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(guò)實(shí)驗(yàn)分析出水膠比與混凝土強(qiáng)度的一般關(guān)系，再通過(guò)絕熱溫升實(shí)驗(yàn)，探究出不同強(qiáng)度等級(jí)常態(tài)混凝土的絕熱溫升曲線關(guān)系，根據(jù)絕熱溫升曲線圖總結(jié)混凝土溫升的相關(guān)信息，從而構(gòu)建出水膠比與混凝土溫升的內(nèi)在關(guān)系，在此基礎(chǔ)上建立水膠比與混凝土溫控措施的響應(yīng)機(jī)制，從水膠比的角度提出合理的混凝土溫控措施。

關(guān)鍵詞：混凝土 溫控 水膠比

近年來(lái)，國(guó)家對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的投資逐漸加大，各類大型工程相繼開(kāi)工，其中很多建設(shè)項(xiàng)目均涉及到大體積混凝土?；炷猎谀Y(jié)硬化過(guò)程中發(fā)生水化熱反應(yīng)，會(huì)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(duì)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(yīng)力引發(fā)混凝土結(jié)構(gòu)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(duì)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(guān)系，基于此構(gòu)建出水膠比和混凝土溫控措施的響應(yīng)關(guān)系，從水膠比變化的角度對(duì)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(duì)混凝土強(qiáng)度影響的一般關(guān)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(jí)配的石子均選取同一產(chǎn)地的，以盡量降低其他因素對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響。分別制作水膠比為0.49、0.57、0.62的標(biāo)準(zhǔn)混凝土試樣（長(zhǎng)寬高均為150mm）用于抗壓強(qiáng)度的測(cè)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(lái)滿足水膠比的占比。

1.2試樣測(cè)試

將不同水膠比的混凝土試樣在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室分別養(yǎng)護(hù)7天和28天。然后采用液壓式壓力試驗(yàn)機(jī)分別測(cè)試試樣的抗壓強(qiáng)度，所用試驗(yàn)機(jī)見(jiàn)圖2。試樣所測(cè)試的抗壓強(qiáng)度見(jiàn)表1。

1.3試驗(yàn)分析與結(jié)論

基于上述試樣的試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果，不同水膠比的混凝土的抗壓強(qiáng)度變化規(guī)律見(jiàn)圖1。由圖可知，同種水膠比混凝土試樣在不同養(yǎng)護(hù)天數(shù)下的抗壓強(qiáng)度差別較大，養(yǎng)護(hù)天數(shù)越多，混凝土強(qiáng)度越大，水膠比為0.49時(shí)，7天和28天的強(qiáng)度差值為7.8MPa，水膠比為0.57時(shí)，7天和28天的強(qiáng)度差值為6.8MPa，水膠比為0.62時(shí)，7天和28天的強(qiáng)度差值為4.7MPa，可以看出，水膠比越小，混凝土抗壓強(qiáng)度在養(yǎng)護(hù)期間增長(zhǎng)潛力越大。同時(shí)，不同水膠比混凝土試樣在相同養(yǎng)護(hù)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(qiáng)度存在較大差異，在養(yǎng)護(hù)時(shí)間不變的前提下，存在水膠比越高，混凝土強(qiáng)度越低的一般規(guī)律。

2.討論不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土對(duì)絕熱溫升的影響

2.1絕熱溫升試驗(yàn)

混凝土的絕熱溫升是指隔熱的條件下，水泥硬化過(guò)程中所產(chǎn)生的混凝土溫。試驗(yàn)按照《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》SL352-2006中“4.18混凝土絕熱溫升試驗(yàn)”進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)采用JR-2絕熱溫升儀進(jìn)行測(cè)定，溫度跟蹤精度為±0.1℃，試件尺寸為Ф400mm×400mm，可直接進(jìn)行全級(jí)配混凝土試驗(yàn)，試驗(yàn)歷時(shí)28天。試驗(yàn)所使用的的混凝土材料同前述強(qiáng)度試驗(yàn)一樣，保持混凝土試樣大小石子配比不變，通過(guò)砂率的調(diào)整選用不同水膠比來(lái)控制混凝土試樣設(shè)計(jì)齡期的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，本次試驗(yàn)中選用二級(jí)配混凝土C15，C20，C25三個(gè)設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)。每個(gè)強(qiáng)度等級(jí)取試件8個(gè)，分別在試驗(yàn)期不同時(shí)間節(jié)點(diǎn)檢測(cè)各個(gè)試件的絕熱溫升，并取平均值填入試驗(yàn)記錄表格。

2.2絕熱溫升試驗(yàn)成果

混凝土絕熱溫升試驗(yàn)成果見(jiàn)表2，絕熱溫升曲線圖見(jiàn)圖2。

2.3試驗(yàn)分析及結(jié)論

基于試驗(yàn)圖表，不同設(shè)計(jì)強(qiáng)度混凝土試件絕熱溫升數(shù)值有所差異，但絕熱溫升過(guò)程的發(fā)展趨勢(shì)較為相似，均是在大致8天齡期之內(nèi)絕熱溫升值增長(zhǎng)速度較快，大致呈現(xiàn)線性增長(zhǎng)的規(guī)律，8天之后的齡期中，發(fā)展規(guī)律為：各強(qiáng)度等級(jí)混凝土試件絕熱溫升增長(zhǎng)速度均較為緩慢，且各強(qiáng)度等級(jí)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(shí)，從曲線圖可以看出，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)齡期內(nèi)，在任意絕熱溫升檢測(cè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)上，均有混凝土強(qiáng)度等級(jí)越高，其絕熱溫升值越大的關(guān)系，且8天齡期內(nèi)，隨著齡期的增長(zhǎng)，同一時(shí)間節(jié)點(diǎn)上不同強(qiáng)度混凝土試件絕熱溫升差值呈現(xiàn)變大趨勢(shì)，而在8天之后的齡期中，此差值隨著齡期的增長(zhǎng)表現(xiàn)出趨于穩(wěn)定的現(xiàn)象。取3天齡期時(shí)間節(jié)點(diǎn)，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(shí)間節(jié)點(diǎn)上，相應(yīng)的絕熱溫升差值為3.7℃和7.5℃，可以看出，在養(yǎng)護(hù)齡期的任意時(shí)間節(jié)點(diǎn)上，同樣強(qiáng)度級(jí)差的混凝土試件的絕熱溫升差值，在強(qiáng)度等級(jí)較高區(qū)域的差值呈現(xiàn)出數(shù)值更大的規(guī)律。

3.構(gòu)建水膠比與混凝土溫控措施的響應(yīng)機(jī)制

在前述試驗(yàn)分析的基礎(chǔ)上，可以看出，保持混凝土大小石子級(jí)配不變，通過(guò)砂率調(diào)整水膠比，水膠比越大，則混凝土強(qiáng)度等級(jí)越低，而混凝土強(qiáng)度越低，在任一時(shí)間節(jié)點(diǎn)上，其絕熱溫升值越小，絕熱溫升發(fā)展趨勢(shì)符合上述曲線圖。同時(shí)，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(shì)可以類比絕熱溫升曲線。當(dāng)水膠比越大，則在大致8天養(yǎng)護(hù)齡期內(nèi)，混凝土溫度增長(zhǎng)速度越快，大致呈現(xiàn)線性增長(zhǎng)，且澆筑的初始溫度值也較高，8天過(guò)后混凝土溫度逐漸趨于一個(gè)比較穩(wěn)定的數(shù)值，水膠比越大混凝土的這個(gè)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(duì)混凝土溫控措施的影響

基于上述試驗(yàn)分析，從水膠比的角度出發(fā)，對(duì)28天養(yǎng)護(hù)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(guān)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(yù)冷措施，比如骨料預(yù)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(zhǎng)速度越快，溫度絕對(duì)值也越高，這個(gè)時(shí)間段內(nèi)是混凝土內(nèi)部水化熱反應(yīng)和溫升最劇烈的階段，此階段對(duì)混凝土整體性和耐久性影響比較顯著，需要采取及時(shí)有效的溫控措施，比如控制混凝土澆筑間歇期、分層厚度，預(yù)埋冷卻水管等，在8天之后的齡期中，各水膠比對(duì)應(yīng)的混凝土溫升逐漸趨于穩(wěn)定，達(dá)到溫升峰值，且水膠比越大，峰值越高，在這個(gè)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(yīng)力比較顯著，較為容易產(chǎn)生溫度裂縫，則此階段需要對(duì)混凝土采取養(yǎng)護(hù)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(yīng)機(jī)制，及時(shí)的采取有效的溫控措施，緩解混凝土的溫度效應(yīng)，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(gòu)的可靠性。

參考文獻(xiàn)：

[1]袁繼峰，王衛(wèi)，陸永濤.水膠比和再生粗骨料取代率對(duì)再生混凝土強(qiáng)度影響的試驗(yàn)研究[J].重慶建筑，2014（10）：53-55.

[2]劉志杰，張栓齊，余春榮，等.混凝土強(qiáng)度、粉煤灰摻量和水膠比關(guān)系探究與應(yīng)用[J].混凝土，2015（9）：151-155.

[3]張良，陳東風(fēng).淺論大體積混凝土溫控綜合措施[J].治淮，2017（1）：29-31.

[4]汪冬冬，王成啟，谷坤鵬.不同膠凝材料混凝土絕熱溫升試驗(yàn)[J].水運(yùn)工程，2009（10）：10-13.