吳耿富 梁樹(shù)榮

（1 廣州盈筑混凝土有限公司；2 廣東城聯(lián)中建混凝土有限公司）

0 引言

百年大計(jì)，質(zhì)量為本。廣州市地鐵工程建設(shè)設(shè)計(jì)使用年限為百年工程，必然要求其混凝土要具有良好的耐久性能。而影響混凝土耐久性的因素有碳化、侵蝕性化學(xué)、凍融、堿集料反應(yīng)等多種因素，廣州地鐵位于濱海沉積的土層種，所以對(duì)混凝土的最大危害因素是化學(xué)侵蝕和鋼筋銹蝕?；瘜W(xué)侵蝕主要是由空氣或水中的CO2分子、地下水和海水中的SO42-以及某些工業(yè)廢水中的H+滲透進(jìn)入到混凝土內(nèi)部并發(fā)生化學(xué)反應(yīng)所引起的，鋼筋銹蝕主要是地下水CL-1離子超標(biāo)且與CL-1離子的滲透遷移有關(guān)，兩者均與混凝土的密實(shí)性直接相關(guān)。如果混凝土自身密實(shí)性較好（即滲透系數(shù)較低），則外界的有害化學(xué)物質(zhì)難以滲透到混凝土內(nèi)部。混凝土耐久性與其滲透系數(shù)有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。因此要提高混凝土的耐久性能必然要提高混凝土的抗?jié)B性能。而混凝土不開(kāi)裂是保證混凝土抗?jié)B性能的最基本條件。在廣州，夏季溫度很高，常常容易產(chǎn)生溫度裂縫；對(duì)于溫度裂縫要從原材料、混凝土配合比、施工、養(yǎng)護(hù)多方面控制。而在高溫天氣里施工，控制混凝土的入模溫度是減少混凝土熱裂縫的必要措施，而用加冰進(jìn)行混凝土控溫是比較直接、有效的措施。鑒于廣州夏季氣溫較高的特點(diǎn)，因此如何科學(xué)合理地進(jìn)行溫度控制來(lái)保證混凝土入模溫度是技術(shù)工作的重點(diǎn)，本文根據(jù)廣州地鐵工程混凝土加冰實(shí)例結(jié)合有關(guān)理論進(jìn)行計(jì)算、分析，總結(jié)出混凝土的溫控經(jīng)驗(yàn)，可以較好地解決混凝土的溫控問(wèn)題。具體計(jì)算分析、如下：

1 計(jì)算基準(zhǔn)

混凝土配合比以廣州地鐵常用的混凝土等級(jí)為例，假設(shè)混凝土配合比如表1（干燥基，單位為kg/m3，并忽略外加劑對(duì)溫度的影響）。

表1 混凝土配合比

⑴混凝土溫度計(jì)算按公式⑴

式中：

Mc、Cc、Tc——分別是水泥用量（kg/m3），比熱（kJ/kg.℃）和溫度（℃）。

Mf、Cf、Tf——分別是粉煤灰用量（kg/m3），比熱（kJ/kg.℃）和溫度（℃）。

Ms、Cs、Ts—— 分別是砂用量（kg/m3），比熱（kJ/kg.℃）和溫度（℃）。

Mg、Cg、Tg——分別是石用量（kg/m3），比熱（kJ/kg.℃）和溫度（℃）。

Mw、Cw、Tw——分別是水用量（kg/m3），比熱（kJ/kg.℃）和溫度（℃）。

⑵基本參數(shù)設(shè)定

氣溫Ta=30℃，水泥溫度Tc=90℃，粉煤灰Tf=40℃,水溫Tw=28℃，砂、石的溫度等于水溫，即Ts=Tg=Tw=28℃；且Cc=Cs=Cg= 0.90，Cf= 0.90，Cw= 4.2（參照GB50204-2015《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》）。要求混凝土運(yùn)到工地后的溫度低于32℃，考慮混凝土在運(yùn)輸過(guò)程的溫升，混凝土出工前應(yīng)控制在29℃以下。

2 混凝土拌合物溫度

混凝土拌合物溫度（攪拌后的出機(jī)溫度）計(jì)算過(guò)程如下：

3 氣溫與混凝土溫度的關(guān)系

假設(shè)水泥與粉煤灰的溫度不變，水溫始終比氣溫低2℃，而砂、石經(jīng)自來(lái)水沖洗而與水溫相同，按上述公式可推出混凝土溫度與氣溫的關(guān)系公式：

即：Th= 8.6 +0.87Ta⑵

據(jù)此，可算出不同氣溫下的混凝土溫度，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 不同氣溫下的混凝土溫度

4 原材料溫度變化對(duì)混凝土溫度的影響

⑴水泥溫度降低10℃（△Tc= 10℃）時(shí)：

⑸氣溫降低10℃（△Ta= 10℃）時(shí)，假設(shè)不、砂和石的溫度也同步降低10℃，則混凝土溫度變化：

綜上述，水泥、砂、碎石、水、氣溫每降低10℃，混凝土溫度分別降低1℃、2.5℃、3℃、3℃和8.7℃。

5 混凝土溫度降低1℃所需冰量（理論用冰量）

⑴當(dāng)△Th= 1℃時(shí)，需吸熱量

6 在配送及等候施工期間對(duì)混凝土溫度的影響

⑴當(dāng)不考慮攪拌車內(nèi)磨擦及水泥水化反應(yīng)所引起混凝土的升溫，僅從熱傳導(dǎo)的角度出發(fā)，理論上混凝土溫度在運(yùn)輸途中的溫度變化可用下公式計(jì)算：

式中：

T2——混凝土運(yùn)輸后的溫度（℃）；

T1——混凝土的出機(jī)溫度（℃）；

t1——運(yùn)輸及等候時(shí)間（h）；

n——混凝土轉(zhuǎn)運(yùn)的次數(shù)，一般以1次計(jì)算；

Ta——運(yùn)輸時(shí)的氣溫（℃）；

a——溫度損失系數(shù)（h－1）,當(dāng)以攪拌車運(yùn)輸時(shí)a=0.25。

⑵若氣溫以30℃、運(yùn)輸及等候時(shí)間按1 小時(shí)計(jì)算，根據(jù)前述計(jì)算結(jié)果，可求得經(jīng)運(yùn)輸后的混凝土溫度：

T2 = 34.7－(0.25 × 1 + 0.032 × 1) ×(34.7－30)

= 33.4℃

ΔTh=T2－T1 = 34.7－33.4 = 1.3℃

從此公式可知，不考慮混凝土磨擦及化學(xué)反應(yīng)時(shí)，當(dāng)混凝土溫度高于氣溫時(shí)，混凝土在運(yùn)輸途中是降溫過(guò)程；反之，若混凝土溫度比氣溫低（如加冰混凝土）則是升溫過(guò)程。但是當(dāng)溫差不大時(shí)，升降溫的幅度都不大（溫差1℃，才升降溫0.282℃）.

⑶而在混凝土生產(chǎn)配送時(shí)要考慮的因素要復(fù)雜的多，混凝土在攪拌車運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中，除了與大氣的熱傳遞以外，混凝土與車鼓的磨擦、混凝土自身的磨擦及水泥的水化反應(yīng)都將使混凝土的溫度升高，混凝土的實(shí)際溫升是熱傳遞、磨擦以及水化熱的綜合結(jié)果。熱傳遞使混凝土溫度可能升高也可能降低，而磨擦和水化熱則必然導(dǎo)致升溫。根據(jù)實(shí)測(cè)，混凝土經(jīng)過(guò)1 小時(shí)運(yùn)輸后一般溫度略升高2～3℃，30分鐘約升溫1℃左右。根據(jù)上述理論，可以科學(xué)、合理地根據(jù)施工當(dāng)天氣溫及原材料溫度情況計(jì)算所需用冰量并有針對(duì)地采取溫控措施（單獨(dú)一種或同時(shí)采用多種措施）使混凝土的入模溫度控制在30℃以下，控制措施見(jiàn)表3。

表3 入模溫度控制措施

7 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)以上理論我司用Excel 工作表編制混凝土溫度計(jì)算表，當(dāng)需要添加冰塊時(shí)只要提供原材料的溫度、氣溫及需要控制的混凝土溫度，就可以快速地計(jì)算出需要添加混凝土冰塊用量，較好地解決了混凝土的溫控問(wèn)題。我司在2022 年夏季起在廣州地鐵廣州東站至花都天貴城際軌道交通工程中使用該溫控理論，相信能較低好地解決了混凝土的溫控問(wèn)題，收到了較好的經(jīng)濟(jì)效益。