水膠比與混凝土溫控措施的響應關系分析

李昱坤+方榮杰+吳限+辛勝林

摘 要：本文從混凝土水膠比的角度出發(fā)，通過實驗分析出水膠比與混凝土強度的一般關系，再通過絕熱溫升實驗，探究出不同強度等級常態(tài)混凝土的絕熱溫升曲線關系，根據(jù)絕熱溫升曲線圖總結(jié)混凝土溫升的相關信息，從而構建出水膠比與混凝土溫升的內(nèi)在關系，在此基礎上建立水膠比與混凝土溫控措施的響應機制，從水膠比的角度提出合理的混凝土溫控措施。

關鍵詞：混凝土 溫控 水膠比

近年來，國家對基礎設施建設的投資逐漸加大，各類大型工程相繼開工，其中很多建設項目均涉及到大體積混凝土?；炷猎谀Y(jié)硬化過程中發(fā)生水化熱反應，會產(chǎn)生大量的熱量而引起混凝土溫度升高，外部混凝土和大氣相接，散熱相對更快速，從而形成了較大的內(nèi)外溫差，這種溫差將產(chǎn)生溫度應力引發(fā)混凝土結(jié)構的溫度裂縫。所以大體積混凝土施工中溫控措施十分重要，對提高混凝土整體性和耐久性具有積極作用。影響混凝土溫控的因素有很多，本文試圖從水膠比的角度出發(fā)，研究水膠比的變化和混凝土溫升的內(nèi)在關系，基于此構建出水膠比和混凝土溫控措施的響應關系，從水膠比變化的角度對混凝土溫控措施提出有效的建議，提高混凝土工程施工質(zhì)量。

1.分析水膠比對混凝土強度影響的一般關系。

1.1混凝土試樣制備

所謂水膠比就是每立方米混凝土用水量與所有膠凝材料用量的比值。水泥選擇普通硅酸鹽水泥，砂、不同級配的石子均選取同一產(chǎn)地的，以盡量降低其他因素對混凝土抗壓強度的影響。分別制作水膠比為0.49、0.57、0.62的標準混凝土試樣（長寬高均為150mm）用于抗壓強度的測試，其中不同水膠比試樣的大小石子的配比保持不變，只改變砂率來滿足水膠比的占比。

1.2試樣測試

將不同水膠比的混凝土試樣在標準養(yǎng)護室分別養(yǎng)護7天和28天。然后采用液壓式壓力試驗機分別測試試樣的抗壓強度，所用試驗機見圖2。試樣所測試的抗壓強度見表1。

1.3試驗分析與結(jié)論

基于上述試樣的試驗測試結(jié)果，不同水膠比的混凝土的抗壓強度變化規(guī)律見圖1。由圖可知，同種水膠比混凝土試樣在不同養(yǎng)護天數(shù)下的抗壓強度差別較大，養(yǎng)護天數(shù)越多，混凝土強度越大，水膠比為0.49時，7天和28天的強度差值為7.8MPa，水膠比為0.57時，7天和28天的強度差值為6.8MPa，水膠比為0.62時，7天和28天的強度差值為4.7MPa，可以看出，水膠比越小，混凝土抗壓強度在養(yǎng)護期間增長潛力越大。同時，不同水膠比混凝土試樣在相同養(yǎng)護天數(shù)下均表現(xiàn)為相同的規(guī)律，即不同水膠比混凝土的抗壓強度存在較大差異，在養(yǎng)護時間不變的前提下，存在水膠比越高，混凝土強度越低的一般規(guī)律。

2.討論不同強度等級混凝土對絕熱溫升的影響

2.1絕熱溫升試驗

混凝土的絕熱溫升是指隔熱的條件下，水泥硬化過程中所產(chǎn)生的混凝土溫。試驗按照《水工混凝土試驗規(guī)程》SL352-2006中“4.18混凝土絕熱溫升試驗”進行。實驗采用JR-2絕熱溫升儀進行測定，溫度跟蹤精度為±0.1℃，試件尺寸為Ф400mm×400mm，可直接進行全級配混凝土試驗，試驗歷時28天。試驗所使用的的混凝土材料同前述強度試驗一樣，保持混凝土試樣大小石子配比不變，通過砂率的調(diào)整選用不同水膠比來控制混凝土試樣設計齡期的強度標準值，本次試驗中選用二級配混凝土C15，C20，C25三個設計強度等級。每個強度等級取試件8個，分別在試驗期不同時間節(jié)點檢測各個試件的絕熱溫升，并取平均值填入試驗記錄表格。

2.2絕熱溫升試驗成果

混凝土絕熱溫升試驗成果見表2，絕熱溫升曲線圖見圖2。

2.3試驗分析及結(jié)論

基于試驗圖表，不同設計強度混凝土試件絕熱溫升數(shù)值有所差異，但絕熱溫升過程的發(fā)展趨勢較為相似，均是在大致8天齡期之內(nèi)絕熱溫升值增長速度較快，大致呈現(xiàn)線性增長的規(guī)律，8天之后的齡期中，發(fā)展規(guī)律為：各強度等級混凝土試件絕熱溫升增長速度均較為緩慢，且各強度等級混凝土試件絕熱溫升曲線呈現(xiàn)出大致平行的一般規(guī)律。同時，從曲線圖可以看出，標準養(yǎng)護齡期內(nèi)，在任意絕熱溫升檢測時間節(jié)點上，均有混凝土強度等級越高，其絕熱溫升值越大的關系，且8天齡期內(nèi)，隨著齡期的增長，同一時間節(jié)點上不同強度混凝土試件絕熱溫升差值呈現(xiàn)變大趨勢，而在8天之后的齡期中，此差值隨著齡期的增長表現(xiàn)出趨于穩(wěn)定的現(xiàn)象。取3天齡期時間節(jié)點，C15試件與C20試件絕熱溫升差值為2.3℃，C20試件與C25試件絕熱溫升差值為4.5℃，而在14天齡期時間節(jié)點上，相應的絕熱溫升差值為3.7℃和7.5℃，可以看出，在養(yǎng)護齡期的任意時間節(jié)點上，同樣強度級差的混凝土試件的絕熱溫升差值，在強度等級較高區(qū)域的差值呈現(xiàn)出數(shù)值更大的規(guī)律。

3.構建水膠比與混凝土溫控措施的響應機制

在前述試驗分析的基礎上，可以看出，保持混凝土大小石子級配不變，通過砂率調(diào)整水膠比，水膠比越大，則混凝土強度等級越低，而混凝土強度越低，在任一時間節(jié)點上，其絕熱溫升值越小，絕熱溫升發(fā)展趨勢符合上述曲線圖。同時，絕熱溫升值越小，混凝土溫度則越低，故混凝土溫度變化趨勢可以類比絕熱溫升曲線。當水膠比越大，則在大致8天養(yǎng)護齡期內(nèi)，混凝土溫度增長速度越快，大致呈現(xiàn)線性增長，且澆筑的初始溫度值也較高，8天過后混凝土溫度逐漸趨于一個比較穩(wěn)定的數(shù)值，水膠比越大混凝土的這個穩(wěn)定數(shù)值就越大，表明水膠比越大混凝土的最大溫升值就越大。

4.淺析水膠比對混凝土溫控措施的影響

基于上述試驗分析，從水膠比的角度出發(fā)，對28天養(yǎng)護齡期內(nèi)混凝土溫控措施提出建議為：一般情況下，忽略其他相關因素的影響，澆筑混凝土所選用的水膠比越大，則澆筑初期混凝土溫度越高，可選用低水化熱和含堿性量低的水泥，也可采用混凝土預冷措施，比如骨料預冷、加冰水拌合等，而在大致8天齡期內(nèi)，水膠比越大的混凝土溫度增長速度越快，溫度絕對值也越高，這個時間段內(nèi)是混凝土內(nèi)部水化熱反應和溫升最劇烈的階段，此階段對混凝土整體性和耐久性影響比較顯著，需要采取及時有效的溫控措施，比如控制混凝土澆筑間歇期、分層厚度，預埋冷卻水管等，在8天之后的齡期中，各水膠比對應的混凝土溫升逐漸趨于穩(wěn)定，達到溫升峰值，且水膠比越大，峰值越高，在這個階段，混凝土內(nèi)部溫度處于較高水平，而混凝土外部與大氣聯(lián)通，散熱較快，故此階段混凝土內(nèi)外溫差較大，溫度應力比較顯著，較為容易產(chǎn)生溫度裂縫，則此階段需要對混凝土采取養(yǎng)護措施，包括保濕措施和保溫措施。綜上，混凝土的澆筑施工需要根據(jù)水膠比與混凝土溫控措施的響應機制，及時的采取有效的溫控措施，緩解混凝土的溫度效應，減輕或者是避免混凝土溫度裂縫的發(fā)生和發(fā)展，提高混凝土的整體性和耐久性，有力的保障水工混凝土結(jié)構的可靠性。

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