严寒地区铁路施工用超低温高性能混凝土的施工工艺

摘要

本发明公开了一种严寒地区铁路施工用超低温高性能混凝土的施工工艺，包括步骤：一、超低温高性能混凝土拌合：对胶凝材料、砂、碎石、高效减水剂、复合防冻剂和水均匀拌合获得超低温高性能混凝土；胶凝材料由水泥和矿物掺合料按重量比88～78︰12～22均匀混成；复合防冻剂与胶凝材料重量比为3～6︰100；复合防冻剂组成按重量计为：硝酸盐30～35%，有机化合物30～33%，甲酸钙0.5～1%，余量为水；硝酸盐为硝酸钙或亚硝酸钙，有机化合物为甲醇或乙醇；二、超低温高性能混凝土浇注；三、超低温高性能混凝土养护。本发明设计合理、施工步骤简单、操作方便且施工进度快、施工成本低，所施工完成的混凝土结构质量好。

说明书

技术领域

本发明属于混凝土施工技术领域，尤其是涉及一种严寒地区铁路施工用 超低温高性能混凝土的施工工艺。

背景技术

新建铁路哈尔滨至齐齐哈尔客运专线站前土建工程位于黑龙江省西 南部，沿线地区的主要气候特征为：极端最高气温39.8℃，极端最低气温 -42.6℃，最冷月平均气温均低于-15℃，线路全长280.893km，冬季严寒 干燥漫长，冬休期长达六个月，沿线土壤最大冻结深度为1.89m～2.14m。 根据目前客专施工工期安排及铁道部的要求，冬季施工必不可少，而冬季 高性能混凝土的施工质量控制与普通混凝土的施工质量控制是不一样的， 普通混凝土只需要考虑早期强度及大体积混凝土的水化热问题，高性能混 凝土不但要考虑前两条，还要考虑后期强度及耐久性能，高性能混凝土 （High performance concrete,简称HPC）是一种新型高技术混凝土，是 在大幅度提高普通混凝土性能的基础上采用现代混凝土技术制作的混凝 土。它以耐久性作为设计的主要指标，针对不同用途要求，对下列性能重 点予以保证:耐久性、工作性、适用性、强度、体积稳定性和经济性。为 此，高性能混凝土在配置上的特点是采用低水胶比，选用优质原材料，且 必须掺加足够数量的矿物细掺料和高效外加剂。目前，国内在严寒地区混 凝土冬季施工经验等方面无文献资料可借鉴。对于高性能混凝土早期强度 是否影响后期强度及耐久性能，初、终凝时间如何控制，临界强度达到多 少不至于受到冻害等都是需要解决的问题。因此，研究严寒地区高性能混 凝土施工对指导今后铁路工程施工具有重要意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一 种严寒地区铁路施工用超低温高性能混凝土的施工工艺，其设计合理、施 工步骤简单、操作方便且施工进度快、施工成本低，并且所施工完成的混 凝土结构质量好。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种严寒地区铁路施 工用超低温高性能混凝土的施工工艺，其特征在于该工艺包括以下步骤：

步骤一、超低温高性能混凝土拌合：对胶凝材料、砂、碎石、高效减 水剂、复合防冻剂和水进行均匀拌合后，获得容重为2350kg/m³～2450kg/m³的超低温高性能混凝土；所述超低温高性能混凝土的最大水胶比和砂率， 均依据需施工混凝土结构的设计图纸要求，且按照铁路施工用混凝土的配 合比设计方法进行设计；所述超低温高性能混凝土是指适用于环境温度为 0℃～-40℃条件下进行施工的高性能混凝土；

所述胶凝材料由水泥和矿物掺合料按照重量比为88～78︰12～22的 比例均匀混合而成；

所述高效减水剂的减水率不小于25%，且所述高效减水剂与所述胶凝 材料的重量比为0.5︰100～1︰100；

所述复合防冻剂与所述胶凝材料的重量比为3︰100～6︰100；所述复 合防冻剂的组成按重量计为：硝酸盐30%～35%，有机化合物30%～33%， 甲酸钙0.5%～1%，余量为水；所述硝酸盐为硝酸钙或亚硝酸钙，所述有机 化合物为甲醇或乙醇；

步骤二、超低温高性能混凝土浇注：需施工混凝土结构的钢筋笼绑扎 与支模过程完成后，采用混凝土泵送设备完成步骤一中所述超低温高性能 混凝土的浇注过程，获得浇注成型的混凝土结构物；

实际进行浇注时，当外界环境温度为0℃～-10℃时，所述超低温高性 能混凝土的入模温度控制在5℃～10℃；当环境温度为-10℃～-20℃时， 所述超低温高性能混凝土的入模温度控制在10℃～15℃；且当外界环境温 度低于-20℃时，所述超低温高性能混凝土的入模温度不低于15℃；

步骤三、超低温高性能混凝土养护：对步骤二中浇注成型的混凝土结 构物进行保温养护。

上述严寒地区铁路施工用超低温高性能混凝土的施工工艺，其特征 是：步骤一中对胶凝材料、砂、碎石、高效减水剂、复合防冻剂和水进行 均匀拌合之前，先采用加热设备将拌合所述超低温高性能混凝土用的水加 热至50℃～70℃；之后，再将砂、碎石、水、矿物掺合料、水泥和混凝土 外加剂，按照设计配比由先至后分别投放入搅拌设备内均匀拌合，便获得 拌合而成的所述超低温高性能混凝土；

其中，所述混凝土外加剂包括高效减水剂和复合防冻剂。

上述严寒地区铁路施工用超低温高性能混凝土的施工工艺，其特征 是：步骤一中对胶凝材料、砂、碎石、高效减水剂、复合防冻剂和水进行 均匀拌合之前，需先对所述复合防冻剂进行制备，且所述复合防冻剂由硝 酸盐、有机化合物、甲酸钙和水按照设计配比均匀混配而成；

对所述复合防冻剂进行制备时，其制备方法如下：

步骤101、硝酸盐与甲酸钙预热：将所述硝酸盐和甲酸钙，分别加热 至40℃～70℃；

步骤102、均匀混配：将水与步骤101中预热后的所述硝酸盐和甲酸 钙，按照设计配比混合均匀后，制得所述复合防冻剂。

上述严寒地区铁路施工用超低温高性能混凝土的施工工艺，其特征 是：步骤一中对砂、碎石、水、矿物掺合料、水泥和混凝土外加剂进行投 放时，所述砂、碎石、矿物掺合料和水泥的温度均不低于0℃，所述混凝 土外加剂中的所述高效减水剂和复合防冻剂均为液态。

上述严寒地区铁路施工用超低温高性能混凝土的施工工艺，其特征 是：步骤一中所述超低温高性能混凝土的最大水胶比为0.4且其砂率为 32%～44%，所述超低温高性能混凝土的最小胶凝材料用量为360kg/m³，最 大单位用水量为165kg/m³，所述高效减水剂为聚羧酸系高效减水剂。

上述严寒地区铁路施工用超低温高性能混凝土的施工工艺，其特征 是：步骤一中对胶凝材料、砂、碎石、高效减水剂、复合防冻剂和水进行 均匀拌合时，采用混凝土拌合站进行拌合，所述混凝土拌合站的搅拌设备 转速为23.5r/mi n±3r/mi n，且拌合时间不少于120s。

上述严寒地区铁路施工用超低温高性能混凝土的施工工艺，其特征 是：所述超低温高性能混凝土的水胶比为0.26～0.4；且所述超低温高性 能混凝土中，砂与胶凝材料的重量比为1.40～1.80。

上述严寒地区铁路施工用超低温高性能混凝土的施工工艺，其特征 是：步骤三中对所述混凝土结构物进行保温养护时，保温养护时间不少于 7天，或者需将所述混凝土结构物保温养护至其抗压强度达到设计强度的 50%以上为止。

上述严寒地区铁路施工用超低温高性能混凝土的施工工艺，其特征 是：步骤三中对所述混凝土结构物进行保温养护过程中，所述混凝土结构 物内部与外表面间的温差不大于20℃，且所述混凝土结构物外表面与外界 环境温度间的温差不大于15℃。

上述严寒地区铁路施工用超低温高性能混凝土的施工工艺，其特征 是：步骤三中对所述混凝土结构物进行保温养护时，当外界环境温度为0～ -10℃时，采用双层保温法进行养护；当外界环境温度为-10℃～-20℃时， 采用三层保温法进行养护；当外界环境温度低于-20℃时，采用辅助加热 保温法进行养护；

采用双层保温法进行养护时，待步骤二中完成所述超低温高性能混凝 土的浇注过程后，立即在所述混凝土结构物外侧包裹一层塑料布，之后再 在所包裹的塑料布上包裹一层帐篷布或棉褥进行保温；

采用三层保温法进行养护时，待步骤二中完成所述超低温高性能混凝 土的浇注过程后，立即在所述混凝土结构物外侧包裹一层塑料布，之后再 在所包裹的塑料布上包裹一层帐篷布或棉褥进行保温，然后再在所包裹的 帐篷布或棉褥上包裹一层塑料布；

采用辅助加热保温法进行养护，待步骤二中完成所述超低温高性能混 凝土的浇注过程后，先在所述混凝土结构物外侧搭设一个暖棚，且暖棚内 设置有加热装置，同时还需在所述混凝土结构物外侧包裹一层塑料布。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、工艺步骤简单、操作简易且实现方便，投入成本较低。

2、所采用的超低温高性能混凝土性能优良，无论是混凝土的和易性 和硬化后混凝土的力学性能与耐久性能，均能达到设计要求。同时，该超 低温高性能混凝土能有效适用至冬季混凝土施工，且实际拌合时需将超低 温高性能混凝土的含气量控制在3.0%～5.0%，另外所拌合的超低温高性能 混凝土能有效适用至0℃～-40℃等不同环境温度，并能有效确保施工质 量。

3、所采用超低温高性能混凝土的配合比设计过程简单且优化方便， 只需适当水胶比、砂率、胶凝材料中水泥与矿物掺合料的配比等便可对超 低温高性能混凝土的配合比进行优化。同时，本发明给出了超低温高性能 混凝土中各组分对混凝土含气量、渗透性、抗压性、抗冻性等性能的影响 规律，因而通过简便调整超低温高性能混凝土中相应组分的配比，便能满 足不同的设计需求。

4、超低温高性能混凝土拌合、浇注与养护工艺设计合理，且可操作 性强，施工完成的混凝土结构物质量好。混凝土拌合过程中，根据不同气 温条件，对原材料保温、加热等措施，提高混凝土的拌合温度和入模温度， 采取覆盖养护、辅助加热等措施，提高了混凝土结构的养护质量，因而从 工艺上进一步保证了施工完成混凝土结构的质量。

5、所采用的复合防冻剂各组分配比设计合理、制备方便且使用效果 好，所采用的硝酸盐和亚硝酸盐对混凝土的耐久性影响较小，且能有效改 善混凝土的耐久性能。实际使用时，根据设计需求，并结合复合防冻剂中 各组分的功能与效用，且通过适当调整复合防冻剂中各组分的配比，便可 制备出满足设计要求且同时具备减水、早强、引气和防冻等作用的复合防 冻剂。该复合防冻剂本身无碱、无氯，其在有效提高混凝土早期强度的情 况下，混凝土的后期强度及耐久性能不降低，能够满足设计要求，克服了 传统防冻外加剂对混凝土耐久性的不利弊病。

6、具有显著的社会、经济效益，为严寒地区今后铁路混凝土工程的 冬季施工提供了借鉴经验，不仅保证了施工进度，节约了能源，降低了成 本，有良好的推广应用价值。

综上所述，本发明设计合理、施工步骤简单、操作方便且施工进度快、 施工成本低，并且所施工完成的混凝土结构质量好。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的施工工艺流程框图。

具体实施方式

实施例1

如图1所示的一种严寒地区铁路施工用超低温高性能混凝土的施工工 艺，包括以下步骤：

步骤一、超低温高性能混凝土拌合：对胶凝材料、砂、碎石、高效减 水剂、复合防冻剂和水进行均匀拌合后，获得容重为2350kg/m³～2450kg/m³的超低温高性能混凝土。所述超低温高性能混凝土的最大水胶比和砂率， 均依据需施工混凝土结构的设计图纸要求，且按照铁路施工用混凝土的配 合比设计方法进行设计，其为本领域技术人员熟知的常规铁路施工用混凝 土的配合比设计方法。

所述胶凝材料由水泥和矿物掺合料按照重量比为88～78︰12～22的 比例均匀混合而成。实际使用时，所述矿物掺合料为煤粉灰或磨细矿渣粉。 本实施例中，所述矿物掺合料为煤粉灰。

所述高效减水剂的减水率不小于25%，且所述高效减水剂与所述胶凝 材料的重量比为0.5︰100～1︰100。

所述复合防冻剂与所述胶凝材料的重量比为3︰100～6︰100；所述复 合防冻剂的组成按重量计为：硝酸盐30%～35%，有机化合物30%～33%， 甲酸钙0.5%～1%，余量为水；所述硝酸盐为硝酸钙或亚硝酸钙，所述有机 化合物为甲醇或乙醇。

本实施例中，对超低温高性能混凝土的配合比进行设计时，超低温高 性能混凝土的最小胶凝材料用量和最大单位用水量，均依据需施工混凝土 结构的设计图纸要求，且按照铁路施工用混凝土的配合比设计方法进行设 计。

按照铁路施工用混凝土的配合比设计方法进行设计时，根据（铁建设 〔2005〕157号）《铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定》和《普通混凝 土配合比设计规程》（JGJ 55）进行设计。

其中，水胶比为水与胶凝材料的重量比。砂率SP=砂的用量S/(砂的 用量S+碎石用量G)×100%，且砂率为质量比。最小胶凝材料用量为每方 所述超低温高性能混凝土中胶凝材料的最小用量，且其单位为kg/m³。单 位用水量为每方所述超低温高性能混凝土的用水量，且其单位为kg/m³。

实际对超低温高性能混凝土的配合比进行设计时，得知超低温高性能 混凝土的最大水胶比、砂率、最小胶凝材料用量、单位用水量和容重后， 便可推算出超低温高性能混凝土中砂和碎石的用量。

实际施工时，需施工混凝土结构的设计图纸要求通常均包括各种强度 与耐久性要求，及各构件的截面要求、钢筋布置以及水泥品种、砂的粒径、 石子的粒径等。本实施例中，需施工混凝土结构为承台、墩身、台身、顶 帽、托盘、基础、涵身、桩帽或筏板，施工环境温度为0℃～-40℃。

实际施工过程中，超低温高性能混凝土的最大水胶比为0.4且其砂率 为32%～44%。所述超低温高性能混凝土的最小胶凝材料用量为360kg/m³， 最大单位用水量为165kg/m³。

具体对超低温高性能混凝土的配合比进行设计时，超低温高性能混凝 土的水胶比为0.26～0.4。且所述超低温高性能混凝土中，砂与胶凝材料 的重量比为1.40～1.80。

本实施例中，所述超低温高性能混凝土的水胶比为0.35，砂率为35%， 砂与胶凝材料的重量比为1.5～1.6。所述胶凝材料由水泥和粉煤灰按照重 量比为82︰18的比例均匀混合而成。所述复合防冻剂与所述胶凝材料的 重量比为3︰100，所述高效减水剂与所述胶凝材料的重量比为0.5︰100。 实际施工时，可根据具体需要，对水胶比、砂率、所述胶凝材料中水泥和 粉煤灰的重量比、砂与胶凝材料的重量比、所述复合防冻剂与所述胶凝材 料的重量比以及所述高效减水剂与所述胶凝材料的重量比进行相应调整。

本实施例中，所述复合防冻剂中所用的硝酸盐为硝酸钙，且所述复合 防冻剂的组成按重量计为：硝酸盐30%，有机化合物33%，甲酸钙0.75%， 余量为水。所述硝酸盐为硝酸钙，所述有机化合物为甲醇或乙醇。

本实施例中，步骤一中对胶凝材料、砂、碎石、高效减水剂、复合防 冻剂和水进行均匀拌合之前，需先对所述复合防冻剂进行制备，且所述复 合防冻剂由硝酸盐、有机化合物、甲酸钙和水按照设计配比均匀混配而成。

对所述复合防冻剂进行制备时，其制备方法如下：

步骤101、硝酸盐与甲酸钙预热：将所述硝酸盐和甲酸钙，分别加热 至40℃～70℃。

本实施例中，步骤101中对硝酸盐与甲酸钙进行预热时，将所述硝酸 盐和甲酸钙分别加热至50℃。实际制备时，可根据具体需要，对所述硝酸 盐和甲酸钙的预热温度进行相应调整。

步骤102、均匀混配：将水与步骤101中预热后的所述硝酸盐和甲酸 钙，按照设计配比混合均匀后，制得所述复合防冻剂。

本实施例中，对水与步骤101中预热后的所述硝酸盐和甲酸钙进行混 合时，采用循环复合反应器进行混合。

所述循环复合反应器包括常压反应釜和安装在所述常压反应釜上的 液体循环管路，所述液体循环管路上装有循环泵，且所述循环复合反应器 以所述循环泵向所述常压反应釜内泵入循环液体的方式进行均匀混合。实 际使用时，也可以采用其它混合设备进行均匀混合。实际制备时，也可以 采用其它类型的物料混合设备进行混合。

本实施例中，所述常压反应釜的内部容量为10吨，且所述循环泵的 泵送量为60吨/小时，所述循环泵的电机功率为5.5千瓦，混合时间不少 于半个小时。

步骤一中对胶凝材料、砂、碎石、高效减水剂、复合防冻剂和水进行 均匀拌合之前，先采用加热设备将拌合所述超低温高性能混凝土用的水加 热至50℃～70℃；之后，再将砂、碎石、水、粉煤灰、水泥和混凝土外加 剂，按照设计配比由先至后分别投放入搅拌设备内均匀拌合，便获得拌合 而成的超低温高性能混凝土；其中所述混凝土外加剂包括高效减水剂和复 合防冻剂。

本实施例中，对胶凝材料、砂、碎石、高效减水剂、复合防冻剂和水 进行均匀拌合之前，先采用加热设备将拌合所述超低温高性能混凝土用的 水加热至60℃。实际制备时，可根据具体需要对拌合所述超低温高性能混 凝土用水的加热温度进行相应调整。

本实施例中，拌合时各组分的投放顺序与常温混凝土不同，需按照由 先至后的顺序将砂、碎石、水、粉煤灰、水泥和混凝土外加剂依次投放， 主要是因为加热温度较高的水会直接与水泥瞬间接触产生假凝现象（水泥 与60℃以上的热水接触会产生假凝现象）。因而，砂、碎石、水和粉煤灰 投放后，再投放水泥，搅拌时间应比常温混凝土增加30s，但不应低于120s。

本实施例中，对砂、碎石、水、粉煤灰、水泥和混凝土外加剂进行投 放时，所述砂、碎石、粉煤灰和水泥的温度均不低于0℃，所述混凝土外 加剂中的所述高效减水剂和复合防冻剂均为液态。

也就是说，对砂、碎石、水、粉煤灰、水泥和混凝土外加剂进行投放 时，应确保所述高效减水剂和复合防冻剂内均无固态的结块。

本实施例中，高效减水剂和复合防冻剂应存储在保温材料包裹或覆盖 的存储罐内，保证不冻结即可，且处于液态的高效减水剂和复合防冻剂一 般不宜加热。

实际制备过程中，对砂、碎石、水、粉煤灰、水泥和混凝土外加剂进 行投放之前，当所述砂、碎石、粉煤灰或水泥的温度低于0℃时，还需采 用加热设备分别对温度低于0℃的所述砂、碎石、粉煤灰或水泥进行加热， 且加热后温度不超过30℃。

当所述高效减水剂或复合防冻剂内存在结块时，还需采用加热设备对 存在结块的所述高效减水剂或复合防冻剂进行加热，直至无结块为止。

本实施例中，由水泥和粉煤灰组成的胶凝材料存储在外部用两层棉褥 包裹的储存罐内，且两层棉褥中间夹电热毯，将胶凝材料的温度控制在0～ 10℃左右，最高不宜超过40℃。

所述细砂和碎石在施工前一天必须进料棚，采用暖气管道地热式加温 方法，且拌合前细砂和碎石的温度必须达到正温，不得有冻结块。

本实施例中，步骤一中对砂、碎石、水、粉煤灰、水泥和混凝土外加 剂进行均匀拌合过程中，砂、碎石和水拌合后的混合液温度不超过40℃。

另外，实际进行制备过程中，对所述高效减水剂和复合防冻剂进行投 放时，一先一后进行投放或者对所述高效减水剂和复合防冻剂同时进行投 放；且一先一后进行投放时，所述高效减水剂先于所述复合防冻剂进行投 放或者所述复合防冻剂先于所述高效减水剂进行投放均可。

本实施例中，对胶凝材料、砂、碎石、高效减水剂、复合防冻剂和水 进行均匀拌合时，采用混凝土拌合站进行拌合，且所述搅拌设备为所述混 凝土拌合站的搅拌机。

实际对胶凝材料、砂、碎石、高效减水剂、复合防冻剂和水进行均匀 拌合时，所述搅拌设备的转速为23.5r/min±3r/min，且拌合时间不少于 120s。本实施例中，所述混凝土拌合站的型号为HZS 120G，生产厂家为三 一重工，且所述搅拌设备的型号为JS2000型，电动机功率为37千瓦，搅 拌速度为120立方米/小时，搅拌机转速为23.5r/min。

实际制备时，所述高效减水剂为聚羧酸系高效减水剂。本实施例中， 所述聚羧酸系高效减水剂为标准型聚羧酸系高效减水剂，具体为四川巨星 外加剂有限公司生产的聚羧酸系高效减水剂。

本实施例中，制备所述超低温高性能混凝土时，所用的碎石为粒径（具 体为公称粒径）为5mm～31.5mm的级配碎石。所述砂为河砂且所述河砂的 细度模数为2.6～2.9，并且所述碎石的含泥量小于0.5wt%，所述河砂的 含泥量为1.0wt%～1.5wt%。

实际制备过程中，在试验室内对制备后所获得超低温高性能混凝土的 含气量、抗压强度、渗透性、抗冻性等进行测试。

具体进行试验时，在试验室且于室温下按照步骤一中所述的拌合方法 对超低温高性能混凝土进行拌合，此处采用HJW60单卧轴强制式混凝土搅 拌机进行拌合，且拌合完成后5min内完成坍落度、含气量的测量以及待 测超低温高性能混凝土试件的成型。待测超低温高性能混凝土试件成型 后，先在室温环境中静置预养4h～5h后，装入到预先冷却到设定温度的 大型冰柜中进行养护，养护温度维持在-14℃～-16℃，降温速率为3℃/h； 负温养护7d后，从冰柜中取出在室温下静置4h～5h后拆模，转入标准养 护室（20℃±2℃）养护至28d或56d后待测。

（一）超低温高性能混凝土含气量测试：

所采用的测定方法为按照GB/T 50080-2002《普通混凝土拌合物性能 试验方法标准》规定方法，且采用直读式气水混合含气量测定仪进行测定， 经测定得出本实施例中所制备超低温高性能混凝土的含气量为3.5%。

同时，在试验室内还需将超低温高性能混凝土所用复合防冻剂中的甲 酸钙用量在0～1.0wt%范围内进行调整，并采用直读式气水混合含气量测 定仪对不同甲酸钙用量下所制备超低温高性能混凝土的含气量进行测试， 测试得出：由于聚羧酸系高性能减水剂内含有一定的引气成分，使得基准 混凝土的含气量很高，而甲酸钙用量低于0.75wt%时，所制备超低温高性 能混凝土的含气量最小为1.5%且最大值仅2.4%，这说明硝酸钙的加入降 低了所制备超低温高性能混凝土的含气量，而甲酸钙的加入使得超低温高 性能混凝土的含气量有所提高；且当复合防冻剂中的甲酸钙用量为1wt% 时，超低温高性能混凝土的含气量增大到3.8%，超过了基准混凝土的含气 量3.0%。

另外，还需将制备超低温高性能混凝土所用胶凝材料中粉煤灰用量 （即粉煤灰重量占胶凝材料总重量的百分比）进行调整，并采用直读式气 水混合含气量测定仪进行测定，测试得出，随胶凝材料中粉煤灰用量的增 加，所制备超低温高性能混凝土的含气量不断减小，这说明，粉煤灰对所 制备超低温高性能混凝土中的气泡有较强度的吸附作用。

因而实际制备过程中，可根据需制备超低温高性能混凝土的含气量要 求，并结合上述复合防冻剂中甲酸钙用量对超低温高性能混凝土（内部含 硝酸钙）含气量的影响结果和粉煤灰对超低温高性能混凝土中气泡的吸附 作用，将复合防冻剂中甲酸钙用量在0.5%～1.0%的范围内进行相应调整； 同时，对胶凝材料中粉煤灰用量进行调整，具体是将胶凝材料中水泥和粉 煤灰的重量比在88～78︰12～22范围内进行相应调整。

（二）超低温高性能混凝土抗拉强度测试：

在试验室对超低温高性能混凝土的抗压强度进行测试时，按照GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》对所制作的超低温高性 能混凝土试件（100mm×100mm×100mm）进行测试，试验采用YES-2000型 数显液压压力试验机，最大承载力为2000KN。本实施例中，测试得出“负 温养护7d后再正温养护28d”时所制备超低温高性能混凝土试件的抗压强 度为40MPa，标养抗压强度比为80%，基准抗压强度比为63%；“负温养护 7d后再正温养护56d”时所制备超低温高性能混凝土试件的抗压强度为 50MPa，标养抗压强度比为92%，基准抗压强度比超过100%。

其中，基准抗压强度比为试验测试得出的超低温高性能混凝土试件的 抗压强度与基准混凝土的抗压强度之比，标养抗压强度比为试验测试得出 的超低温高性能混凝土试件的抗压强度与标准养护混凝土的抗压强度之 比，此处标准养护混凝土的抗压强度为对制备超低温高性能混凝土试件所 用的超低温高性能混凝土进行标准养护后的抗压强度。

同时，还需将制备超低温高性能混凝土试件所用复合防冻剂中的甲酸 钙用量在0～1.0wt%范围内进行调整，并采用YES-2000型数显液压压力试 验机，对所制作超低温高性能混凝土试件在“负温养护7d”、“负温养护 7d后再正温养护28d”和“负温养护7d后再正温养护56d”等不同龄期的 抗压强度进行测试，经测试得出：“负温养护7d”（其中，d为天）和“负 温养护7d后再正温养护28d”时所制作超低温高性能混凝土试件的抗压强 度，随着所用复合防冻剂中甲酸钙用量的增加，在上下波动中略有上升。 而对于“负温养护7d”和“负温养护7d后再正温养护28d”这两个龄期 的基准抗压强度比和标养抗压强度比来说，当所用复合防冻剂中不掺甲酸 钙时，所制作超低温高性能混凝土试件的基准抗压强度比和标养抗压强度 比均最低，其中“负温养护7d”时超低温高性能混凝土试件的基准抗压强 度比和标养抗压强度不超过8%，“负温养护7d后再正温养护28d”时超 低温高性能混凝土试件的基准抗压强度比和标养抗压强度不超过80%；但 “负温养护7d后再正温养护56d”时超低温高性能混凝土试件的抗压强 度，随所用复合防冻剂中甲酸钙用量的增加，在上下波动中略有下降，且 该龄期段所述超低温高性能混凝土试件的基准抗压强度比和标养抗压强 度比在所用复合防冻剂中甲酸钙用量为1.0wt%时最低，其标养抗压强度比 只有87.85%。纵观整个龄期混凝土强度的发展变化，可明显看出：所用复 合防冻剂中甲酸钙用量为0.25wt%时，所制备超低温高性能混凝土的力学 性能最好；所用复合防冻剂中甲酸钙用量为0.75wt%时，所制备超低温高 性能混凝土的力学性能次之；而所用复合防冻剂中不掺甲酸钙和甲酸钙用 量为1wt%的混凝土抗压强度均较低。

由上述超低温高性能混凝土抗压强度的测试结果也可以看出，在混凝 土中加入硝酸钙后，能加速混凝土中胶凝材料的水化，使得所制备超低温 高性能混凝土的抗拉强度有所提高。其中，硝酸钙不仅防冻效果好，且无 毒性，能改善混凝土孔隙结构，提高混凝土密实度。与亚硝酸钙相比，添 加硝酸钙的超低温高性能混凝土的和易性较优，但在低温下添加硝酸钙的 超低温高性能混凝土的坍落度损失较小，可用于泵送施工工艺。但在低温 下，添加硝酸钙的超低温高性能混凝土的强度增加较慢，有效降低冰点时 的掺量较大，后期强度损失也较大。

同时，还需将制备超低温高性能混凝土所用胶凝材料中粉煤灰用量 （即粉煤灰重量占胶凝材料总重量的百分比）进行调整，并采用YES-2000 型数显液压压力试验机，且按照GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能 试验方法标准》对所制作超低温高性能混凝土试件的抗拉强度进行测试， 测试得出：所用胶凝材料中粉煤灰用量为15%时，所制备超低温高性能混 凝土的抗压强度最高；所用胶凝材料中粉煤灰用量为20%时，所制备超低 温高性能混凝土的抗压强度次之；而所用胶凝材料中粉煤灰用量为 26.5wt%。因而，所用胶凝材料中粉煤灰用量应控制在15%～20%。

因而，实际制备过程中，可根据需制备超低温高性能混凝土的抗拉强 度要求，并结合上述复合防冻剂中甲酸钙用量和所用胶凝材料中粉煤灰用 量对所制备超低温高性能混凝土（内部含硝酸钙）抗拉强度的影响，将所 述复合防冻剂中甲酸钙用量在0.5%～1.0%的范围内进行相应调整，并将所 述胶凝材料中水泥和粉煤灰的重量比在88～78︰12～22范围内进行相应 调整。

另外，对于所用胶凝材料中的粉煤灰来说，由于其活性不及水泥熟料， 特别是在养护初期，几乎不发生火山灰反应，因此所用胶凝材料中粉煤灰 用量越大，无疑会降低混凝土的早期强度，这种效果对于负温混凝土来说 则是很严重的威胁。因而，所用胶凝材料中粉煤灰含量不宜超过20%。

（三）超低温高性能混凝土渗透性测试：

在试验室随超低温高性能混凝土的渗透性进行测试时，采用直流电量 法进行测试。采用混凝土电量法快速检测渗透性时，将一个直径100mm、 高50mm的水饱和试样圆柱体试件放在一个两端装有液体的容器中，容器 一端装满质量浓度为3%的NaCl溶液，另一端装满浓度为0.3mol/L的NaOH 溶液。同时容器中加60V直流电，负极与NaC l溶液相连，正极与NaOH溶 液相连。其中，NaCl溶液中带负电的氯离子将从试样中向正极迁移，相应 电位就增大。被测试混凝土的渗透性越大，渗透的氯离子就越多，因此电 流就越大。

实际测试时，采用NEL-PEU型混凝土电通量测定仪对超低温高性能混 凝土的渗透性进行测试，其测试过程如下：首先将准备好的超低温高性能 混凝土试件（100mm×100mm×50mm）的侧面采用石蜡密封后，再采用NEL-NVJ 混凝土智能真空饱水设备进行饱水预处理，然后将试件安装在专用的带有 红色和黑色电极的夹具上，在电池夹具红色插孔一侧电池槽内注入 0.3mol/L的NaOH溶液，黑色插孔一侧电池槽内注入质量浓度为3.0%的 NaCl溶液，溶液注入完毕后，用导线正确连接在测定仪相应的位置上，打 开仪器，设定时间，开启通道，测定仪每15min采集一次数据，测试完成 共需6h。

本实施例中，测试得出“负温养护7d后再正温养护28d”时所述超低 温高性能混凝土的电通量值为1280C，“负温养护7d后再正温养护56d” 时所述超低温高性能混凝土的电通量值为730C。

并且，还需将制备超低温高性能混凝土试件所用复合防冻剂中的甲酸 钙用量在0～1.0wt%范围内进行调整，并采用NEL-PEU型混凝土电通量测 定仪对超低温高性能混凝土的渗透性进行测试，根据测试结果得出：随着 所用复合防冻剂中甲酸钙用量在0～1.0wt%范围内不断增加，所制备超低 温高性能混凝土的渗透性先减小而后增大，其中当所用复合防冻剂中甲酸 钙用量为0.75wt%时，所制备超低温高性能混凝土的渗透性达到最低值， 尤其是在“负温养护7d后再正温养护56d”时，所制备超低温高性能混凝 土的电通量值为730C，且其电通量增量为负值，即此时所制备超低温高性 能混凝土的渗透性已经低于基准混凝土。另外，测试得出“负温养护7d 后再正温养护56d”时的电通量比“负温养护7d后再正温养护28d”时的 电通量明显降低很多，这是后期粉煤灰的二次水化反应产物填充空隙所 致。

同时，还需将制备超低温高性能混凝土所用胶凝材料中粉煤灰用量 （即粉煤灰重量占胶凝材料总重量的百分比）进行调整，并采用NEL-PEU 型混凝土电通量测定仪对所制作超低温高性能混凝土试件的抗拉强度进 行测试，测试得出：随所用胶凝材料中粉煤灰用量的增加，所制备超低温 高性能混凝土在“负温养护7d后再正温养护28d”时的渗透性都逐渐增加。 按照Berry Malhotra的观点，在水化初期作为胶凝材料的粉煤灰会降低 骨料与水泥浆之间的粘结，粉煤灰颗粒表面吸附的水膜将使过渡区变得更 加多孔，因此在负温养护条件下，所用胶凝材料中的粉煤灰对混凝土的渗 透性有负面效应，并且这种效应随着粉煤灰用量的增加而越发严重。因此， 对于耐久性要求较高的负温混凝土结构，粉煤灰的掺入应慎重，尽量少掺 或不掺粉煤灰，以保证工程的寿命。

因而，实际制备过程中，可根据需制备超低温高性能混凝土的渗透性 要求，并结合上述复合防冻剂中甲酸钙用量和所用胶凝材料中粉煤灰用量 对所制备超低温高性能混凝土（内部含硝酸钙）渗透性的影响，将所述复 合防冻剂中甲酸钙用量在0.5%～1.0%的范围内进行相应调整，并将所述胶 凝材料中水泥和粉煤灰的重量比在88～78︰12～22范围内进行相应调整。

（四）超低温高性能混凝土抗冻性测试：

按照GB/T 50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标 准》的快冻法，进行抗冻性试验。快冻法以美国ASTM C666(A)方法为基础， 超低温高性能混凝土试件的冻结和融化均在水中进行。对混凝土棱柱体试 件进行水冻水融，整个过程需在2h～4h内完成。以混凝土的动弹性模量、 质量损失率和相对耐久性指数作为评价指标，以质量损失率达5%或相对动 弹性模量下降至60%作为混凝土冻融破坏的临界值，并规定以相对动弹性 模量下降至60%或质量损失达5%时的冻融循环次数作为混凝土的抗冻标 号，以此评价混凝土的抗冻性。

采用TDR-1混凝土快速冻融试验设备对混凝土棱柱体试件 （100mm×100mm×400mm）进行快速冻融试验，从冻结至融化终了其中心温 度变化范围为-17℃～8℃，整个循环历经3h～4h。每25次冻融循环作一 次测量，直至混凝土动弹性模量损失降至原来的60%以下或质量损失达到 5%时，试验终止。动弹性模量及相对动弹性模量采用NM-4B非金属超声波 检测分析仪进行测试后分析得出。本实施例中，225次冻融循环后，超低 温高性能混凝土试件的质量损失率为3.5%，相对动弹性模量下降至57%， 且试件能经受200次～225次的冻融循环破坏。

并且，还需将制备超低温高性能混凝土试件所用复合防冻剂中的甲酸 钙用量在0～1.0wt%范围内进行调整，并采用上述抗冻试验方法对所制备 超低温高性能混凝土试件的抗冻性进行测试，测试结果如下：对于内部加 有硝酸钙的超低温高性能混凝土而言，无论所用复合防冻剂中甲酸钙用量 为0～1.0wt%范围内任一值，在试件达到破坏时，其质量损失均未超过5%， 而相对动弹性模量降到60%以下，也就是说内部加有硝酸钙的超低温高性 能混凝土在经受冻融循环破坏过程中，内部的胀裂损伤较外部的剥落损伤 更为严重。与渗透性相似，不掺甲酸钙和甲酸钙用量为1wt%的内部加有硝 酸钙的超低温高性能混凝土，在冻融循环过程中质量损失最大，抗冻性也 最差。从表面的剥落情况来看，掺入甲酸钙对混凝土表面的冻融损伤有一 定的抑制作用，但随着甲酸钙用量的增加，这种抑制作用逐渐减弱；从内 部的损伤情况来看，除不掺甲酸钙的超低温高性能混凝土外，其他曲线较 平滑，未出现崩裂现象，混凝土内部均匀破坏。

由于混凝土的冻融破坏源于内部产生的膨胀压力，应分析导致超低温 高性能混凝土破坏的膨胀力是由于水的扩散导致了相对较小数量的冰的 体积增长，水的扩散是由于渗透压产生，而渗透压则是由于未冻结水中离 子浓度增加所致。

另外，影响超低温高性能混凝土抗冻性好坏的自身因素主要是混凝土 的密实度和内部孔结构。而孔结构是影响该混凝土抗冻性的主要原因，掺 加少量甲酸钙不足以保证超低温高性能混凝土在负温下硬化时的孔结构 遭受冰冻而破坏，而掺加过量的甲酸钙又使其硬化后混凝土内连通孔增 多，两种作用的相互交错，使得混凝土的孔结构复杂多变。因而，应对甲 酸钙用量进行准确限定。

同时，还需将制备超低温高性能混凝土所用胶凝材料中粉煤灰用量 （即粉煤灰重量占胶凝材料总重量的百分比）进行调整，并相应对所制备 超低温高性能混凝土的抗冻性进行测试，测试得出：粉煤灰对负温混凝土 的抗冻性有很大的影响，随胶凝材料中粉煤灰用量的增加，所制备超低温 高性能混凝土的抗冻性明显降低。其中，胶凝材料中粉煤灰用量为10%， 内部加有硝酸钙的超低温高性能混凝土的抗冻性最好，经300次冻融循环 后其相对同弹性模量仍高于60%，但其质量损失也最大，300次冻融循环 后接近5%。

粉煤灰对负温混凝土的不利因素主要来自两个方面：首先，粉煤灰的 引入会影响混凝土的气泡结构，在混凝土配制过程中，较细的粉煤灰颗粒 常常能吸附引气剂分子（聚羧酸减水剂中含有引气成分），在相同引气成 分掺量的情况下，将使超低温高性能混凝土的气泡含量降低；其次，粉煤 灰的活性远不及水泥，在养护初期水化反应极其缓慢，尤其是在负温养护 下，粉煤灰等量取代水泥，不仅会推迟混凝土达到抗冻临界强度，而且使 混凝土中含有更多的可冻水量，使混凝土内部产生更大的冰晶应力，破坏 混凝土结构。虽然，到养护后期，粉煤灰的二次水化产物对混凝土内部的 孔结构有一定的改善作用，但混凝土的内部结构已经成型，其改善效果不 明显。

因而，实际制备过程中，可根据需制备超低温高性能混凝土的抗冻性 要求，并结合上述复合防冻剂中甲酸钙用量和所用胶凝材料中粉煤灰用量 对所制备超低温高性能混凝土（内部含硝酸钙）抗冻性的影响，将所述复 合防冻剂中甲酸钙用量在0.5%～1.0%的范围内进行相应调整，并将所述胶 凝材料中水泥和粉煤灰的重量比在88～78︰12～22范围内进行相应调整。

综上所述，对于内部加有硝酸钙的超低温高性能混凝土来说，所加入 的硝酸钙能降低混凝土的含气量，而甲酸钙的加入在一定程度上增大了超 低温高性能混凝土的含气量，但随着甲酸钙用量的增加，其含气量略有降 低，当甲酸钙用量为1wt%时，含气量增大到3.8%；随甲酸钙用量的增加， 超低温高性能混凝土的抗压强度有所波动，但甲酸钙用量为0.75wt%时， 混凝土的力学性能较为理想；随甲酸钙用量的增加，超低温高性能混凝土 的渗透性先降低后又升高；在经受冻融循环破坏过程中，试件内部的胀裂 损伤较外部的剥落损伤更为严重，且在冻融循环过程中均为内部均匀破 坏。

对于内部加有硝酸钙的超低温高性能混凝土来说，随着胶凝材料中粉 煤灰用量的增大，超低温高性能混凝土的含气量明显降低；胶凝材料中粉 煤灰用量为20%以下时，超低温高性能混凝土的早强作用更显著；负温养 护条件下，粉煤灰对超低温高性能混凝土的渗透性有不利影响，且影响程 度随着粉煤灰用量的增大而增大。本发明所采用复合防冻剂不仅避免了部 分无机盐对混凝土抗冻性的不利作用，且通过调整其内部各组分用量，对 超低温高性能混凝土的抗冻性也会有所提高。

实际对超低温高性能混凝土进行制备时，所采用的水泥为42.5级低 碱普通硅酸盐水泥，碱含量0.59%，氯离子含量0.003%，其它技术指标符 合铁建设[2009]152号文件的规定。所采用的粉煤灰的需水量比不大于 95%，碱含量2.10%，氯离子含量0.003%，其余技术指标符合铁建设 [2009]152号文件的规定。所采用的河沙为五常拉林河的河砂，细度模数 2.6～2.9，含泥量1.0%～1.5%，氯离子含量0.0001%，无潜在碱反应活性， 其余技术指标符合铁建设[2009]152号文件规定。所采用的碎石为玉泉产 石灰岩碎石，母岩抗压强度为96MPa，粒径为5～31.5mm，针、片状颗粒 含量在5%～7%，含泥量0.5%以下，氯离子含量0.0001%，无潜在碱活性反 应骨料，其余技术指标均符合铁建设[2009]152号文件的规定要求。所采 用的高效减水剂为标准型聚羧酸系高效减水剂，碱含量2.64%，硫酸钠 1.5%，氯离子含量0.12%，其余技术指标符合铁建设[2009]152号文件规 定。所采用的水为拌合水，碱含量0.04677%，硫酸钠1.5%，氯离子含量 0.00293%。实际制备过程中，也可以采用其它标号的水泥以及其它产地的 河沙、碎石。

实际对所述超低温高性能混凝土的配合比进行设计时，按照规范要求 需提高一个强度等级，对于高性能混凝土来说，只要各项措施得到保证， 不需要提高强度强级，仍然可以保证高性能混凝土结构的硬化质量。确定 最优配合比后，有效控制混凝土凝结时间，确保混凝土能在48h内达到设 计强度的40%以上（要求受冻前的临界强度），56d混凝土力学性能及耐 久性能达到设计要求。

铁路高性能混凝土设计理念是高耐久性能，高耐久性能的实现需要掺 高效减水剂和粉煤灰，粉煤灰在混凝土中的主要功能是改善水泥浆体和骨 料的界面结构，取代一定量的水泥，使产生水化热的速率延缓、延长混凝 土的凝结时间，参与水化填充混凝土的毛细孔，提高抗渗性，降低单方混 凝土有害物质含量，能有效抑制碱骨料反应，但混凝土早期强度有所偏低。

防冻混凝土一般只需要考虑早期强度达到一定值即可，但早强混凝土 对后期强度影响较大，普通混凝土需要提高一个强度等级才能满足设计要 求，高性能防冻混凝土不但要求早期强度高，而且后期强度的增长不能受 到大的影响，否则将无法满足耐久性要求。粉煤灰对混凝土早期水化起到 延缓作用，这对早期强度要求高的防冻混凝土来说是矛盾的，而粉煤灰是 高性能混凝土质量主要保证条件之一，为了满足防冻高性能混凝土早期强 度增长要求，使其在一定条件下不受到低温冻害，且后期强度增长不受到 大的影响，各项指标必须达到高性能混凝土质量要求。

经试验发现，复合防冻剂的用量，不但直接影响混凝土的凝结时间， 还对混凝土的力学性能及耐久性能产生重大影响。从试验结果可以看出， 复合防冻剂的用量应控制在3%～4%（与胶凝材料的重量百分比）为宜，主 要考虑受冻临界温度的影响，临界强度的确定要根据环境温度确定，一般 情况下，-15℃时要求临界强度达到设计强度的40%就可满足受冻临界强度 要求，而-20℃的临界强度应提高到50%以上为宜，这样可以提高混凝土结 构的质量保证率，降低受冻风险。但是早期强度太高，对混凝土的后期强 度影响较大，对耐久性的影响也很明显，因此，复合防冻剂用量应控制在 一个较为合理的范围内。

掺入粉煤灰主是为了降低水化热、延缓混凝土的凝结时间、提高混凝 土工作性、减少混凝土收缩、提高混凝土的抗渗性能等。但冬季施工的混 凝土需要早期强度增长较快，初凝时间必须提早较大幅度，这需要掺入复 合防冻剂来实现，这与掺粉煤灰相矛盾。如果不掺粉煤灰，混凝土不能满 足高性能的要求，其主要原因是：一是单方混凝土碱含量超过规定标准， 二是单纯掺早强型防冻外加剂混凝土后期强度受到严重影响，耐久性能不 能满足要求。因此，为了达到既要早期强度高，又不能对后期强度产生重 大影响，而且还必需满足高性能混凝土固有的技术要求，必须用粉煤灰来 进行调节超低温高性能混凝土的各项性能指标。

所述超低温高性能混凝土制备完成后进行运输时，运输所用的混凝土 运输车外部必须用保温材料包裹保温，并确保在运输过程中的道路畅通， 运输及到达浇注地点后的停顿时间不宜超过60min，防止热损失过大，环 境温度低于-30℃时，所述超低温高性能混凝土的出罐温度不应低于20℃。

步骤二、超低温高性能混凝土浇注：需施工混凝土结构的钢筋笼绑扎 与支模过程完成后，采用混凝土泵送设备完成步骤一中所述超低温高性能 混凝土的浇注过程，获得浇注成型的混凝土结构物。

实际进行钢筋笼绑扎与支模时，按照常规钢筋混凝土结构的钢筋笼绑 扎与支模方法进行施工。

实际进行浇注时，当外界环境温度为0℃～-10℃时，所述超低温高性 能混凝土的入模温度控制在5℃～10℃；当环境温度为-10℃～-20℃时， 所述超低温高性能混凝土的入模温度控制在10℃～15℃；且当外界环境温 度低于-20℃时，所述超低温高性能混凝土的入模温度不低于15℃。

本实施例中，所述超低温高性能混凝土浇注之前，应根据环境温度、 风力、风向和机械设备的配套情况，合理组织浇注人员，尽可能缩短浇注 时间，以免温度损失过大满足不了浇注（入模）温度要求。

所述超低温高性能混凝土运抵工地时，将灌车高速运转5s～10s后进 行工作性检测，满足要求，立即进行灌注，若因某种原因，混凝土坍落度 损失过大，不能满足灌注工艺要求时，应将事先准备好的高效减水剂和复 合防冻剂按试验室提供的掺量进行二次添加，二次添加后应将混凝土罐车 高速运转10s～30s，确认混凝土拌合均匀且达到灌注工艺要求后方可进行 灌注。

步骤三、超低温高性能混凝土养护：对步骤二中浇注成型的混凝土结 构物进行保温养护。

本实施例中，对所述混凝土结构物进行保温养护时，保温养护时间不 少于7天，或者需将所述混凝土结构物保温养护至其抗压强度达到设计强 度的50%以上为止。

浸水冻融条件下的超低温高性能混凝土开始受冻时，需将所述混凝土 结构物保温养护至其抗压强度不小于设计强度的80%为止。

本实施例中，实际对所述混凝土结构物进行保温养护过程中，所述混 凝土结构物内部与外表面间的温差不大于20℃，且所述混凝土结构物外表 面与外界环境温度间的温差不大于15℃。

实际施工过程中，所述超低温高性能混凝土浇注完毕后，必须立即覆 盖保温，对于大体积混凝土（如路基筏板等）应边浇注边覆盖，防止在较 低气温条件下表面遭受冻害。

本实施例中，步骤三中对所述混凝土结构物进行保温养护时，当外界 环境温度为0～-10℃时，采用双层保温法进行养护；当外界环境温度为-10 ℃～-20℃时，采用三层保温法进行养护；当外界环境温度低于-20℃时， 采用辅助加热保温法进行养护。

采用双层保温法进行养护时，待步骤二中完成所述超低温高性能混凝 土的浇注过程后，立即在所述混凝土结构物外侧包裹一层塑料布，之后再 在所包裹的塑料布上包裹一层帐篷布或棉褥进行保温。

本实施例中，实际进行养护时，先用塑料布将所述混凝土结构物表面 覆盖或包裹严实，再用帐篷布或棉褥覆盖或包裹，之后用重物将四周和有 接头处压严实。其中，每层必须包裹严实，不得有冷空气渗透进去，否则 达不到自然保温效果。

采用三层保温法进行养护时，待步骤二中完成所述超低温高性能混凝 土的浇注过程后，立即在所述混凝土结构物外侧包裹一层塑料布，之后再 在所包裹的塑料布上包裹一层帐篷布或棉褥进行保温，然后再在所包裹的 帐篷布或棉褥上包裹一层塑料布。

本实施例中，实际进行养护时，第一层用塑料布将所述混凝土结构物 表面覆盖或包裹严实，第二层用帐篷布或棉褥覆盖或包裹，第三层再用塑 料布封闭整个混凝土结构物表面。其中，每层必须包裹严实，不得有冷空 气渗透进去，否则达不到自然保温效果。

采用辅助加热保温法进行养护，待步骤二中完成所述超低温高性能混 凝土的浇注过程后，先在所述混凝土结构物外侧搭设一个暖棚，且暖棚内 设置有加热装置，同时还需在所述混凝土结构物外侧包裹一层塑料布。

本实施例中，暖棚材料采用帐篷布或棉褥，加热装置采用蜂窝煤炉或 电加热，辅助加热养护法在混凝土达到临界强度之前必须24h有人值班， 保证棚内温度，尽可能使棚内温度达到平衡，防止局部温差过大，特别要 防止局部处在负温而受冻。另外要注意安全，防火、防煤气中毒。

同时，养护过程中，应采取必要的温控措施。本实施例中，步骤二中 进行超低温高性能混凝土浇注时，预留对所述混凝土结构物内部温度进行 监测的测温孔。所述测温孔的位置应离混凝土结构物边缘1m以上，一般 每100m²预留2个测温孔，深度应埋入离混凝土结构物的底部20cm为宜， 24h内测温监控不少于2次，发现所述混凝土结构物内部与表面温度之差 超过20℃或表面与环境温度之差超过15℃时，要立即采取措施，确保温 度在规定范围内。对于混凝土最小截面小于1m的混凝土结构物，可不预 留测温孔，直接测混凝土表面温度即可。测温仪器可用红外线测温仪、有 线或无线测温监控仪等。现场测温记录包括浇注时的环境温度、入模温度， 混凝土硬化后内部温度、表面温度、环境温度。混凝土内外温度的监测应 从浇完12h开始，持续监测不少于72h，大体积混凝土不少于96h。

实施例2

本实施例中，步骤一中所拌合的超低温高性能混凝土与实施例1不同 的是：所述超低温高性能混凝土的水胶比为0.3，砂与胶凝材料的重量比 为1.4～1.5，砂率为32%，胶凝材料中水泥和粉煤灰的重量比为88︰12， 复合防冻剂与胶凝材料的重量比为4︰100，高效减水剂与胶凝材料的重量 比为0.8︰100；所采用的复合防冻剂与实施例1不同的是：所述复合防冻 剂的组成按重量计为：硝酸盐35%，有机化合物30%，甲酸钙0.5%，余量 为水。

本实施例中，所采用超低温高性能混凝土的其余组分配比以及其施工 工艺的工艺步骤和工艺参数均与实施例1相同。

实施例3

本实施例中，步骤一中所拌合的超低温高性能混凝土与实施例1不同 的是：所述超低温高性能混凝土的水胶比为0.4，砂与胶凝材料的重量比 为1.7～1.8，砂率为38%，胶凝材料中水泥和粉煤灰的重量比为78︰22， 复合防冻剂与胶凝材料的重量比为5︰100，高效减水剂与胶凝材料的重量 比为1︰100；所采用复合防冻剂与实施例1不同的是：所述复合防冻剂的 组成按重量计为：硝酸盐32%，有机化合物32%，甲酸钙0.8%，余量为水。

本实施例中，所采用超低温高性能混凝土的其余组分配比以及其施工 工艺的工艺步骤和工艺参数均与实施例1相同。

实施例4

本实施例中，步骤一中所拌合的超低温高性能混凝土与实施例1不同 的是：超低温高性能混凝土的水胶比为0.32，砂与胶凝材料的重量比为 1.5～1.6，砂率为40%，胶凝材料中水泥和粉煤灰的重量比为85︰15，复 合防冻剂与胶凝材料的重量比为3.5︰100，高效减水剂与胶凝材料的重量 比为0.7︰100；所采用的复合防冻剂与实施例1不同的是：所述复合防冻 剂的组成按重量计为：硝酸盐34%，有机化合物32%，甲酸钙1%，余量为 水。

本实施例中，所采用超低温高性能混凝土的其余组分配比以及其施工 工艺的工艺步骤和工艺参数均与实施例1相同。

实施例5

本实施例中，步骤一中所拌合的超低温高性能混凝土与实施例1不同 的是：所述超低温高性能混凝土的水胶比为0.26，砂与胶凝材料的重量比 为1.5～1.6，砂率为44%，胶凝材料中水泥和粉煤灰的重量比为84︰16， 复合防冻剂与胶凝材料的重量比为6︰100，高效减水剂与胶凝材料的重量 比为0.75︰100；所采用的复合防冻剂与实施例1不同的是：所述复合防 冻剂的组成按重量计为：硝酸盐34%，有机化合物32%，甲酸钙0.65%，余 量为水。

本实施例中，所采用超低温高性能混凝土的其余组分配比以及其施工 工艺的工艺步骤和工艺参数均与实施例1相同。

实施例6

本实施例中，步骤一中所拌合的超低温高性能混凝土与实施例1不同 的是：超低温高性能混凝土的水胶比为0.394，砂与胶凝材料的重量比为 1.75，砂率为40%，胶凝材料中水泥和粉煤灰的重量比为331︰85，复合 防冻剂与胶凝材料的重量比为4︰100，高效减水剂与胶凝材料的重量比为 1︰100，拌合而成超低温高性能混凝土的强度等级为C35，坍落度为 160mm～180mm。

本实施例中，所采用超低温高性能混凝土的其余组分配比以及其施工 工艺的工艺步骤和工艺参数均与实施例1相同。

实施例7

本实施例中，步骤一中所拌合的超低温高性能混凝土与实施例1不同 的是：超低温高性能混凝土的水胶比为0.334，砂与胶凝材料的重量比为 1.637，砂率为38.8%，胶凝材料中水泥和粉煤灰的重量比为340︰90，复 合防冻剂与胶凝材料的重量比为4︰100，高效减水剂与胶凝材料的重量比 为1︰100，拌合而成超低温高性能混凝土的强度等级为C40，坍落度为 160mm～180mm。

本实施例中，所采用超低温高性能混凝土的其余组分配比以及其施工 工艺的工艺步骤和工艺参数均与实施例1相同。

实施例8

本实施例中，步骤一中所拌合的超低温高性能混凝土与实施例1不同 的是：超低温高性能混凝土的水胶比为0.324，砂与胶凝材料的重量比为 1.546，砂率为37.9%，胶凝材料中水泥和粉煤灰的重量比为346︰95，复 合防冻剂与胶凝材料的重量比为4︰100，高效减水剂与胶凝材料的重量比 为1︰100，拌合而成超低温高性能混凝土的强度等级为C45，坍落度为 160mm～180mm。

本实施例中，所采用超低温高性能混凝土的其余组分配比以及其施工 工艺的工艺步骤和工艺参数均与实施例1相同。

实施例9

本实施例中，步骤一中所拌合的超低温高性能混凝土与实施例1不同 的是：所述胶凝材料中的矿物掺合料为磨细矿渣粉。

本实施例中，所采用超低温高性能混凝土的其余组分配比以及其施工 工艺的工艺步骤和工艺参数均与实施例1相同。

实施例10

本实施例中，步骤一中所采用复合防冻剂与实施例1不同的是：所述 复合防冻剂的组成按重量计为：硝酸盐30%，有机化合物33%，甲酸钙 0.85%，余量为水。所述硝酸盐为亚硝酸钙，有机化合物为甲醇或乙醇。

本实施例中，所采用超低温高性能混凝土的其余组分配比以及其施工 工艺的工艺步骤和工艺参数均与实施例1相同。

本实施例中，在试验室内对所获得超低温高性能混凝土的含气量、抗 压强度、渗透性、抗冻性等进行测试。实际进行试验时，在试验室内拌合 低温混凝土和制作低温混凝土试件的方法均与实施例1相同。

（一）超低温高性能混凝土含气量测试：

本实施例中，所采用的含气量测试方法与实施例1相同，且测定得出 本实施例中所制备超低温高性能混凝土的含气量为3.8%。

同时，在试验室内还需将制备超低温高性能混凝土所用复合防冻剂中 的甲酸钙用量在0～1.0wt%进行调整，并采用直读式气水混合含气量测定 仪对不同甲酸钙用量下所制备超低温高性能混凝土的含气量进行测试，测 试得出：在不掺加甲酸钙时，所制备超低温高性能混凝土的含气量只有 2.6%，也低于基准混凝土拌合物的含气量3%，但是随着复合防冻剂中甲酸 钙用量的不断增加，所制备超低温高性能混凝土的含气量明显升高。且当 复合防冻剂中甲酸钙用量为0.25wt%时，所制备超低温高性能混凝土的含 气量增至3.3%，已高于基准混凝土含气量3%，并且所制备超低温高性能 混凝土的含气量随着复合防冻剂中甲酸钙用量的增加而继续升高，直到复 合防冻剂中甲酸钙用量为0.75wt%时，所制备超低温高性能混凝土的含气 量为3.6%。

同时，还需将制备超低温高性能混凝土所用胶凝材料中粉煤灰用量 （即粉煤灰重量占胶凝材料总重量的百分比）进行调整，并采用直读式气 水混合含气量测定仪进行测试，测试得出，随所用胶凝材料中粉煤灰用量 的增加，所制备超低温高性能混凝土的含气量不断减小，这说明，粉煤灰 对所制备超低温高性能混凝土中的气泡有较强度的吸附作用。

因而实际制备过程中，可根据需制备超低温高性能混凝土的含气量要 求，并结合上述复合防冻剂中甲酸钙用量对所制备超低温高性能混凝土 （内部含亚硝酸钙）含气量的影响结果和粉煤灰对超低温高性能混凝土中 的气泡有较强度的吸附作用，将所述复合防冻剂中甲酸钙用量在0.5%～ 1.0%的范围内进行相应调整；同时，对所述胶凝材料中粉煤灰用量进行调 整，具体是将所述胶凝材料中水泥和粉煤灰的重量比在88～78︰12～22 范围内进行相应调整。

（二）超低温高性能混凝土抗拉强度测试：

本实施例中，所采用的抗拉强度测试方法与实施例1相同，测试得出 “负温养护7d后再正温养护28d”时所制备超低温高性能混凝土试件的抗 压强度为48MPa，标养抗压强度比为97%，基准抗压强度比为100%；“负 温养护7d后再正温养护56d”时所制备超低温高性能混凝土试件的抗压强 度为50MPa，标养抗压强度比为100%，基准抗压强度比超过102%。

并且，还需将制备超低温高性能混凝土试件所用复合防冻剂中的甲酸 钙用量在0～1.0wt%进行调整，并采用YES-2000型数显液压压力试验机， 对所制作超低温高性能混凝土试件在“负温养护7d”、“负温养护7d后 再正温养护28d”和“负温养护7d后再正温养护56d”等不同龄期的抗压 强度进行测试，经测试得出：“负温养护7d后再正温养护28d”时所制作 超低温高性能混凝土试件的抗压强度，随所用复合防冻剂中甲酸钙用量的 增加略有增大；而从该龄期段的标养抗压强度比和基准抗压强度比来看， 该龄期内的强度增长较快，标养抗压强度比均超过了85%，特别是复合防 冻剂中甲酸钙用量为1wt%时，其标养抗压强度比和基准抗压强度比均超过 100%。“负温养护7d后再正温养护56d”时所制作超低温高性能混凝土试 件的抗压强度，除复合防冻剂中不掺加甲酸钙的超低温高性能混凝土之 外，其余各甲酸钙用量的超低温高性能混凝土抗压强度均在50MPa左右； 而在标养条件下，只有复合防冻剂中甲酸钙用量为1wt%的超低温高性能混 凝土抗压强度超过了基准混凝土。因而从整体来看，在“负温养护7d后 再正温养护28d”这一龄期前，随复合防冻剂中甲酸钙用量不断降低，所 制备超低温高性能混凝土抗压强度的增长速度越慢；而在负温养护7d后 再正温养护28d至56d时间，随复合防冻剂中甲酸钙用量不断降低，所制 备超低温高性能混凝土抗压强度的增长速度越快。这说明：甲酸钙能提高 内部加有亚硝酸的超低温高性能混凝土的早期强度发展，且这种提高随着 复合防冻剂中甲酸钙用量的增加而加快。综合比较，复合防冻剂中甲酸钙 用量为1wt%时，所制备超低温高性能混凝土的力学性能最为理想；复合防 冻剂中甲酸钙用量为0.25wt%时，所制备超低温高性能混凝土的力学性能 次之；复合防冻剂中不掺甲酸钙时，所制备超低温高性能混凝土的力学性 能最差。

同时，还需将制备超低温高性能混凝土所用胶凝材料中粉煤灰用量 （即粉煤灰重量占胶凝材料总重量的百分比）进行调整，并采用YES-2000 型数显液压压力试验机，且按照GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能 试验方法标准》对所制作超低温高性能混凝土的抗拉强度进行测试，测试 得出：所用胶凝材料中粉煤灰用量为15%时，所制备超低温高性能混凝土 的抗压强度最高。

因而，实际制备过程中，可根据需制备超低温高性能混凝土的抗拉强 度要求，并结合上述复合防冻剂中甲酸钙用量和所用胶凝材料中粉煤灰用 量对所制备超低温高性能混凝土（内部含亚硝酸钙）抗拉强度的影响，将 所述复合防冻剂中甲酸钙用量在0.5%～1.0%的范围内进行相应调整，并将 所述胶凝材料中水泥和粉煤灰的重量比在88～78︰12～22范围内进行相 应调整。

另外，由上述抗拉测试结果可知，本实施例中采用的内部加有亚硝酸 钙的超低温高性能混凝土与实施例1中内部加有硝酸钙的超低温高性能混 凝土都有早强效果，但内部加有亚硝酸钙的超低温高性能混凝土的早强作 用更显著。

（三）超低温高性能混凝土渗透性测试：

本实施例中，所采用的渗透性测试方法与实施例1相同。根据测试结 果得出，与实施例1中内部加硝酸钙的超低温高性能混凝土相比，内部加 亚硝酸钙的超低温高性能混凝土普遍增大。

本实施例中，测试得出“负温养护7d后再正温养护28d”时所述超低 温高性能混凝土的电通量值为1680C，“负温养护7d后再正温养护56d” 时所述超低温高性能混凝土的电通量值为1230C。

有上述渗透性测试结果可知，虽然内部加亚硝酸钙的超低温高性能混 凝土比实施例1中内部加硝酸钙的超低温高性能混凝土的早强效用更好， 但亚硝酸钙对负温混凝土孔结构的粗化作用也很明显，随甲酸钙的加入能起 到一定的改善作用，但其硬化后混凝土的渗透性仍不理想。

同时，还需将制备超低温高性能混凝土所用胶凝材料中粉煤灰用量 （即粉煤灰重量占胶凝材料总重量的百分比）进行调整，并采用NEL-PEU 型混凝土电通量测定仪对所制作超低温高性能混凝土试件的抗拉强度进 行测试，测试得出：随所用胶凝材料中粉煤灰用量的增加，所制备超低温 高性能混凝土在“负温养护7d后再正温养护28d”时的渗透性都逐渐增加。 按照Berry Malhotra的观点，在水化初期作为胶凝材料的粉煤灰会降低 骨料与水泥浆之间的粘结，粉煤灰颗粒表面吸附的水膜将使过渡区变得更 加多孔，因此在负温养护条件下，所用胶凝材料中的粉煤灰对混凝土的渗 透性有负面效应，并且这种效应随着粉煤灰用量的增加而越发严重。因此， 对于耐久性要求较高的负温混凝土结构，粉煤灰的掺入应慎重，尽量少掺 或不掺粉煤灰，以保证工程的寿命。另外，由于本实施例中所采用内部加 亚硝酸钙的超低温高性能混凝土的渗透性，要比实施例1中内部加硝酸钙 的超低温高性能混凝土的渗透性大得多，因而内部加亚硝酸钙的超低温高 性能混凝土受粉煤灰副作用的影响也更为严重。

因而，实际制备过程中，可根据需制备超低温高性能混凝土的渗透性 要求，并结合上述复合防冻剂中甲酸钙用量和所用胶凝材料中粉煤灰用量 对所制备超低温高性能混凝土（内部含亚硝酸钙）渗透性的影响，将所述 复合防冻剂中甲酸钙用量在0.5%～1.0%的范围内进行相应调整，并将所述 胶凝材料中水泥和粉煤灰的重量比在88～78︰12～22范围内进行相应调 整。

（四）超低温高性能混凝土抗冻性测试：

本实施例中，所采用的抗冻性测试方法与实施例1相同，经测试得出： 225次冻融循环后，超低温高性能混凝土试件的质量损失率为2.5%，相对 动弹性模量下降至40%；且试件能经受175次～200次的冻融循环破坏。

并且，还需将制备超低温高性能混凝土试件所用复合防冻剂中的甲酸 钙用量在0～1.0wt%进行调整，并采用上述抗冻试验方法对所制备超低温 高性能混凝土试件的抗冻性进行测试，测试结果如下：与实施例1中内部 加有硝酸钙的超低温高性能混凝土相比，本实施例中所采用的内部加有亚 硝酸钙的超低温高性能混凝土在经受冻融循环作用时，不仅抗冻能力差， 而且内部的破坏形式也不尽相同，尤其是在混凝土动弹性模量降到80%以 下，再经受冻融破坏时，其相对动弹性模量剧烈下降，内部结构发生崩裂。 不掺加甲酸钙时，内部加有亚硝酸钙的超低温高性能混凝土的抗冻性极 差，经75次冻融循环后其相对动弹性模量就下降到56%，质量损失达到 2.8%。掺入甲酸钙后，对内部加有亚硝酸钙的超低温高性能混凝土的抗冻 性有所提高，表面的剥落量明显减少，而甲酸钙用量为0.75wt%时，内部 加有亚硝酸钙的超低温高性能混凝土抗冻性能最好，能够经受175次～200 次的冻融循环破坏。

同时，还需将制备超低温高性能混凝土所用胶凝材料中粉煤灰用量 （即粉煤灰重量占胶凝材料总重量的百分比）进行调整，并相应对所制备 超低温高性能混凝土的抗冻性进行测试，测试得出：随胶凝材料中粉煤灰 用量的增加，所制备超低温高性能混凝土的抗冻性明显降低。其中，胶凝 材料中粉煤灰用量为10%，内部加有亚硝酸钙的超低温高性能混凝土的抗 冻性最好。但是，与实施例1中内部加有硝酸钙的超低温高性能混凝土相 比，本实施例中所采用内部加有亚硝酸钙的超低温高性能混凝土的抗冻性 较差。胶凝材料中粉煤灰用量为10%时，所能经受的冻融循环次数也只有 200次～225次，其质量损失不大；另外，粉煤灰用量为20%～25%时，其 抗冻性变化不大，其冻融循环破坏次数在100～125次之间，质量损失最 大。

因而，实际制备过程中，可根据需制备超低温高性能混凝土的抗冻性 要求，并结合上述复合防冻剂中甲酸钙用量和所用胶凝材料中粉煤灰用量 对所制备超低温高性能混凝土（内部含亚硝酸钙）抗冻性的影响，将所述 复合防冻剂中甲酸钙用量在0.5%～1.0%的范围内进行相应调整，并将所述 胶凝材料中水泥和粉煤灰的重量比在88～78︰12～22范围内进行相应调 整。

综上所述，对于内部加有亚硝酸钙的超低温高性能混凝土来说，超低 温高性能混凝土的含气量随甲酸钙用量的增加而增大，当甲酸钙用量为 0.75wt%时，含气量达到最高值；在“负温养护7d后再正温养护28d”这 一龄期前，甲酸钙用量越小，超低温高性能混凝土的抗压强度增长速度越 慢，而负温养护7d后再正温养护28d至56d期间，则刚好相反；且甲酸 钙的加入提高了混凝土早期强度的发展，这种提高随着其掺量的增加而加 快；随甲酸钙用量的增加，超低温高性能混凝土的渗透性先降低后又升高， 且实施例1中所采用内部加有硝酸钙的超低温高性能混凝土的渗透性相对 较好；在经受冻融循环破坏过程中，内部的胀裂损伤较外部的剥落损伤更 为严重。

对于内部加有亚硝酸钙的超低温高性能混凝土来说，随着胶凝材料中 粉煤灰用量的增大，超低温高性能混凝土的含气量明显降低，且本实施例 中所采用内部加有亚硝酸钙的超低温高性能混凝土含气量的降低幅度相 对较大；胶凝材料中粉煤灰用量为20%以下时，超低温高性能混凝土的早 强作用更显著；负温养护条件下，粉煤灰对超低温高性能混凝土的渗透性 有不利影响，且影响程度随着粉煤灰用量的增大而增大。本发明所采用的 复合防冻剂不仅避免了部分无机盐对混凝土抗冻性的不利作用，且通过调 整其内部各组分用量，对超低温高性能混凝土的抗冻性也会有所提高。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是 根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构 变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。