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洱源县水利水电勘测设计队
摘要：本文简要阐述了通过对原材料、引气减水剂、配比试验、施工现场管理，四个关键要素进行严格的控制以确保抗冻砼的质量。
关键词：抗冻性；质量；措施；引气减水剂；水灰比；配合比
1 工程概况
“五小水利”重点县2015年建设项目范围涉及洱源县的凤羽镇、右所镇和邓川镇共3个镇，属洱源县工程性缺水较为严重的村委会灌片。其中凤羽镇设计灌溉面积1.073万亩，节水改造渠道（干、支、斗渠）26条总长43.76km，共配套渠系建筑物232座。
“五小水利”重点县2015年度洱源县凤羽灌片工程主要由输水工程和配套渠系建筑物两部分组成。输水工程由盘山渠道干渠、田间灌溉支、斗渠组成。其中盘山渠道干渠所在海拔高程2250m～2300m，建成后干渠多在输水情况下和冬季气温较低、温差较大区域。
2 盘山明渠（干渠）砼抗冻的必要性
凤羽灌片工程盘山渠道海拔在2250m～2300m之间。在高海拔地区修建输水干渠，水工砼的抗冻耐久性（简称抗冻性）是一个不容忽视的问题。强度和耐久性是砼的两大基本性能。水工建筑物要长期工作在水中，受各种外部条件的影响，维修更新难度大，因此水工砼的耐久性就是我们关注的焦点，其中砼的抗冻性更是其重点。此处针对现实施的高海拔部分渠道砼进行论述。
根据洱源县气象站实测资料统计：洱源县多年平均气温13.9℃，最热月平均气温20℃，最冷月平均气温6.7℃，但由于高差的原因凤羽镇西部山区局部最冷月平均气温要达到0℃。按气候分区划分标准应将其划分为温和区，但考虑到工程区立体气候和区域小气候非常明显，极端气候经常出现，所以我们将该工程区划分为寒冷区进行考虑。工程区每年11月下旬、12月、1月、2月上旬的夜间平均气温都要在-5～-11℃之间，年冻融循环次数要≥100次。盘山明渠的砼多在水下和冬季水位变化区，且山高坡陡难于检修，一旦发生冻融破坏会直接导致输水干渠无法正常运行，威胁下游农田及群众生命安全。
输水干渠的砼必须要考虑其抗冻性能。按《水工混凝土结构设计规范》（SL/T191-96）的要求，根据气候分区、冻融循环次数、表面局部小气候条件、结构构件重要性和检修条件，该部分砼抗冻等级要定为F300（按28d龄期的试件用快冻试验方法测定）。
3质量控制是确保砼抗冻性的关键
“百年大计、质量第一”。工程质量在水利施工中占有重要的位置，是基本建设投资效益实现的主要保证。但是，在施工项目开展中，由于质量控制能力较差，控制手段不力，造成质量水平不稳定，甚至下降，致使工程质量事故时有发生。
质量控制是确保砼各项指标满足要求的关键。砼质量控制的最终目标是得到质量均匀、体积稳定、耐久、满足设计要求而且经济的砼。只要得到了这样优质的砼，那么其强度、抗冻性等就能得到很好的保证。我们要明确砼质量控制的重要性，要积极寻求控制质量的方法。
4 质量控制措施
4.1选用优质的原材料是砼具有良好抗冻性的前提。
首先要选用高标号水泥。水泥标号高，用量大，砼的抗冻性能则好。对抗冻性能要求高的工程部位应优先采用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。
其次就是选择质地坚实，粒径级配合理的砂石骨料。砂石骨料含有毛细孔，骨料粒径越大，则比表面越小，界面受冻破坏的可能性越大。所以粒径小得多的孔骨粒对抗冻有利。因此选用粒径为5～20mm的连续级配的碎石作为粗骨料。在选用细骨料时，因为使用粗砂或细砂会使砼的和易性变差，导致含气量下降对砼的抗冻性不利。为此我们选用了细度模数为2.75的中砂。
表1 本工程选用的原材料
水 泥 砂 碎 石
生产厂家 品种等级 实测强度（N/mm2） 产地种类 细度模数 产地种类 公称粒径（mm）
滇西
水泥厂 上登水泥
（P.O42.5） 59.9 洱源西甸石场
机制砂 2.75 洱源西甸石场
碎石 5--20
4.2使用引气减水剂是提高砼抗冻性的主要技术措施。
提高砼的抗冻性有两个途径：一是使用减水剂，降低水灰比。降低水灰比能使砼的孔隙率变小，可冻孔数相应减少，砼的抗冻性则增强；二是使用引气剂，提高含气量。在混凝土中掺入引气剂，可使混凝土产生均匀的适量的闭合小气泡，改善混凝土中孔的分布和结构。利用附加气泡在冻胀外力作用下形状的改变来缓冲和调节冻胀压力，从而达到提高抗冻性的目的。
4.3认真进行配比试验是砼达到预期目标的基础
每项砼工程在施工前都必须根据该工程所用水泥、骨料等实际材料，按照设计要求进行砼配合比设计、试验，从而选择出既能满足设计要求，又经济上合理的砼配合比。砼的配比设计是保证其质量的根本。抗冻砼中控制引气减水剂掺量又是确保砼强度及抗冻性的关键。按抗冻规范推荐的小型工程抗冻含气量要求作为参考来进行配比设计。推荐含气量要求与水灰比要求见下表。
表2 小型工程抗冻砼含气量要求表
砼抗冻等级 ≥F200 ≥F150 砼抗冻等级 ≥F200 ≥F150
最大骨料粒径 20mm （6.0±1）% （5.0±1）% 最大骨料粒径 80mm （4.5±1）% （3.5±1）%
最大骨料粒径 40mm （5.5±1）% （4.5±1）% 最大骨料粒径 150mm （4.0±1）% （3.0±1）%
表3 小型工程抗冻砼水灰比要求表
砼抗冻等级 F300 F200 F150 F100 F50
水灰比 <0.45 <0.50 <0.52 <0.55 <0.58
在《混凝土外加剂应用技术规范》（GB 50119-2013）中对有抗冻要求的砼含气量也有着相应规定，要求其含气量上限不宜超过下表。 表4 掺引气剂或引气减水剂的砼含气量限值
粗骨料最大公称粒径（mm） 砼含气量限值（%） 粗骨料最大公称粒径（mm） 砼含气量限值（%）
10 7.0 25 5.0
15 6.0 40 4.5
20 5.5
由表2、表3、表4可知，我们在进行抗冻等级为F300的砼的配比试验时，要求水灰比<0.45、含气量控制在5%<5.5%之间。确定水灰比与含气量的范围值后，下一步工作就是认真的进行抗冻砼配比设计和抗冻试验。试验过程中一定要注意材料配合比参数的误差。室内设计的配比是在标准温度、湿度等情况进行的，而施工现场条件与室内是有误差的。试验室确定的材料配合比参数与施工现场越接近，误差也就越小。
表5 抗冻砼配比试验情况表
编号 水灰比（w/C） 1m3砼各项材料用量（kg） 坍落度
（mm） 拌和气温
（℃） 抗压强度（28d）
（N/mm2） 含气量
（%）
水泥 砂 碎石 引气减水剂（1.0%） 水
1 0.42 389.2 799.2 1083.8 3.89 163.27 157 10 38.9 5.6
2 0.44 350.8 856.2 1057.2 3.51 154.14 159 10 34.6 5.3
3 0.50 319.8 911.5 1025.6 3.2 160.91 163 10 29.7 5.1
表6 砼抗冻试验情况表
编号 冻融循环次数 质量指标 标准值 测试值 检验结论
1 2 3 平均
1 300 强度损失率 不超过25% 20 18 17 18 满足F300要求
重量损失率 不超过5% 3.2 3.5 3.3 3.3
相对动弹性模量值 不小于60% 76 77 74 76
2 300 强度损失率 不超过25% 19 21 19 20 满足F300要求
重量损失率 不超过5% 3.6 3.5 3.4 3.5
相对动弹性模量值 不小于60% 72 75 74 74
3 300 强度损失率 不超过25% 28 29 31 29 不足F300要求
重量损失率 不超过5% 4.1 3.8 3.9 3.9
相对动弹性模量值 不小于60% 71 73 69 71
经检测，以上三组配比方案中第1、2组的抗冻等级均达到设计要求的F300，综合考虑其他因素后确定选用2号配比方案，其配合比质量比例为：
水泥：砂：碎石：水：引气减水剂=1：2.44：3.01：0.43：0.01
4.4严格的现场管理是砼达到预期目标的保证
抗冻砼有一个良好的配比设计是必要的，但能否按要求进行施工和质量控制是砼具有良好性能的保证。提出最佳配比设计方案后，严格按施工规范进行施工，控制质量，否则检测中发现的问题就难以挽回。
第一，严格控制原材料的质量。所有进场原材料必须经过严格的检验，其各项指标均达到设计要求方能使用；第二，严格控制现场施工时用料用量的准确性。如果有了一个良好的配合比，但由于现场作业人员没能准确的按配比要求用料，会造成实际浇筑的砼达不到预期的效果，所以对现场作业过程实行严格的监督也是一个很重要的环节；第三，抗冻砼浇筑完成后的养护工作也不能忽视，进行精心养护，是确保刚浇筑的混凝土以最佳的方式，向高强度、抗渗、耐久的硬化方向发展的重要手段。
5结语
在我们南方地区很少会遇到抗冻砼的施工，但西南山区也存在高海拔的施工环境，不能因为地域来划分就忽视其重要性。我们要从砼发生冻融破坏的条件出发去分析是否需要考虑抗冻性能。在抗冻砼施工过程中我们要层层控制确保工程质量，控制质量过程中要注意以下几点：（1）控制好原材料，选择质量好、级配合理、符合要求的骨料以及抗冻性能好的水泥。（2）根据要求超前进行配比试验，确定合理有效的配比方案，注意控制配比参数（如温度、湿度等）。（3）监督好施工现场的作业人员，保证各种材料用量准确，拌和时间合理，避免由于实际拌和的砼与设计要求的砼不一致而造成砼质量不达标的情况发生。（4）抗冻砼浇筑完成后的养护工作也非常关键，不容忽视。（5）最后对已完工的砼进行现场检测，了解其各项指标是否达到要求。
参考文献：
[1]《水工混凝土结构设计规范》（SL/T191-96）
[2]《混凝土外加剂应用技术规范》（GB 50119-2013）
[3]《水工建筑物抗冰冻设计规范》（SL 211-2006）
[4]《水工混凝土试验规程》（SL 352-2006）
摘要：本文简要阐述了通过对原材料、引气减水剂、配比试验、施工现场管理，四个关键要素进行严格的控制以确保抗冻砼的质量。
关键词：抗冻性；质量；措施；引气减水剂；水灰比；配合比
1 工程概况
“五小水利”重点县2015年建设项目范围涉及洱源县的凤羽镇、右所镇和邓川镇共3个镇，属洱源县工程性缺水较为严重的村委会灌片。其中凤羽镇设计灌溉面积1.073万亩，节水改造渠道（干、支、斗渠）26条总长43.76km，共配套渠系建筑物232座。
“五小水利”重点县2015年度洱源县凤羽灌片工程主要由输水工程和配套渠系建筑物两部分组成。输水工程由盘山渠道干渠、田间灌溉支、斗渠组成。其中盘山渠道干渠所在海拔高程2250m～2300m，建成后干渠多在输水情况下和冬季气温较低、温差较大区域。
2 盘山明渠（干渠）砼抗冻的必要性
凤羽灌片工程盘山渠道海拔在2250m～2300m之间。在高海拔地区修建输水干渠，水工砼的抗冻耐久性（简称抗冻性）是一个不容忽视的问题。强度和耐久性是砼的两大基本性能。水工建筑物要长期工作在水中，受各种外部条件的影响，维修更新难度大，因此水工砼的耐久性就是我们关注的焦点，其中砼的抗冻性更是其重点。此处针对现实施的高海拔部分渠道砼进行论述。
根据洱源县气象站实测资料统计：洱源县多年平均气温13.9℃，最热月平均气温20℃，最冷月平均气温6.7℃，但由于高差的原因凤羽镇西部山区局部最冷月平均气温要达到0℃。按气候分区划分标准应将其划分为温和区，但考虑到工程区立体气候和区域小气候非常明显，极端气候经常出现，所以我们将该工程区划分为寒冷区进行考虑。工程区每年11月下旬、12月、1月、2月上旬的夜间平均气温都要在-5～-11℃之间，年冻融循环次数要≥100次。盘山明渠的砼多在水下和冬季水位变化区，且山高坡陡难于检修，一旦发生冻融破坏会直接导致输水干渠无法正常运行，威胁下游农田及群众生命安全。
输水干渠的砼必须要考虑其抗冻性能。按《水工混凝土结构设计规范》（SL/T191-96）的要求，根据气候分区、冻融循环次数、表面局部小气候条件、结构构件重要性和检修条件，该部分砼抗冻等级要定为F300（按28d龄期的试件用快冻试验方法测定）。
3质量控制是确保砼抗冻性的关键
“百年大计、质量第一”。工程质量在水利施工中占有重要的位置，是基本建设投资效益实现的主要保证。但是，在施工项目开展中，由于质量控制能力较差，控制手段不力，造成质量水平不稳定，甚至下降，致使工程质量事故时有发生。
质量控制是确保砼各项指标满足要求的关键。砼质量控制的最终目标是得到质量均匀、体积稳定、耐久、满足设计要求而且经济的砼。只要得到了这样优质的砼，那么其强度、抗冻性等就能得到很好的保证。我们要明确砼质量控制的重要性，要积极寻求控制质量的方法。
4 质量控制措施
4.1选用优质的原材料是砼具有良好抗冻性的前提。
首先要选用高标号水泥。水泥标号高，用量大，砼的抗冻性能则好。对抗冻性能要求高的工程部位应优先采用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。
其次就是选择质地坚实，粒径级配合理的砂石骨料。砂石骨料含有毛细孔，骨料粒径越大，则比表面越小，界面受冻破坏的可能性越大。所以粒径小得多的孔骨粒对抗冻有利。因此选用粒径为5～20mm的连续级配的碎石作为粗骨料。在选用细骨料时，因为使用粗砂或细砂会使砼的和易性变差，导致含气量下降对砼的抗冻性不利。为此我们选用了细度模数为2.75的中砂。
表1 本工程选用的原材料
水 泥 砂 碎 石
生产厂家 品种等级 实测强度（N/mm2） 产地种类 细度模数 产地种类 公称粒径（mm）
滇西
水泥厂 上登水泥
（P.O42.5） 59.9 洱源西甸石场
机制砂 2.75 洱源西甸石场
碎石 5--20
4.2使用引气减水剂是提高砼抗冻性的主要技术措施。
提高砼的抗冻性有两个途径：一是使用减水剂，降低水灰比。降低水灰比能使砼的孔隙率变小，可冻孔数相应减少，砼的抗冻性则增强；二是使用引气剂，提高含气量。在混凝土中掺入引气剂，可使混凝土产生均匀的适量的闭合小气泡，改善混凝土中孔的分布和结构。利用附加气泡在冻胀外力作用下形状的改变来缓冲和调节冻胀压力，从而达到提高抗冻性的目的。
4.3认真进行配比试验是砼达到预期目标的基础
每项砼工程在施工前都必须根据该工程所用水泥、骨料等实际材料，按照设计要求进行砼配合比设计、试验，从而选择出既能满足设计要求，又经济上合理的砼配合比。砼的配比设计是保证其质量的根本。抗冻砼中控制引气减水剂掺量又是确保砼强度及抗冻性的关键。按抗冻规范推荐的小型工程抗冻含气量要求作为参考来进行配比设计。推荐含气量要求与水灰比要求见下表。
表2 小型工程抗冻砼含气量要求表
砼抗冻等级 ≥F200 ≥F150 砼抗冻等级 ≥F200 ≥F150
最大骨料粒径 20mm （6.0±1）% （5.0±1）% 最大骨料粒径 80mm （4.5±1）% （3.5±1）%
最大骨料粒径 40mm （5.5±1）% （4.5±1）% 最大骨料粒径 150mm （4.0±1）% （3.0±1）%
表3 小型工程抗冻砼水灰比要求表
砼抗冻等级 F300 F200 F150 F100 F50
水灰比 <0.45 <0.50 <0.52 <0.55 <0.58
在《混凝土外加剂应用技术规范》（GB 50119-2013）中对有抗冻要求的砼含气量也有着相应规定，要求其含气量上限不宜超过下表。 表4 掺引气剂或引气减水剂的砼含气量限值
粗骨料最大公称粒径（mm） 砼含气量限值（%） 粗骨料最大公称粒径（mm） 砼含气量限值（%）
10 7.0 25 5.0
15 6.0 40 4.5
20 5.5
由表2、表3、表4可知，我们在进行抗冻等级为F300的砼的配比试验时，要求水灰比<0.45、含气量控制在5%<5.5%之间。确定水灰比与含气量的范围值后，下一步工作就是认真的进行抗冻砼配比设计和抗冻试验。试验过程中一定要注意材料配合比参数的误差。室内设计的配比是在标准温度、湿度等情况进行的，而施工现场条件与室内是有误差的。试验室确定的材料配合比参数与施工现场越接近，误差也就越小。
表5 抗冻砼配比试验情况表
编号 水灰比（w/C） 1m3砼各项材料用量（kg） 坍落度
（mm） 拌和气温
（℃） 抗压强度（28d）
（N/mm2） 含气量
（%）
水泥 砂 碎石 引气减水剂（1.0%） 水
1 0.42 389.2 799.2 1083.8 3.89 163.27 157 10 38.9 5.6
2 0.44 350.8 856.2 1057.2 3.51 154.14 159 10 34.6 5.3
3 0.50 319.8 911.5 1025.6 3.2 160.91 163 10 29.7 5.1
表6 砼抗冻试验情况表
编号 冻融循环次数 质量指标 标准值 测试值 检验结论
1 2 3 平均
1 300 强度损失率 不超过25% 20 18 17 18 满足F300要求
重量损失率 不超过5% 3.2 3.5 3.3 3.3
相对动弹性模量值 不小于60% 76 77 74 76
2 300 强度损失率 不超过25% 19 21 19 20 满足F300要求
重量损失率 不超过5% 3.6 3.5 3.4 3.5
相对动弹性模量值 不小于60% 72 75 74 74
3 300 强度损失率 不超过25% 28 29 31 29 不足F300要求
重量损失率 不超过5% 4.1 3.8 3.9 3.9
相对动弹性模量值 不小于60% 71 73 69 71
经检测，以上三组配比方案中第1、2组的抗冻等级均达到设计要求的F300，综合考虑其他因素后确定选用2号配比方案，其配合比质量比例为：
水泥：砂：碎石：水：引气减水剂=1：2.44：3.01：0.43：0.01
4.4严格的现场管理是砼达到预期目标的保证
抗冻砼有一个良好的配比设计是必要的，但能否按要求进行施工和质量控制是砼具有良好性能的保证。提出最佳配比设计方案后，严格按施工规范进行施工，控制质量，否则检测中发现的问题就难以挽回。
第一，严格控制原材料的质量。所有进场原材料必须经过严格的检验，其各项指标均达到设计要求方能使用；第二，严格控制现场施工时用料用量的准确性。如果有了一个良好的配合比，但由于现场作业人员没能准确的按配比要求用料，会造成实际浇筑的砼达不到预期的效果，所以对现场作业过程实行严格的监督也是一个很重要的环节；第三，抗冻砼浇筑完成后的养护工作也不能忽视，进行精心养护，是确保刚浇筑的混凝土以最佳的方式，向高强度、抗渗、耐久的硬化方向发展的重要手段。
5结语
在我们南方地区很少会遇到抗冻砼的施工，但西南山区也存在高海拔的施工环境，不能因为地域来划分就忽视其重要性。我们要从砼发生冻融破坏的条件出发去分析是否需要考虑抗冻性能。在抗冻砼施工过程中我们要层层控制确保工程质量，控制质量过程中要注意以下几点：（1）控制好原材料，选择质量好、级配合理、符合要求的骨料以及抗冻性能好的水泥。（2）根据要求超前进行配比试验，确定合理有效的配比方案，注意控制配比参数（如温度、湿度等）。（3）监督好施工现场的作业人员，保证各种材料用量准确，拌和时间合理，避免由于实际拌和的砼与设计要求的砼不一致而造成砼质量不达标的情况发生。（4）抗冻砼浇筑完成后的养护工作也非常关键，不容忽视。（5）最后对已完工的砼进行现场检测，了解其各项指标是否达到要求。
参考文献：
[1]《水工混凝土结构设计规范》（SL/T191-96）
[2]《混凝土外加剂应用技术规范》（GB 50119-2013）
[3]《水工建筑物抗冰冻设计规范》（SL 211-2006）
[4]《水工混凝土试验规程》（SL 352-2006）