何廷樹 王福川 金瑞靈

西安建筑科技大學

 

    混凝土是一種熱的不良導體，大體積混凝土內外溫差較大，容易出現溫度應力裂縫。一般認為，通過降低混凝土拌合物入模溫度可以降低混凝土內部溫度，從而減小混凝土內外溫差，防止混凝土溫度應力裂縫。在夏季環境溫度較高的情況下，要降低拌合物入模溫度實際上是很困難的，并且，降低拌合物入模溫度后對大體積混凝土內部溫度的影響究竟如何？至今無人系統研究。

 

    除了水泥的礦物組成、顆粒細度等自身因素影響其水化特性以外，水泥砂漿或混凝土的其他材料組成，如摻合料種類及摻量、外加劑種類及摻量，以及環境溫度和拌合物的入模溫度也會影響水泥的水化特性。本文采用直接法測定了不同材料組成及環境溫度等條件下的水泥膠砂的水化放熱特性，研究了對該特性的影響規律。探討了降低水泥水化熱，延遲溫峰出現時間的措施。作者基于水泥砂漿試驗所得結果，詳細討論了在環境溫度較高時，當混凝土入模溫度不高于環境溫度的情況下，通過降低拌合物入模溫度來防止大體積混凝土溫度應力裂縫的必要性和有效性，并對機理進行了探討。

 

    實驗用華新牌P.O42.5水泥；廈門艾斯歐標準砂有限公司的符合GB/T17671標準要求的ISO標準砂及湖南岳陽河砂；聚羧酸高效減水劑（固含量26.5%）；I級粉煤灰；選用工業純葡萄糖酸鈉作緩凝劑；使用自來水作砂漿拌合用水。

 

    依據GB2022-80標準，使用SHR-800水泥水化熱測定儀，用直接法測定不同原材料組成、不同入模溫度和環境溫度下，水泥砂漿的水化溫峰T_max(℃)、溫峰出現時間t_max（h）、1d水化熱Q（1d）和3d 水化熱Q（3d）的變化情況，以及水化溫度、水化速率與時間的關系，研究材料組成及環境溫度對水泥水化特性的影響。實驗所用水膠比為0.3, 膠砂比為1/3，砂漿具體配合比如表1所示。

表1  摻標準砂的配合比

 

    環境溫度和入模溫度均為(20±0.1℃)條件下，材料組成對水泥水化特性的影響如表2和圖1至圖4所示。

 

表2 材料組成對水泥砂漿的水化特性的影響

配比	tmax / h	Tmax / ℃	Q(1d)/ J·g.1	Q(3d)/ J·g.1		Q(7d)/ J·g.1
水泥＋標準砂	10.0	33.6	181.61	214.19		215.97
水泥＋粉煤灰＋標準砂	13.0	29.5	117.74	129.33		130.93
水泥＋粉煤灰＋標準砂＋聚羧酸減水劑	23.0	26.8	78.66	123.73		128.34
水泥＋現場河砂	10.0	33.7	189.11		222.93		224.54
水泥＋粉煤灰＋現場河砂	13.0	28.7	110.11		122.59		123.22
水泥＋粉煤灰＋現場河砂＋聚羧酸減水劑	24.0	26.8	77.66		128.04		132.06

    從表2和圖1至圖4可以看出：在環境溫度和砂漿入模溫度均為20±0.1℃的條件下，純水泥砂漿的溫峰最大，出現時間最早，水化熱最大；摻粉煤灰和聚羧酸減水劑膠砂均有助于降低水化溫峰和水化熱，并延遲溫峰出現時間。本文實驗結果表明，砂的種類對水泥水化特性基本沒影響。

 

    按表1中No.3砂漿配合比，實驗環境溫度為33℃（恒溫水浴），砂漿入模溫度分別控制在20℃，25℃，30℃，所測得的水泥水化特性如表3及圖5和圖6所示。

 

表3 不同入模溫度對水泥水化特性的影響

入模溫度	tmax / h	Tmax / ℃	Q(1d)/J·g.1	Q(3d)/J·g.1
20℃	16.5	42.7	160.02	187.89
25℃	16	43.5	159.31	185.10
30℃	17.5	43.0	152.68	182.27

    從表3及圖5、圖6可以看出：當環境溫度較高時，降低砂漿的入模溫度（分別為20℃、25℃、30℃，均低于環境溫度），對砂漿的溫峰、溫峰出現時間及水化熱影響不大。由此可以推測，在夏季環境溫度較高的情況下，通過降低混凝土拌合物入模溫度的方法（實際上是很困難的），很難達到降低大體積混凝土內部溫度，從而減小內外溫差，克服溫度應力裂縫的目的。這可能是因為，當環境溫度高于拌合物溫度時，在混凝土初凝之前，拌合物含水量高，導熱性好，環境向混凝土擴散熱量，該熱量擴散的速率正比于環境溫度與拌合物入模溫度的差值，但二者必將在很短時間內達到平衡，故降低拌合物入模溫度對大體積混凝土總的升溫特性沒有多大影響。因此，無論夏季溫度多高，當混凝土拌合物入模溫度不高于環境溫度時，沒有必要采取諸多措施來刻意降低拌合物入模溫度。

 

    在環境溫度33℃，砂漿入模溫度25±1℃的條件下，不同材料組成對水泥水化特性的影響如表4和圖7、圖8所示。

 

表4   不同配合比對水泥特性的影響

材料組成	tmax / h	Tmax / ℃	Q(1d)/J·g.1	Q(3d)/J·g.1
水泥＋河砂	9.0	47.2	231.91	236.50
水泥＋粉煤灰＋河砂	9..0	43.0	165.77	180.60
水泥＋粉煤灰＋聚羧酸減水劑＋河砂	15.5	42.9	161.17	188.46

 

    從表3及圖7、圖8可以看出：當環境溫度較高時，摻入粉煤灰和聚羧酸高效減水劑仍然有助于降低水化溫峰和水泥熱、延遲溫峰出現時間。但是，與較低溫環境溫度下相比，粉煤灰和聚酸水減水劑的這種作用明顯減弱。

 

    所用砂漿配合比為表1中No.3，以及在No.3配合比基礎上分別添加膠凝材料的0.03%和0.05%葡萄糖酸鈉緩凝劑所得配合比No.4和No.5。在環境溫度33℃，砂漿入模溫度為25±1℃的條件下，添加緩凝劑對水泥水化特性的影響如表5及圖2.9、2.10所示。

 

表5 復摻緩凝劑對水泥水化特性的影響

編號	緩凝劑摻量/％	tmax / h	Tmax / ℃	Q(1d)/J·g.1	Q(3d)/J·g.1
No.3	0.00	16	43.5	161.31	205.10
No.4	0.03	21	43.1	151.99	200.59
No.5	0.05	28	41.9	80.58	180.82

 

    從表5和圖9、圖10可以看出：在環境溫度較高的情況，適當增加緩凝劑摻量，可進一步延長溫峰出現時間6～12h，1d水化熱下降10％～42%，3d水化熱降低5％～14%。這有利于防止大體積混凝土的溫度應力裂縫。

 

    （1）在環境溫度較低（20±0.1℃）條件下，水泥+粉煤灰+水＋聚羧酸鹽減水劑的膠砂，與水泥+水的膠砂相比，其溫峰出現時間推遲13～14h，1d水化熱下降57％～59%，這說明添加粉煤灰和聚羧酸高效減水劑有助于防止大體積混凝土早期溫度應力裂縫。在夏季環境溫度較高的情況下（33℃），摻入粉煤灰和聚羧酸高效減水劑仍然有助于降低水化溫峰和水泥熱、延遲溫峰出現時間。但是，與較低環境溫度下相比，粉煤灰和聚羧酸減水劑的這種作用明顯減弱。

    （2）砂的品種對水泥水化特性的影響不明顯。

    （3）在夏季環境溫度較高的情況下，當環境溫度高于拌合物溫度時，在混凝土初凝之前，拌合物含水高，導熱性好，環境反向混凝土擴散傳熱，在很短時間內拌合物與環境溫度平衡，故通過降低混凝土拌合物入模溫度的方法，很難達到降低大體積混凝土內部溫度，從而克服溫度應力裂縫的目的。因此，無論夏季溫度多高，當混凝土拌合物入模溫度不高于環境溫度時，沒有必要采取措施再降低拌合物入模溫度。

    （4）在高溫環境下，適當增加緩凝劑摻量，可以降低1d水化熱和水化溫峰，大幅度延遲溫峰出現時間。這有利于防止大體積混凝土的溫度應力裂縫。

 

(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網絡：文徑 尹維維 編輯  劉真 審核)