柯國炬，王志剛，田波，王樹軍（.交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究所，北京　00088；.共玉高速C7段施工項(xiàng)目指揮部，青海 瑪多　8500；.張家口市三洋路橋工程有限公司，江蘇 張家口　075000）

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高原型低熱外加劑在共玉高速中的應(yīng)用研究

柯國炬1，王志剛2，田波1，王樹軍3
（1.交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究所，北京100088；2.共玉高速C7段施工項(xiàng)目指揮部，青海 瑪多813500；3.張家口市三洋路橋工程有限公司，江蘇 張家口075000）

研究了海拔條件對外加劑引氣性能的影響，開發(fā)了高原型低熱外加劑，并進(jìn)行了示范應(yīng)用，結(jié)果表明：高海拔條件下，大氣壓降低，引氣作用效果變差，混凝土的含氣量降低，需要針對性的開發(fā)高原型混凝土外加劑。高原型低熱外加劑在0.02%的摻量下，混凝土用水量減少15 kg/m3，和易性得到了改善，28 d抗壓強(qiáng)度提高12%，絕熱溫升降低10%以上。

低氣壓；含氣量；高原型低熱外加劑；工作性；放熱量；強(qiáng)度

0　前言

目前對常規(guī)外加劑的研究和使用大多已經(jīng)較為成熟。但是，大體積混凝土與常規(guī)混凝土相比，有自己的特殊性，摻入大體積混凝土中的外加劑除了應(yīng)滿足和普通混凝土相同的如工作性、強(qiáng)度等的要求外，還應(yīng)該盡量滿足大體積混凝土的特殊要求，尤其是對于溫度裂縫應(yīng)該有一定的抑制作用［1-4］。對應(yīng)用于大體積混凝土中的外加劑，應(yīng)該有針對性的對其作用原理進(jìn)行研究，從而最大限度地發(fā)揮其優(yōu)勢。

提倡采用引氣劑降低大體積混凝土的水化熱和絕熱溫升，其原理是引氣劑氣泡均勻，在含氣量較低（4%～6%）的情況下對混凝土強(qiáng)度影響小，但是會降低單方混凝土的膠材用量，減小水化熱。通過引氣劑的減水作用降低水灰比可以進(jìn)一步改善引氣混凝土的強(qiáng)度。但是高原條件下引氣劑的引氣性能發(fā)生改變，必須進(jìn)行針對性的研究，開發(fā)適合高海拔條件下的混凝土低熱外加劑。

1　試驗(yàn)

1.1原材料

水泥：金隅牌P·O42.5水泥，7 d和28 d抗折強(qiáng)度分別為4.6、7.4 MPa，抗壓強(qiáng)度分別為27.4、60.1 MPa；石：5～25 mm連續(xù)級配石灰?guī)r碎石；砂：東田陽河砂，細(xì)度模數(shù)2.71，含泥量1.2%；引氣劑：SD-1，沈陽盛達(dá)，混凝土含氣量3～5%時(shí)，引氣劑摻量為水泥用量的0.01%～0.03%；高原型高性能低熱外加劑：自制，主要組分為復(fù)合型引氣劑，減水率為8%；聚羧酸減水劑：Sika3301C，減水率25%，西卡天津分廠。

1.2試驗(yàn)方法

混凝土水化放熱試驗(yàn)：采用ToniCAL7336型混凝土水化放熱溫升儀（如圖1所示），通過電腦控制熱流計(jì)量器測量混凝土硬化過程中的水化放熱，同時(shí)通過PT-100溫度傳感器測量混凝土水化過程中試件中心的溫升。最后測得簡稱熱峰時(shí)間的放熱速率峰值出現(xiàn)時(shí)間、簡稱溫峰時(shí)間的溫度峰值出現(xiàn)時(shí)間、簡稱熱峰值的放熱速率峰值以及簡稱最大溫升的溫度升高最大值。試驗(yàn)桶為特制鋼桶，直徑和高度分別為150 mm和300 mm，試驗(yàn)時(shí)將其放入上部的試驗(yàn)箱內(nèi)。本儀器可以選擇不同的試驗(yàn)溫度，結(jié)合工程實(shí)際及規(guī)范要求，本次試驗(yàn)溫度為25℃。

圖1　ToniCAL7336整機(jī)及內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意

將控制好溫度的混凝土拌合物裝入試驗(yàn)桶，然后置入試驗(yàn)儀器中，設(shè)置好溫度傳感器，開始試驗(yàn)。混凝土放熱及中心溫升數(shù)據(jù)通過電腦終端實(shí)時(shí)顯示，試驗(yàn)的持續(xù)時(shí)間為24 h。開展溫升測量試驗(yàn)的同時(shí)成型3組100 mm×100 mm×100 mm立方體試件，1 d后拆模，放入標(biāo)準(zhǔn)混凝土養(yǎng)護(hù)室內(nèi)養(yǎng)護(hù)，7 d、28 d后分別測試抗壓強(qiáng)度。

混凝土含氣量和坍落度按GB/T 50080—2002《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行測試，抗壓強(qiáng)度按照GB/T 50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行測試。

2　試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1海拔條件對引氣劑引氣性能的影響

大氣壓與海拔高度之間關(guān)系如圖2所示。試驗(yàn)設(shè)定氣壓值分別為101、80、60、50 kPa，代表海拔高度分別為0、1960、4230、5605 m。共玉高速C7段，海拔4200 m左右，海拔高、氣壓低，結(jié)合引氣劑降低混凝土水化熱的思路和原理，尋找適合高原、不影響混凝土強(qiáng)度、性價(jià)比高的低熱外加劑對提高大體積混凝土施工質(zhì)量至關(guān)重要。表1為3組不同坍落度、初始含氣量相近的基準(zhǔn)混凝土配合比及性能。

圖2　大氣壓與海拔高度的關(guān)系

表1　基準(zhǔn)混凝土配合比及性能

在表1混凝土配合比的基礎(chǔ)上，分別摻加0.03%、0.02%、0.01%的SD-1引氣劑來調(diào)節(jié)混凝土的初始含氣量，然后測試不同拌合氣壓下混凝土的含氣量，結(jié)果見圖3。

圖3　大氣壓對混凝土含氣量的影響

由圖3可知，隨攪拌氣壓降低，較于101kPa的常壓情況，引氣劑在混凝土中的引氣能力降低。在初始含氣量接近的條件下，混凝土坍落度越大，其含氣量隨攪拌氣壓降低而減少的速率越慢；對除引氣劑摻量不同其它配比組分均相同的新拌混凝土，初始含氣量越大，隨攪拌氣壓降低，含氣量減小速率越快。2.2低壓條件下低熱外加劑對混凝土性能的影響2.2.1試驗(yàn)混凝土配合比（見表2）

表2　試驗(yàn)混凝土配合比及含氣量

2.2.2對混凝土熱性能的影響分析

混凝土試樣的熱峰時(shí)間、溫峰時(shí)間、熱峰值、最大溫升如表3所示。

表3　混凝土的熱性能

由表3可知，摻入低熱外加劑既可以延遲混凝土的熱峰時(shí)間和溫峰時(shí)間，又可以降低混凝土的熱峰值和最大溫升，且低熱外加劑摻量越大（也就是含氣量越高），效果越明顯；由A5和A3的對比可知，在含氣量相當(dāng)?shù)那闆r下，減小水灰比對混凝土熱性能的影響較小。

2.2.3對混凝土抗壓強(qiáng)度的影響分析

摻低熱外加劑對混凝土7 d和28 d抗壓強(qiáng)度的影響如圖4所示。

由圖4可知，摻入低熱外加劑會降低混凝土的抗壓強(qiáng)度，且摻量越大混凝土抗壓強(qiáng)度下降越明顯，28 d抗壓強(qiáng)度比7 d的下降更多，A4配合比的混凝土比基準(zhǔn)混凝土A1的28 d強(qiáng)度下降近20%；對比A3和A5可知，在含氣量相當(dāng)?shù)那闆r下，減小水灰比可以提高混凝土的強(qiáng)度，A5的28 d抗壓強(qiáng)度比A3的增大了9%，達(dá)到基準(zhǔn)混凝土A1的96%。

圖4　摻低熱外加劑混凝土的抗壓強(qiáng)度

2.3低熱外加劑應(yīng)用及性能評價(jià)

共玉高速起點(diǎn)在海南藏族自治州共和縣恰卜恰鎮(zhèn)，終點(diǎn)位于玉樹藏族自治州玉樹縣結(jié)古鎮(zhèn)，全長約630 km。C7標(biāo)位于交通運(yùn)輸部青海凍土研究所，距瑪多50 km，海拔4250 m。結(jié)合海拔高度優(yōu)選引氣劑，開發(fā)高原型低熱混凝土外加劑，開展了其在共玉高速C7標(biāo)上的試驗(yàn)應(yīng)用?；炷猎囼?yàn)配比及物理性能如表4所示。

表4　室外試驗(yàn)混凝土墩配比及相關(guān)性能

試驗(yàn)墩中間埋置鋼筋，從下到上每隔0.5 m綁扎1個(gè)溫度傳感器，連接至外部數(shù)據(jù)采集儀，每間隔15 min采集1次數(shù)據(jù)，連續(xù)采集5 d，得到結(jié)構(gòu)物內(nèi)部不同部位的溫度發(fā)展趨線。M組低熱混凝土和N組常規(guī)混凝土的內(nèi)部溫升曲線分別見圖5和圖6，混凝土外觀分別見圖7和圖8。

圖5　M組低熱混凝土的內(nèi)部溫升曲線

從表4和圖5～圖8可以看出：在高原型低熱外加劑摻量為0.02%時(shí)，混凝土用水量減少了15 kg/m3，現(xiàn)場混凝土的和易性得到了改善，28 d抗壓強(qiáng)度提高了12%；未摻高原型低熱外加劑的混凝土發(fā)澀不夠飽滿，摻高原型低熱外加劑的混

圖6　N組常規(guī)混凝土的內(nèi)部溫升曲線

圖7　M組低熱混凝土的外觀

凝土飽滿、柔軟，無論是可泵性還是振搗穩(wěn)定性均更好；并且溫度傳感器的測溫?cái)?shù)據(jù)也表明，絕熱溫升降低10%以上。摻入高原型低熱外加劑不但改善了混凝土的和易性，還大大降低了混凝土的水化熱。

圖8　N組常規(guī)新拌混凝土的外觀

3　結(jié)論

（1）隨著攪拌氣壓的降低，相較于常壓（101 kPa）情況，低熱外加劑的引氣能力受到了不同程度的削弱，隨著攪拌氣壓降低而減弱的趨勢為：初始含氣量接近的條件下，混凝土的坍落度越大，其含氣量隨著攪拌氣壓降低而減小的速率越慢；對除引氣劑摻量不同其它配比組分均相同的新拌混凝土，初始含氣量越大，隨著攪拌氣壓降低，含氣量減小的速率越快。

（2）高原型低熱外加劑摻量為0.02%時(shí)，混凝土用水量減少了15 kg/m3，和易性得到改善，強(qiáng)度提高。未摻高原型低熱外加劑的混凝土發(fā)澀不夠飽滿，摻高原型低熱外加劑的混凝土飽滿、柔軟，而且無論是可泵性還是振搗穩(wěn)定性更好。并且溫度傳感器的測溫?cái)?shù)據(jù)也表明，絕熱溫升大幅度降低。高原型低熱外加劑不但改善了混凝土的和易性，還大大降低了混凝土的水化熱。

［1］吳中偉.補(bǔ)償收縮混凝土［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1979.

［2］朱伯芳.大體積混凝土溫度應(yīng)力與溫度控制［M］.北京：中國電力出版社，1999.

［3］蔣滄如.高層建筑基礎(chǔ)大體積混凝土的溫度與溫度裂縫研究［D］.武漢：武漢理工大學(xué)，2004.

［4］劉曉龍，柯國炬，田波.相變材料在大體積混凝土中應(yīng)用的研究現(xiàn)狀［J］.新型建筑材料，2015（5）：29-33.

The application of plateau type low thermal admixture on the Gong Yu highway

KE Guoju1，WANG Zhigang2，TIAN Bo1，WANG Shujun3
（1.Research Institute of Highway Ministry of Communication，Beijing 100088，China；2.Gong Yu Highway C7 Segment Construction Project Headquarters，Madoi 813500，China；3.Zhangjiakou Sanyang Road&Bridge Engineering Co.Ltd.，Zhangjiakou 075000，China）

The effect of altitude on the performance of air-entraining admixture is studied，developed the plateau type low thermal admixture，and conducted a demonstration application，results showed：high altitude，atmospheric pressure decreases，entraining effects become poor，concrete air content decreases，it requires targeted development of plateau concrete admixtures.With 0.02% plateau type low thermal admixture，water consumption reduced by 15 kg/m3，the concrete workability was improved，28 d strength increased by 12%，and the adiabatic temperature rise reduced by more than 10%.

low air pressure，air content，plateau type low thermal admixture，work-ability，heat release，strength

TU528.042

A

1001-702X（2016）06-0050-03

交通運(yùn)輸部科技資助項(xiàng)目（21023187910）；內(nèi)蒙古自治區(qū)交通運(yùn)輸廳建設(shè)科技項(xiàng)目（NJ-2013-31）

2015-11-15；

2015-12-26

柯國炬，男，1983年生，湖北鄂州人，助理研究員，研究方向：公路工程水泥混凝土。地址：北京市海淀區(qū)西土城路8號，E-mail：keguoju@163.com。