溫度對(duì)混凝土性能的影響分析

溫度對(duì)混凝土性能的影響分析

1混凝土溫度水化熱隨著預(yù)制混凝土技術(shù)的快速發(fā)展，人們對(duì)土木工程的日益重視，越來越多的項(xiàng)目要求控制混凝土的入模溫度，降低混凝土的最高峰，減少裂縫?？刂苹炷恋娜肽囟仁枪こ躺嫌糜诮档突炷翜囟葢?yīng)力、減少溫差裂縫的重要手段。所以,在解決預(yù)拌混凝土溫度裂縫的問題時(shí),要抓住其“六大一小”的特點(diǎn),對(duì)原材料及配合比進(jìn)行分析,提出降低入模溫度和水化熱的方法。盡管國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)混凝土原材料水化熱問題進(jìn)行了大量研究,但對(duì)預(yù)拌混凝土澆注前控制材料的溫度研究還比較欠缺,只是籠統(tǒng)地提出應(yīng)控制預(yù)拌混凝土的入模溫度。本文在分析混凝土配合比時(shí),考慮了原材料的比熱容不同,分析各種原材料的不同溫度對(duì)混凝土溫升的影響,并在此基礎(chǔ)上,對(duì)預(yù)拌混凝土入模溫度控制進(jìn)行研究。2原材料對(duì)預(yù)混凝土加熱的影響(1)放熱速率選擇膠凝材料水化熱是導(dǎo)致混凝土工程熱裂縫或冷裂縫的主要根源。降低水化熱總量及延緩放熱速率是大體積、大面積預(yù)拌混凝土工程溫度控制的主要出發(fā)點(diǎn)。水泥應(yīng)選用水化熱低且凝結(jié)時(shí)間長(zhǎng)的水泥,如低熱礦渣硅酸鹽水泥、中熱硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥等。當(dāng)采用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥時(shí),應(yīng)采取相應(yīng)措施,延緩水化熱的釋放。(2)材料在配比過程中,骨料宜采用連續(xù)級(jí)配。施工配合比中應(yīng)首先降低骨料溫度,這樣才能控制混凝土入模溫度和澆注溫度,防止溫度高而產(chǎn)生裂縫。(3)混凝土用水泥預(yù)拌混凝土在保證混凝土強(qiáng)度及坍落度要求的前提下,應(yīng)提高摻合料的含量,以降低每立方米混凝土的水泥用量。除了采用中低熱水泥和緩凝型高效減水劑來降低水化熱之外,在混凝土中摻入粉煤灰,取代部分水泥將會(huì)解決混凝土的干縮裂縫和水化熱的問題。因?yàn)樵谒嘀袚饺敕勖夯业攘咳〈嘤昧亢?降低了膠凝體中C3S和C3A的含量,也就降低了水泥水化熱的釋放率。(4)降低水泥用量采用高效緩凝減水劑和粉煤灰雙摻技術(shù)可大大降低水泥用量。通常情況下,高效減水劑不影響混凝土中水泥或火山灰質(zhì)材料的總水化熱,但可能改變?cè)缙诜艧崴俾省?原材料技術(shù)要求由于大氣溫度對(duì)預(yù)拌混凝土的溫度裂縫的產(chǎn)生有很大影響,不同季節(jié)施工的工程中,原材料技術(shù)要求應(yīng)與常溫澆注混凝土基本相同。因此,要通過對(duì)水泥、水、骨料等原材料的溫度進(jìn)行有效的控制,使不同環(huán)境中的混凝土入模溫度均不超過施工所要求的控制溫度(28℃)。(1)混凝土摻加劑tq在混凝土配合比、運(yùn)輸條件、等候時(shí)間及轉(zhuǎn)運(yùn)次數(shù)既定的情況下,可根據(jù)下式計(jì)算拌和溫度:Tb=Tj-(Tq-Tc)(A1+A2+A3+…+An)(1)式中:Tb為混凝土拌和溫度(℃);Tj為混凝土的澆注溫度(℃);Tq為室外大氣平均溫度(℃);Tc為水泥的溫度(℃);A1、A2、…、An為混凝土溫度損失系數(shù),其值按下列情況考慮:①混凝土裝、卸、轉(zhuǎn)運(yùn),每次A=0.032;②混凝土運(yùn)輸時(shí)A=PT,T為運(yùn)輸時(shí)間取60min,采用攪拌運(yùn)輸車P=0.0042。通過式(1)計(jì)算可得到在滿足入模溫度為28℃時(shí)要求的混凝土拌和溫度(表1)。由表1可以看出,大氣溫度的變化會(huì)影響整個(gè)溫控過程,當(dāng)大氣溫度每變化±1℃,混凝土的拌和溫度在滿足入模溫度不超過28℃條件下,最高拌和溫度變化為±0.5～±0.7℃。大氣溫度越高,拌和溫度越低而與大氣溫度差越大,最高相差17℃。對(duì)于不同原材料溫度組合的混凝土拌和溫度,其所能適應(yīng)的最高環(huán)境溫度可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行計(jì)算得出,以低于臨界值為益。(2)原材料的影響程度計(jì)算對(duì)表2中的配比進(jìn)行分析,各種原材料的比熱容分別為:cs(砂)=0.84[kJ/(K·kg)],cc(水泥)=0.84[kJ/(K·kg)],cg(石)=0.84[kJ/(K·kg)],cf(粉煤灰)=0.73[kJ/(K·kg)],cw(水)=4.2[kJ/(K·kg)]。根據(jù)表2和式(2):式中:cs、cg、cc、cf、cw分別為砂、石、水泥、粉煤灰和水的比熱[J/(kg·℃)];ms、mg、mc、mf、mw分別為混凝土中砂、石、水泥、粉煤灰和水的用量(kg/m3);Ts、Tg、Tc、Tf、Tw分別為砂、石、水泥、粉煤灰和水的溫度(℃)?？傻贸鏊鄿囟茸兓瘜?duì)混凝土溫度的影響:參照以上計(jì)算方法,可求得各種原材料每變化10℃(單獨(dú)變化),對(duì)混凝土拌和物溫度的影響,其值見表3。從表3可以看出,在這兩組配比中,砂、碎石和水的溫度變化對(duì)拌和物溫度影響基本相同。FA40組與FA25組相比,水泥對(duì)拌和物溫度的影響減弱,粉煤灰則增強(qiáng);由于水泥的比熱比粉煤灰的大,且水泥的摻量也大,綜合比較,在相同環(huán)境條件下,FA40的拌和物溫度是略低于FA25的拌和物溫度。從表2可以看出,雖然水的比熱較大,但它占混凝土的總質(zhì)量只有6.87%左右;砂石的比熱雖然比較小,但占混凝土的總質(zhì)量達(dá)到89%左右,所以砂石骨料溫度的降低對(duì)降低整個(gè)混凝土溫度影響很大。另一方面,石子降低1℃所散失的熱量最大,按照原材料對(duì)拌和物溫度影響的大小,排序?yàn)?碎石溫度>水溫>砂溫度>水泥溫度>粉煤灰溫度。從原材料及大氣溫度對(duì)混凝土溫度影響程度從大到小排序來看,在原材料方面,粗骨料、細(xì)骨料是首先應(yīng)控制的對(duì)象。規(guī)范中規(guī)定骨料溫度不宜大于28℃,水泥進(jìn)廠溫度不宜大于60℃。生產(chǎn)用水一般采用地下水,水溫在15～18℃之間隨氣溫而變化。在確定各原材料溫度的控制點(diǎn)時(shí),根據(jù)上述計(jì)算,FA25要使預(yù)拌混凝土溫度變化±1℃,水泥等膠凝材料要變化±11℃,集料溫度要變化±3℃;FA40預(yù)拌混凝土溫度變化±1℃,水泥等膠凝材料要變化±14℃,集料溫度要變化±3℃?？紤]原材料溫度的可控性,以此來確定各原材料的控制指標(biāo)點(diǎn)。以入模溫度28℃為計(jì)算點(diǎn),其拌和物溫度和大氣溫度的計(jì)算值見表4、5。從表4、5可以看出,在膠凝材料溫度相同條件下,隨著骨料溫度的減少,拌和溫度降低,而最高大氣溫度增加;在骨料溫度相同條件下,隨著膠凝材料的溫度降低,拌和溫度降低,而最高大氣溫度增加。綜上所述,在環(huán)境溫度條件為35℃以下時(shí),為保證預(yù)拌混凝土出機(jī)溫度和入模溫度滿足預(yù)拌混凝土的工程要求,粗骨料溫度宜控制在25℃以下,水泥使用溫度宜控制在49℃之下。(3)混凝土預(yù)熱充放電溫升混凝土的熱量,是由水泥的水化過程放熱所致,因而水泥品種和用量不同,混合材料品種及用量不同,絕熱溫升也是不同的。根據(jù)文獻(xiàn),計(jì)算以上兩組預(yù)拌混凝土的絕熱溫升值如圖1所示。從圖1可以看出,兩組預(yù)拌混凝土在開始很短的一段時(shí)間內(nèi)都有一個(gè)水化反應(yīng)劇烈的時(shí)期,溫度明顯增長(zhǎng),然后增長(zhǎng)緩慢,兩組的溫差也逐漸縮小。一般來說,混凝土絕熱溫升隨著水泥用量增加而呈直線上升。同時(shí),混凝土摻加混合材料對(duì)絕熱溫升影響顯著,特別是摻加粉煤灰對(duì)減少水泥水化時(shí)的放熱量,控制混凝土的內(nèi)外溫差,降低絕熱溫升效果顯著。另外,混凝土澆注溫度(初始溫度)對(duì)混凝土絕熱溫升增長(zhǎng)速率也有影響,初始溫度越高,混凝土早期溫升速率越快。4施工初期的溫度控制措施(1)儲(chǔ)料罐和罐的溫度為了降低混凝土的拌和物溫度,最有效的方法是降低原材料溫度。控制拌和物溫度主要有以下措施:①宜中溫的季節(jié)澆注混凝土;②提高骨料堆放高度;③在氣溫較高時(shí),為了防止太陽(yáng)直射,在砂石堆場(chǎng)搭設(shè)遮陽(yáng)棚,或用濕麻袋覆蓋;④攪拌前,先用冷水沖洗粗骨料,然后在儲(chǔ)料倉(cāng)進(jìn)行通冷風(fēng)冷卻;⑤采用專用罐運(yùn)輸水泥、粉煤灰時(shí),其入罐溫度控制在46℃以下,否則儲(chǔ)料罐中原材料的溫度還會(huì)繼續(xù)增升,將會(huì)直接影響拌和樓出機(jī)口混凝土的溫度;⑥通常,若將罐裝汽車停放在防曬棚內(nèi)1～2d,溫度可下降至30～45℃;⑦冷卻攪拌運(yùn)輸車罐體、泵送管道也是必要的措施。(2)混凝土澆筑溫度我國(guó)《水工混凝土施工規(guī)范》(SDJ207-82)和《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》(GB50204-92)中規(guī)定:高溫季節(jié)施工時(shí),混凝土最高澆筑溫度,不得超過28℃?？刂茲仓囟戎饕幸韵麓胧?①減少混凝土從拌和好到澆注完畢中間的間隔時(shí)間,減少中間轉(zhuǎn)運(yùn)次數(shù);②在混凝土輸送管上用濕草袋覆蓋,防止太陽(yáng)直射;③采用加大混凝土澆筑強(qiáng)度、倉(cāng)面保冷等方法減少澆筑過程中的溫度回升;④對(duì)于大體積工程還可以預(yù)埋冷卻水管,用循環(huán)水進(jìn)行人工導(dǎo)熱,以降低混凝土內(nèi)部的溫度。5原材料的配合比對(duì)混凝土tp水溫度的影響對(duì)于預(yù)拌混凝土工程,早期出現(xiàn)裂縫的主要原因是拌和物溫度高和水泥水化熱大,其混凝土材料本身的特性是影響溫度裂縫的重要因素。本文在國(guó)內(nèi)外學(xué)者相關(guān)研究的基礎(chǔ)上,基于預(yù)拌混凝土配合比對(duì)入模溫度控制的分析與研究,得到結(jié)論如下:(1)預(yù)拌混凝土中水泥、粉煤灰、砂、碎石和水溫度每變化10℃(單獨(dú)變化),混凝土拌和物溫度分別變化0.9、0.26、2.45、3.68和2.7℃;粉煤灰摻量變化時(shí),拌和物的溫度變化較小。(2)通過計(jì)算分析了在不同的配合比和氣溫條件下,混凝土的溫升情況,提出原材料拌和的控制溫度范圍。粗骨料溫度宜控制在25℃以下,水泥使用溫度宜