干熱條件下施工的混凝土特性試驗(yàn)研究

盧 軍 鄒德華

（新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 烏魯木齊 830000）

1 概述

北疆供水工程是我國(guó)西部地區(qū)長(zhǎng)距離跨流域供水工程，據(jù)統(tǒng)計(jì)，工程需澆注混凝土約136萬(wàn)m3。新疆夏季的自然條件是溫度高、濕度低、風(fēng)速大，在這樣的特殊環(huán)境下施工，混凝土的性能與通常情況下的性能有所不同。本工程對(duì)混凝土的抗凍耐久性要求高，且有些部位的混凝土處于較強(qiáng)的硫酸鹽侵蝕環(huán)境，為了提高混凝土的抗硫酸鹽侵蝕能力，施工階段，混凝土配合比采用了摻用磨細(xì)礦渣粉的措施?；炷恋氖┕べ|(zhì)量關(guān)系到渠道的安全運(yùn)行，由于特殊的施工環(huán)境，為了確保工程質(zhì)量，施工期間，本工程對(duì)典型配合比（C20W6F200）進(jìn)行了干熱條件下混凝土特性的專門試驗(yàn)研究。

2 試驗(yàn)研究的內(nèi)容

模擬新疆干熱條件下施工的混凝土特性研究主要包括以下內(nèi)容：

a.選取一種典型混凝土，模擬新疆干熱條件（溫度35℃左右，相對(duì)濕度50%左右）施工，進(jìn)行混凝土拌和、成型和養(yǎng)護(hù)試驗(yàn)。

b.研究模擬干熱條件下混凝土拌和物的坍落度損失、含氣量損失和凝結(jié)時(shí)間。

c.研究模擬干熱條件下施工的混凝土干縮變形。

d.研究模擬干熱條件下施工養(yǎng)護(hù)的混凝土抗壓強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律。

e.研究模擬干熱條件下施工養(yǎng)護(hù)的混凝土極限拉伸值、抗?jié)B和抗凍耐久性。

3 試驗(yàn)研究成果

3.1 混凝土拌和物性能試驗(yàn)

干熱條件下混凝土特性研究以三級(jí)配C20W6F200混凝土作為典型進(jìn)行。具體配合比下表1。

混凝土拌和物的性能試驗(yàn)按20+2℃的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室條件和試驗(yàn)室模擬干熱條件（35℃左右，相對(duì)濕度50%左右，模擬新疆干旱氣候施工）分別進(jìn)行，試驗(yàn)按《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》（SD105—83）進(jìn)行操作，試驗(yàn)包括坍落度損失、含氣量損失和凝結(jié)時(shí)間。

表1 典型三級(jí)配混凝土配合比

3.1.1 混凝土拌和物坍落度試驗(yàn)

混凝土拌和物的坍落度損失試驗(yàn)結(jié)果見表2和表3?；炷涟韬臀镌囼?yàn)表明：在靜置條件下，無(wú)論是在標(biāo)準(zhǔn)的20℃，還是在35℃干熱環(huán)境下，都會(huì)產(chǎn)生較大的坍落度損失，其損失量隨著靜置時(shí)間的延長(zhǎng)而增大，在35℃干熱條件下的坍落度損失大于標(biāo)準(zhǔn)條件下的坍落度損失。在靜置90min后，雖然混凝土拌和物的坍落度僅為5～15mm，但在振動(dòng)臺(tái)上仍能被震動(dòng)液化。混凝土拌和物在初凝前的流動(dòng)特性符合賓漢姆體的規(guī)律特點(diǎn)。

混凝土拌和物在澆筑點(diǎn)的坍落度大小由施工工藝決定，而機(jī)口初步坍落度的大小應(yīng)考慮澆筑點(diǎn)的坍落度要求和混凝土在運(yùn)輸途中的坍落度損失，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試后確定。調(diào)整混凝土初始坍落度的有效辦法是調(diào)整混凝土中減水劑的用量。

表2 標(biāo)準(zhǔn)條件下混凝土坍落度損失試驗(yàn)結(jié)果

表3 干熱條件下混凝土坍落度損失試驗(yàn)結(jié)果

3.1.2 混凝土拌和物含氣量試驗(yàn)

混凝土拌和物的含氣量損失試驗(yàn)結(jié)果見表4和表5。

表4和表5的試驗(yàn)結(jié)果表明：混凝土拌和物的含氣量隨著靜置時(shí)間的延長(zhǎng)而減少，干熱條件比標(biāo)準(zhǔn)條件下的含氣量損失略大。兩種條件下混凝土拌和物靜置30min后含氣量勉強(qiáng)滿足要求，60min后含氣量已不能滿足要求。因此，在干熱條件下，應(yīng)適當(dāng)增加機(jī)口混凝土拌和物的初始含氣量，調(diào)整含氣量的有效方法是調(diào)整AE劑的摻量。

表4 標(biāo)準(zhǔn)條件下混凝土含氣量損失試驗(yàn)結(jié)果

表5 干熱條件下混凝土含氣量損失試驗(yàn)結(jié)果

3.1.3 混凝土拌和物凝結(jié)時(shí)間試驗(yàn)

混凝土拌和物的凝結(jié)時(shí)間試驗(yàn)結(jié)果見表6。表6的試驗(yàn)結(jié)果表明：混凝土在干熱條件下的干縮時(shí)間大大縮短，其初凝時(shí)間僅為標(biāo)準(zhǔn)條件下的1/3左右。對(duì)混凝土拌和物凝結(jié)時(shí)間T的要求，主要取決于澆筑混凝土構(gòu)件所需的時(shí)間T0，以使在澆筑混凝土?xí)r，先澆筑的混凝土尚未初凝。

調(diào)整混凝土拌和物初凝時(shí)間的有效辦法是調(diào)整外加劑中緩凝成分的含量?；炷涟韬臀锏奶涠葥p失、含氣量損失和凝結(jié)時(shí)間的變化與環(huán)境溫度、濕度、風(fēng)速、日曬、運(yùn)輸方式，以及放置時(shí)間等密切相關(guān),施工時(shí)要注意做好控制。

3.2 混凝土物理力學(xué)性能試驗(yàn)

混凝土的物理力學(xué)性能試驗(yàn)主要包括3天、7天、28天的抗壓強(qiáng)度，28天的軸拉強(qiáng)度、抗拉彈模和極限拉伸值，1天、3天、7天、14天、28天和60天的干縮等。

3.2.1 混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)

標(biāo)準(zhǔn)條件下（20+2℃）試件的成型和養(yǎng)護(hù)按《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》（SD105—83）進(jìn)行。試驗(yàn)室模擬干熱條件（35℃左右，相對(duì)濕度50%左右，模擬新疆干旱氣候施工）試件的成型、制作控制在30min內(nèi)完成，成型后的試件經(jīng)抹面后，送入模擬箱，2天后編號(hào)拆模，拆模后的試件放在搪瓷盤中，用塑膜覆蓋（模擬現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù)），繼續(xù)放入模擬箱養(yǎng)護(hù)至各齡期進(jìn)行各項(xiàng)性能試驗(yàn)。

混凝土的力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果見表6和表7。

表6 標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)混凝土的力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果

表7 模擬現(xiàn)場(chǎng)施工養(yǎng)護(hù)混凝土的力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果

表6和表7的試驗(yàn)結(jié)果表明：模擬現(xiàn)場(chǎng)35℃施工養(yǎng)護(hù)的混凝土，3天和7天的抗壓強(qiáng)度有大幅提高，特別是礦碴粉混凝土，3天的抗壓強(qiáng)度比標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)提高約2倍。模擬現(xiàn)場(chǎng)35℃養(yǎng)護(hù)的混凝土28天的抗壓強(qiáng)度、軸拉強(qiáng)度、彈性模量和極限拉伸值均比標(biāo)準(zhǔn)20℃養(yǎng)護(hù)有不同程度的提高。

3.2.2 混凝土干縮試驗(yàn)

混凝土干縮試驗(yàn)分標(biāo)準(zhǔn)條件和試驗(yàn)室模擬干熱條件分別進(jìn)行，比較混凝土試件在不同條件下的干縮性能。試驗(yàn)結(jié)果見表8。

表8 混凝土干縮試驗(yàn)結(jié)果 單位：10-6

混凝土在干熱條件下的干縮大于標(biāo)準(zhǔn)條件下的干縮，特別是在早期，1天和7天的干縮平均增加59%和74%，隨著齡期的延長(zhǎng)，干熱條件下14天后與標(biāo)準(zhǔn)條件下干縮值趨于一致。因此，干熱條件下混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間至少14天，一般不低于21天。

3.2.3 混凝土耐久性試驗(yàn)

混凝土的耐久性試驗(yàn)主要包括養(yǎng)護(hù)28天混凝土試件的抗?jié)B和抗凍。

20+2℃標(biāo)準(zhǔn)條件下試件的成型和養(yǎng)護(hù)完成按《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》（SD105—83）進(jìn)行。試驗(yàn)室模擬干熱條件（35℃左右，相對(duì)濕度50%左右，模擬新疆干旱氣候施工）試件的成型、制作控制在30min內(nèi)完成，成型后的試件經(jīng)抹面后，送入模擬箱，2天后編號(hào)拆模，拆模后的試件放在搪瓷盤中，用塑膜覆蓋（模擬現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù)），繼續(xù)放入模擬箱養(yǎng)護(hù)至各齡期進(jìn)行各項(xiàng)性能試驗(yàn)。

混凝土的抗?jié)B和抗凍試驗(yàn)結(jié)果見表9和表10。當(dāng)混凝土中的含氣量滿足要求時(shí)，混凝土的抗凍性能就能滿足要求，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)與35℃養(yǎng)護(hù)的混凝土性能和抗凍性能相差不大，都能滿足設(shè)計(jì)要求。

表9 混凝土抗?jié)B試驗(yàn)結(jié)果

表10 混凝土抗凍試驗(yàn)結(jié)果

4 結(jié)語(yǔ)

通過試驗(yàn)可以得出以下結(jié)論：

a.混凝土拌和物在靜置條件下，在標(biāo)準(zhǔn)20℃和35℃干熱環(huán)境中，都會(huì)產(chǎn)生較大的坍落度損失，其損失量隨靜置時(shí)間的延長(zhǎng)而增大，在35℃干熱條件下的坍落度損失大于標(biāo)準(zhǔn)條件下的損失。

b.混凝土拌和物靜置90min后的坍落度為5～15mm，拌和物在澆筑點(diǎn)的坍落度大小由施工工藝決定，而機(jī)口初始坍落度的大小應(yīng)考慮澆筑點(diǎn)的要求和在運(yùn)輸途中的損失，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試后確定。

c.混凝土拌和物的含氣量隨靜置時(shí)間的延長(zhǎng)而減少，干熱條件下比標(biāo)準(zhǔn)條件含氣量損失略大。兩種條件下混凝土拌和物靜置30min后含氣量勉強(qiáng)滿足要求，60min后含氣量已不能滿足要求。因此，在干熱條件下，應(yīng)適當(dāng)增加機(jī)口混凝土拌和物的初始含氣量，調(diào)整含氣量的有效方法是調(diào)整AE劑的摻量。

d.在干熱條件下混凝土拌和物的凝結(jié)時(shí)間大大縮短，其初始凝結(jié)時(shí)間為5～8h，為標(biāo)準(zhǔn)條件下的1/3左右。凝結(jié)時(shí)間大小由施工工藝決定。

e.模擬現(xiàn)場(chǎng)施工養(yǎng)護(hù)的混凝土力學(xué)性能，比標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)有不同程度的提高，3天和7天的抗壓強(qiáng)度有大幅提高，特別是礦碴粉混凝土，3天的抗壓強(qiáng)度比標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)提高約2倍。

f.混凝土在干熱條件下的干縮大于標(biāo)準(zhǔn)條件下的干縮，特別是在早期，1天和7天的干縮平均增加59%和74%，隨著齡期的延長(zhǎng)，干熱條件下14天后與標(biāo)準(zhǔn)條件下干縮值趨于一致。因此，干熱條件下混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間至少14天，一般不低于21天。

g.當(dāng)混凝土的含氣量滿足要求時(shí)，混凝土抗凍性能就可滿足要求，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)和模擬現(xiàn)場(chǎng)35℃施工養(yǎng)護(hù)的試件，其抗?jié)B性能和抗凍性能相差不大，都能滿足設(shè)計(jì)要求。