保水性變差。石子針片狀含量過大，首先，混凝土的流動性必將變差，其工作性能將明顯減??；其次，針片狀顆粒的強度一般較小，當混凝土受到壓力時針片狀顆粒更容易破壞，因此過多的針片狀骨料會使混凝土強度降低。

調(diào)研的結(jié)果表明當?shù)厝狈ΦV物摻合料，不但沒有礦渣微粉，摻粉煤灰的混凝土也不多，這與資源缺乏、粉煤灰質(zhì)量的不夠穩(wěn)定以及擔心粉煤灰的應用帶來前期強度的降低有著直接的關系?；炷聊途眯砸膊桓?。

2.2 青藏高原地區(qū)部分工程橋用混凝土配合比調(diào)研

對高原地區(qū)的多個橋梁工程的混凝土配合比進行了調(diào)研和匯總，表 7 為青藏高原某工程橋梁結(jié)構(gòu)用混凝土的試驗配合比。

表 7 高原部分橋梁結(jié)構(gòu)用混凝土配合比

調(diào)研結(jié)果表明，C30 混凝土一般采用 P·O42.5 水泥，水膠比偏大，用水量和水泥用量大，砂率高，未摻摻合料；過高的水膠比以及用水量對于混凝土的耐久性是不利的，尤其是在這種對混凝土來說特別嚴苛的高原環(huán)境下，混凝土結(jié)構(gòu)極易受到各種侵蝕從而產(chǎn)生破壞。

C30 混凝土一般用于橋梁的下部結(jié)構(gòu)，體積較大，未摻摻合料且水泥用量大，水化熱和溫升偏高，以至于使混凝土有可能產(chǎn)生溫度裂縫，且從成本角度考慮也會造成浪費；由于細骨料過粗，導致部分混凝土的砂率較大，過高的砂率會使粗骨料用量減少，混凝土收縮增大，對抗裂性不利。

C40 混凝土一般采用 P·O42.5 水泥，膠凝材料的用量偏高，大多高達 450kg/m3，不僅造成成本的提高還帶來混凝土水化熱的大大提高，且砂率偏高。

C50 混凝土一般采用 P·Ⅱ52.5 水泥，部分配合比存在用水量偏高現(xiàn)象，水膠比偏大，強度有可能偏低，這給混凝土的耐久性易帶來不利影響，會導致預應力混凝土收縮徐變的增加和預應力損失。

綜合分析，通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)高原地區(qū)混凝土配合比存在一些典型的問題，歸納如下：1）混凝土水灰比及用水量偏高；2）砂子偏粗，導致混凝土砂率較大，粗骨料用量減少；3）膠凝材料用量偏高；4）缺少礦渣微粉和Ⅰ級粉煤灰，大多數(shù)混凝土未摻礦物摻合料；5）未摻加引氣劑或引氣型減水劑，抗凍等級低。這些問題大都會直接影響到混凝土的耐久性，如抗腐蝕性、抗凍性能、抗?jié)B性能降低，水化熱增加，收縮增加，同時還會帶來工程成本的提高。

2.3 青藏高原地區(qū)既有混凝土工程現(xiàn)狀

2.3.1 橋梁結(jié)構(gòu)

調(diào)研了多個既有橋梁，主要病害基本相似，于是選擇其中一個作為典型，其主要損壞情況如下：

（1）橋面系：橋面鋪裝采用瀝青混凝土鋪裝層。經(jīng)檢查，伸縮縫 1 處被瀝青覆蓋，且坑槽沉陷，面積0.48m2；全橋橋面輕微磨損、1 處擁包、2 處坑槽，總面積 8.88m2、1 處碎裂，面積 3.50m2；人行道 1 處缺失；全橋泄水孔均堵塞。

（2）上部結(jié)構(gòu)：橋梁上部結(jié)構(gòu)為預應力空心板，單跨由 7 片板組成。經(jīng)檢查，鉸縫 11 處滲水泛白；空心板 8 處滲水泛白、6 處破損露筋，總面積 1.19m2，其中 1 處露波紋管；空心板底 8 條縱向裂縫，總長104.05m，最大寬度 0.30mm、第 2 跨 2 號板底 40 條沿箍筋橫向裂縫，總長 48.00m，最大寬度 0.22mm。跨中用鋼支架支撐。

（3）下部結(jié)構(gòu)：采用樁柱式橋墩（雙柱）、U 型橋臺，擴大基礎。經(jīng)檢查，橋臺 2 處滲水、5 條豎向裂縫，總長 2.15m，最大寬度 0.20mm；橋墩蓋梁 1 處滲水。實測主梁強度介于 54.3～60.0MPa，碳化深度0.0mm；墩柱強度 45.2MPa，碳化深度 0.5mm；橋臺強度 26.5MPa，碳化深度 2.0mm。經(jīng)核實設計圖紙，主梁混凝土強度等級為 C40，墩臺混凝土強度等級 C25，實際測試強度均大于設計強度。

根據(jù)橋梁定期檢查結(jié)果，該橋梁狀況等級評定為“三類”（較差狀態(tài)）。主要問題是各種原因引起的裂縫和滲水現(xiàn)象，包括混凝土收縮引起的裂縫、凍脹引起的裂縫和溫度應力產(chǎn)生的裂縫等等。次要問題是鋼筋保護層厚度明顯存在偏薄區(qū)域。還有一些零零散散的小問題，比如橋面輕微磨損、部分區(qū)域的坑槽、擁包以及表面泛白等現(xiàn)象。

2.3.2 公路邊溝

調(diào)研時發(fā)現(xiàn)，公路旁邊的排水溝出現(xiàn)了縱橫交錯的裂縫，凍融破壞現(xiàn)象較為嚴重，其設計強度等級為C25。邊溝混凝土受凍后的損壞情況列于圖 1 中。

從圖 1 可以看到，公路邊溝受到凍融循環(huán)后，表面所產(chǎn)生的破壞現(xiàn)象，包括表面裂縫、松散、發(fā)酥以及脫落，嚴重影響到了結(jié)構(gòu)的使用性能，造成后期修補或返工的較大浪費。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，受到凍融破壞的水溝在冬季時周邊雨雪較多，而該地區(qū)氣溫較低，冬季平均氣溫低于 0℃，因此凍融循環(huán)的條件完全具備，另外該水溝混凝土設計強度為 C25，水膠比較大，未引氣，且采用傳統(tǒng)的配合比設計方法，直接導致混凝土的抗凍性能較差，經(jīng)過測試，該混凝土僅能達到 F75～F125 的抗凍等級，因此經(jīng)過 1～2 個冬天之后結(jié)構(gòu)就會受凍損壞。

圖 1 邊溝混凝土受到凍融后表面開裂、松散、發(fā)酥、脫落現(xiàn)象

3 高原環(huán)境下制備結(jié)構(gòu)混凝土性能提升技術(shù)

3.1 低溫環(huán)境下力學性能提升技術(shù)措施

（1）采用較低的水膠比

在礦物摻合料摻量一定的情況下，隨著水膠比的增大，混凝土的抗壓強度逐漸降低。謝超、王起才[12]認為，過大或過小的水膠比均會使混凝土的抗壓強度降低。因此在負溫下存在一個最優(yōu)水膠比，這個水膠比在0.24～0.38 之間。王立峰[13]通過水膠比對混凝土強度影響的試驗結(jié)果可知，當水泥用量為 510kg/m3，水膠比從 0.37 降低到 0.33 時，混凝土 3d、7d 及 28d 強度提升幅度明顯超過水膠比從 0.41 降低到 0.37 時混凝土強度的提升幅度。

（2）控制粉煤灰摻量或摻入適量的高鈣粉煤灰

粉煤灰是一種混凝土礦物摻合料，其摻量的多少將影響混凝土的強度[14]。魯麗華[15]通過對粉煤灰摻量的增加，發(fā)現(xiàn)摻入粉煤灰的混凝土抗壓強度跟普通混凝土抗壓強度相比下降程度越來越大。當粉煤灰摻量為 10%時，其對混凝土強度發(fā)展影響較小。潘宏彬[16]認為在同一水膠比的條件下，試塊的強度降低與粉煤灰的摻入量沒有明顯的線性關系；當粉煤灰含量在 10%～30%之間對混凝土的強度影響不是很大，當粉煤灰的摻量在30%～40% 之間混凝土的早期強度有一個明顯的下降區(qū)間。馬昆林[17]分析：當試件在 28d 齡期時，隨著粉煤灰摻量的增加，混凝土抗壓強度呈非線性降低，粉煤灰摻量為 0～30% 時，抗壓強度下降幅度較??；粉煤灰的摻量超過 30% 以后，混凝土的抗壓強度下降的幅度增大。劉艷紅[18]認為粉煤灰最佳摻量隨著粉煤灰的成分、細度、顆粒結(jié)構(gòu)形態(tài)以及所用水泥品種等不同而有差異。

高鈣粉煤灰憑借它的需水量低、活性高和可自硬的優(yōu)點廣泛應用于各種工程中。但是由于青藏高原地理位置和氣候條件，在負溫混凝土中，高鈣粉煤灰并沒有得到廣泛的應用。崔金江[19]發(fā)現(xiàn)：摻防凍劑的負溫增鈣粉煤灰混凝土 7d 抗壓強度很低，僅為基準未受凍的增鈣粉煤灰混凝土的 40% 左右。但轉(zhuǎn)入正溫后迅速增長，3 種摻灰量的混凝土 7～28d 抗壓強度均可達到甚至超過同配合比標準養(yǎng)護 28d 時的抗壓強度。

（3）澆筑前加溫措施

為了防止低溫環(huán)境導致混凝土凍害破壞，保證冬季施工的順利進行，需要對原材料進行加溫。最常見的就是水和骨料的加熱，對 42.5MPa 及以上的通用水泥，水和骨料加熱的最高溫度應不大于 60℃ 和 40℃。

采用蒸汽或者電加熱的方法給水加熱，加熱水使用的水箱或水池應予保溫。骨料的加熱方式主要有蒸汽直噴或者曲管熱水蒸汽烘熱，關鍵是要使得不同部位加熱均勻。

（4）澆筑后保溫養(yǎng)護措施

在青藏高原地區(qū)完成混凝土的澆筑后，保溫養(yǎng)護措施是必要的，良好的養(yǎng)護施工工藝對混凝土的強度、耐久性等具有很大的提升。主要方法如下：

1）蓄熱保溫法

蓄熱保溫法是將混凝土用一些保溫物品覆蓋，使得混凝土能夠保持較高的溫度來完成水化反應，避免受外界自然低溫的侵襲。該方法簡單有效，且經(jīng)濟性好，因此成為了現(xiàn)階段混凝土冬季施工必不可少的有效方法。一般的覆蓋物品為巖棉被、塑料膜等，在遠離其它建筑物及生活區(qū)以外的地方可以考慮用草簾、草袋、鋸末、稻殼等，防止引起火災。

2）構(gòu)件外部加熱法

構(gòu)件外部加熱主要有兩種方式，一個是暖棚法，就是在施工現(xiàn)場搭建保溫暖棚，保證混凝土能夠在正溫環(huán)境中成型養(yǎng)護。然而，實踐表明，暖棚在冬季施工中無論是花費的勞動力、消耗的材料、使用的設備、占用的時間都是比較大的。另一個為蒸汽加熱養(yǎng)護，蒸汽法養(yǎng)護利用蒸汽直接或間接養(yǎng)護新澆筑的混凝土，在混凝土結(jié)構(gòu)周圍造成濕熱環(huán)境，以加速混凝土的硬化方法。這種方法加熱方式能保證混凝土構(gòu)件各部分都比較均勻，不會引起火災。

3.2 大溫差凍融環(huán)境下混凝土抗凍性提升措施

混凝土的抗凍性是指混凝土在飽水狀態(tài)下經(jīng)過多次凍融循環(huán)而不致破壞，強度沒有明顯損失的性能。其作用機理主要為混凝土內(nèi)部毛細孔的自由水在受凍結(jié)冰后會產(chǎn)生膨脹應力和滲透壓力，當這種應力超過混凝土的抗拉強度時，就會產(chǎn)生裂縫，在多次凍融循環(huán)作用后，內(nèi)部的裂縫就會增多、擴展，導致混凝土產(chǎn)生疏松剝落，直至破壞。

（1）采用較低的水膠比

張海霞等人[20]認為混凝土水泥石內(nèi)部空隙中的自由水的存在是混凝土產(chǎn)生凍害的主要原因。要提高混凝土的抗凍能力，首先必須使混凝土內(nèi)部盡可能密實，這就要求混凝土的水膠比要盡可能低。代大虎等人[21]在做混凝土的凍融試驗時，在 C30 和 C60 兩種不同強度等級，即不同水膠比情況下，C30 試件的相對動彈性模量損失明顯比 C60 迅速，這就說明隨著水膠比的減小，混凝土的抗凍性能也隨之提高。何晟亞等人[22]認為在混凝土中摻入減水劑，凝土的抗凍性能提高，同時提高了混凝土的強度；二是可以減少混凝土中的水分，從而讓混凝土在凍融的環(huán)境下正常工作，在凍融的情況下，也不容易在混凝土內(nèi)部形成冰晶，混凝土內(nèi)部的體積不會過大的變形，從而減小混凝土的損壞程度。

（2）采用引氣技術(shù)

引氣是提高混凝土抗凍性的關鍵技術(shù)。加入引氣劑后，其形成的微細氣孔在混凝土受凍的時候，能夠大大減少毛細孔中的靜水壓力。李建豐等人[23]研究了引氣劑在機場道面混凝土抗凍性能中的應用，結(jié)果表明，一定引氣劑摻量的引氣混凝土的膨脹裂紋面積比普通混凝土有明顯減少，但同時他們也發(fā)現(xiàn)隨著引氣劑摻量提高，混凝土中的含氣量提高，混凝土的強度有所降低，所以引氣劑摻量不能過高。張海霞等人[20]也認為混凝土中的含氣量對混凝土的抗凍性能影響很大，他們認為通過摻加引氣劑使得混凝土中的含氣量在 4% 左右為宜。李雪峰等人[24]研究了高原低氣壓環(huán)境對引氣混凝土的含氣量和氣泡穩(wěn)定性的影響。研究表明，在引氣劑摻量一定的條件下，混凝土含氣量隨環(huán)境氣壓降低呈線性減少，且氣泡穩(wěn)定性變差，影響了混凝土的抗凍性能，所以在高原環(huán)境下應通過采取優(yōu)選引氣劑類型、增大引氣劑摻量以及避免過振等技術(shù)措施，以確保高原地區(qū)引氣混凝土含氣量能夠達到抗凍設計要求。岑國平[25]還發(fā)現(xiàn)砂石中的含泥量對混凝土的含氣量也有明顯的影響，他認為在保證強度和含氣量的前提下，砂石中的含泥量不應超過2%。

（3）摻礦物摻合料

摻合料摻入混凝土中可以取代部分水泥，并以細顆粒充當細骨料或細骨料的填料，改善新拌混凝土流動性，增強黏聚性，減少泌水和骨料分離，從而增強混凝土的密實性，改善內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提高強度，其后期的二次水化反應，能明顯提高混凝土的抗凍性能。呂世璽[26]通過試驗表明，無論是單摻硅灰、粉煤灰、礦渣微粉，或者復摻均能提高混凝土的凍融循環(huán)次數(shù)，提高混凝土的抗凍性能。田悅[27]研究了高原環(huán)境下，礦物摻合料對混凝土孔結(jié)構(gòu)的影響，結(jié)果表明：摻合料可以改善低溫混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，減少多害孔和有害孔的比例，提高少害孔和無害孔的比例，從而提高了混凝土的抗凍性能。

3.3 高原干燥大風環(huán)境下混凝土抗裂性能提升措施

青藏高原地區(qū)的日照強烈且溫差較大，使混凝土的內(nèi)部與外部產(chǎn)生了一定的溫差，另外青藏高原地區(qū)大風頻發(fā)，這兩種因素結(jié)合起來使混凝土產(chǎn)生過大的應力從而導致混凝土的開裂。高原干燥大風環(huán)境下提升混凝土抗裂性能的技術(shù)措施如下：

（1）適當降低水膠比

水膠比越大混凝土強度發(fā)展越緩慢，當強度跟不上拉應力的發(fā)展時，混凝土將產(chǎn)生裂縫，表現(xiàn)為混凝土環(huán)應變增大。史延田[28]分析混凝土收縮面積隨水膠比的提高而增大。水膠比較低時，粒子之間的距離相對較小，雖然毛細管力較大，但在粒子間距下，塑性收縮僅能產(chǎn)生相對較小的壓密作用；且水膠比較低時，未水化的水泥顆粒較多，在顆粒間距較小時會產(chǎn)生有利的中心質(zhì)效應，減少界面過渡層的薄弱環(huán)節(jié)，使其更能抵抗較大的毛細管壓力。水膠比較低時，拌合物體系的整體性和黏聚性較好，產(chǎn)生的塑性沉降較小。因此，在上述的各種因素的綜合作用下，水膠比較低時，塑性收縮面積較小。

（2）摻優(yōu)質(zhì)粉煤灰

研究表明，常溫下?lián)饺敕勖夯液竽苊黠@提高混凝土的抗裂性能。因為摻入粉煤灰后，粉煤灰的活性效應使混凝土進行二次水化，水化產(chǎn)物填充了體系中的空隙，減緩了水分蒸發(fā)，使混凝土環(huán)應變減小。王蘇然等人[29]通過試驗得出：在混凝土中摻入一定量的粉煤灰能夠改善抗裂性能，并且摻有粉煤灰的混凝土后期強度大于普通混凝土后期強度。史延田[28]認為粉煤灰的摻入，降低了水泥用量，且粉煤灰與水泥的水化產(chǎn)物 Ca(OH)2進行“二次水化”所生成膠凝體的速度較慢，是混凝土的早期強度降低，早期收縮值和彈性模量也減小，有利于減小早期開裂的風險。而且 I 級粉煤灰的摻入可細化混凝土的孔結(jié)構(gòu)，孔隙率也大大降低，避免了連通毛細孔的形成，降低了混凝土的早期塑性收縮。

（3）摻抗裂纖維

高原地區(qū)晝夜溫差大、濕度小、大風多，早期裂縫非常普遍，在混凝土中摻入大量亂向分布的細小纖維，使混凝土的抗拉韌性大大提高，尤其是早期抗裂效果非常明顯，減少混凝土硬化過程中出現(xiàn)的干縮、溫縮裂縫，是摻加纖維的主要目的。程梅[30]基于低溫彎曲和受限試件溫度應力試驗研究了瀝青混凝土低溫環(huán)境下的抗裂性能，通過試驗表明，摻加木質(zhì)素纖維、玄武巖纖維對于混凝土的抗裂性能的改善均有良好的效果。孫洪偉、宮偉[31]利用破壞強度和破壞彎拉應變以及破壞勁度模量來表征混凝土的抗裂性能，結(jié)果表明，纖維混凝土的破壞強度和破壞彎拉應變分別提高了 5.6% 和30.1%，破壞勁度模量減小 18.8%，混凝土的抗裂性能明顯提高。

（4）養(yǎng)護

加強施工中養(yǎng)護措施，采取有效的覆蓋養(yǎng)護防止水分過快蒸發(fā)。

3.4 鹽湖硫酸鹽-氯鹽環(huán)境下抗離子侵蝕性能提升措施

青藏高原地區(qū)多鹽湖與鹽漬土，其中有害離子含量高，混凝土將會受到嚴重的離子侵蝕，而影響混凝土抗離子侵蝕能力的因素主要為混凝土的密實程度，以及內(nèi)部連通孔隙率。

（1）摻礦物摻合料

礦物摻合料的使用可以提高混凝土內(nèi)部的密實度，降低混凝土的滲透性，有效地提高混凝土的抗離子侵蝕能力，而高原地區(qū)氣候寒冷，為了提高混凝土早期水化速率，通常會加入一些防凍劑。劉國玉[32]等人通過對青藏鐵路混凝土工程進行研究，摻入防凍劑亞鈣及亞鈉，混凝土膨脹率略微增大，其抗硫酸鹽侵蝕性能有一定的劣化，這可能是由于防凍劑促進混凝土早期的水化，從而使得混凝土的孔結(jié)構(gòu)有向大孔方向發(fā)展的趨勢，削弱了混凝土抵抗侵蝕離子滲透的能力。但他們的研究也表明防凍劑與礦物摻合料粉煤灰、礦渣微粉、硅灰及引氣劑等復合后，混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能有較大的提高，可消除防凍劑對耐久性的不利影響。因此對于負溫地區(qū)有防凍性能要求的高原結(jié)構(gòu)混凝土工程來說，防凍劑應該慎用，應與礦物摻合料粉煤灰、礦渣微粉或硅灰等復合摻加。劉連新[33]研究表明，水膠比的降低對于高原環(huán)境下氯離子滲透影響效果不大，但摻加礦物摻合料能明顯降低氯離子的滲透性，且復摻粉煤灰和硅灰比單摻的效果好。鄭雯[34]也通過試驗表明，礦粉和粉煤灰的加入可以明顯改善石灰石硅酸鹽水泥耐硫酸鹽低溫侵蝕性能。

（2）摻有機纖維

劉連新、蔣寧山[35]分析將網(wǎng)狀聚丙烯合成纖維均勻拌于混凝土中，能有效抑制混凝土表面塑性龜裂，減小顯微裂縫，使混凝土抗氯離子滲透能力提高，保證混凝土在鹽漬土及鹽湖地區(qū)土中的穩(wěn)定性。付浩兵[36]也認為聚丙烯纖維能夠提高高原混凝土的抗裂性能，防止離子侵蝕的加劇，他還得出水溶性的環(huán)氧樹脂能夠增加混凝土的密實度，減少孔隙率，一定程度上提高混凝土耐久性的結(jié)論。

4 結(jié)語

青藏高原地區(qū)是多種極端環(huán)境交織在一起的地區(qū)，所以在研究高原結(jié)構(gòu)混凝土時，要綜合考慮各種環(huán)境問題，根據(jù)不同的環(huán)境條件及其作用等級、不同工程結(jié)構(gòu)部位來優(yōu)化混凝土配合比設計，在保證工作性的前提下適當降低水膠比，摻引氣劑或引氣型減水劑，復摻粉煤灰、礦渣微粉或硅灰等礦物摻合料來制備高性能混凝土，混凝土成型后還需要采用防凍、保溫養(yǎng)護措施來提升混凝土的強度、抗裂性能和耐久性能。

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Review of present status and performance improvement of concrete in Qinghai and Tibet Plateau

Meng Xinxin1, Hu Yubing2, Xiong Yu1, Qin Honggen1
(1. School of Material Science and Engineering Southeast University, Nanjing 211189；2. JSTI Group Co., Ltd., Nanjing 211112)

The low temperature and the great temperature difference in Tibetan plateau area have an adverse effect on the concrete working performance, mechanical properties and durability. Therefore, the research status of the environmental conditions and the plateau structure concrete in Tibetan area are reviewed, Technical measures for improving the performance of structural concrete under the environment of Qinghai and Tibet Plateau are put forward.

plateau environment; concrete present situation; performance promotion technology

青海省科學技術(shù)廳高新技術(shù)研究與發(fā)展計劃項目（2014-GX-209）。

孟鑫鑫（1993—），男，碩士研究生，從事土木工程材料研究。

［通訊地址］南京市江寧區(qū)東南大學路 2 號（211189）