應(yīng)澤林，李淑紅

(1.紹興市水利局，浙江 紹興 312000；2.紹興市弘正水利工程質(zhì)量檢測(cè)有限公司，浙江 紹興 312000)

混凝土是多相復(fù)雜的組合脆性材料,抗拉強(qiáng)度低,極限拉伸變形小,當(dāng)混凝土塊體溫度變化產(chǎn)生的拉應(yīng)力大于混凝土抗拉強(qiáng)度或拉應(yīng)變超過混凝土的極限拉應(yīng)變時(shí),混凝土就會(huì)出現(xiàn)裂縫。溫度裂縫不僅會(huì)影響結(jié)構(gòu)的使用功能，降低其強(qiáng)度，還會(huì)影響到混凝土的耐久性[1-3]。

在大體積混凝土結(jié)構(gòu)中,由于水泥水化放熱,混凝土的內(nèi)部溫度往往要升高10～50 ℃,最高溫度達(dá)到30～70 ℃[4-5]。大體積混凝土由于厚度大，水化熱消散越慢，造成大體積混凝土內(nèi)部溫度過髙，混凝土內(nèi)外溫差大，引起大體積混凝土裂縫[6-8]。

目前一般從兩個(gè)方面對(duì)大體積混凝土結(jié)構(gòu)的溫度與裂縫進(jìn)行控制：一是在實(shí)際施工時(shí)采取必要的生產(chǎn)組織及溫控措施，控制混凝土的絕熱溫升，控制內(nèi)外溫差和降溫速率等指標(biāo)，以減小由于溫度變化率過快帶來的溫度應(yīng)力；二是從原材料選擇和配合比設(shè)計(jì)優(yōu)化的角度降低混凝土自身放熱，減少收縮率，提高抗裂和抵抗變形的能力[9-11]。本文在混凝土中分別摻入抑制劑和氧化鎂，通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)分析這些添加劑對(duì)混凝土溫度變化造成的影響。

1 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)段布置

試驗(yàn)段整體為40 m×14 m×2 m長(zhǎng)方體，分為三個(gè)試驗(yàn)塊(7 m×6 m×2 m)，分別為近巖石區(qū)域(混凝土標(biāo)號(hào)為C9020W6F50)、挖掘機(jī)通行區(qū)域及靠近壩體氧化鎂、空白、抑制劑試驗(yàn)段的中央?yún)^(qū)域(見圖1)。

圖1 試驗(yàn)段區(qū)域劃分

選擇在靠近壩體中央的區(qū)域埋設(shè)溫度線及應(yīng)變計(jì)，布點(diǎn)位置以及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)點(diǎn)布設(shè)分別(見圖2)。其中A點(diǎn)中心位置布設(shè)橫、縱應(yīng)變計(jì)各一根，B點(diǎn)中心位置布設(shè)橫、縱應(yīng)變計(jì)各一根(與A點(diǎn)進(jìn)行應(yīng)變數(shù)據(jù)對(duì)比)，此外，在B、C、D、E四個(gè)點(diǎn)上(距上表面0.15 m處)、中(中心位置1 m處)、下(距底面0.15 m)位置各布設(shè)一根測(cè)溫線，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)混凝土內(nèi)部溫度。

圖2 溫度線及應(yīng)變計(jì)布點(diǎn)

2 試驗(yàn)過程控制

2.1 混凝土配合比

工程應(yīng)用混凝土試驗(yàn)配合比(見表1)(水泥176 kg/m3，水灰比0.6，砂43%，減水劑摻量為水泥用量的1.9%)，在混凝土拌合過程中，嚴(yán)格控制原材料及外加劑用量的準(zhǔn)確性。

表1 試驗(yàn)段及空白段混凝土配合比 kg/m3

備注：水泥——海螺PO42.5；粉煤灰——Ⅱ級(jí)，浙江天達(dá)環(huán)保股份有限公司樂清分公司；粗骨料——現(xiàn)場(chǎng)開采破碎；細(xì)骨料——現(xiàn)場(chǎng)開采粉磨制成；減水劑——HQ-3型高效緩凝減水劑，杭州奧飛建材科技有限公司；水化熱抑制劑、鎂質(zhì)抗裂劑——武漢三源特種建材有限責(zé)任公司。

2.2 混凝土生產(chǎn)

混凝土攪拌站位于大壩上方山腰處，每小時(shí)出混凝土量40 m3左右。嚴(yán)格控制外加劑投料準(zhǔn)確，為了減少投料過程中外加劑的損失，將外加劑與砂一起通過傳送帶輸送至攪拌機(jī)。此外，與拌合樓工作人員協(xié)調(diào)將原60 s攪拌時(shí)間更改為120 s，盡可能確保外加劑攪拌均勻。

2.3 混凝土澆筑

拌和后的混凝土由溜槽和傳送帶運(yùn)輸至相應(yīng)部位進(jìn)行澆筑，運(yùn)輸至相應(yīng)位置的混凝土通過挖掘機(jī)整平，后進(jìn)行人工振搗密實(shí)。此次試驗(yàn)采取連續(xù)澆筑的方式，按施工原有配合比及工序進(jìn)行施工。

2.4 混凝土養(yǎng)護(hù)

混凝土澆筑完后、初凝前進(jìn)行潮濕養(yǎng)護(hù)，終凝后進(jìn)行澆水養(yǎng)護(hù)，待混凝土到達(dá)溫峰后，覆蓋土工布進(jìn)行保溫養(yǎng)護(hù)。

3 溫升實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

3.1 水化熱抑制劑

測(cè)溫線預(yù)先埋設(shè)于相應(yīng)位置，埋設(shè)后確認(rèn)測(cè)溫線可以準(zhǔn)確讀數(shù)，溫度數(shù)據(jù)1 h采集一次?？紤]到中心點(diǎn)的溫度最具代表性，因此選擇B和D點(diǎn)中心位置、C和E點(diǎn)中心位置進(jìn)行溫度對(duì)比(見圖3)，溫度對(duì)比曲線(見圖4—5)，表2為數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果。

圖3 溫度和應(yīng)力計(jì)布置示意圖

圖4 空白段和抑制劑段中心溫度曲線對(duì)比(B和D)

圖5 空白段和抑制劑段中心溫度曲線對(duì)比(C和E)

表2 溫度數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì) ℃

綜上所述，標(biāo)號(hào)C15混凝土在冬季施工條件下，抑制劑段相對(duì)于空白段中心溫度降溫4.3 ℃和3.6 ℃，大大降低了產(chǎn)生溫度裂縫的可能性。

3.2 氧化鎂

空白段混凝土入模溫度為13.6 ℃，縱向應(yīng)變計(jì)4.0 d后混凝土中心達(dá)到峰值34.4 ℃，橫向應(yīng)變計(jì)4.0 d達(dá)到溫峰34.7 ℃，差別不大(見圖6)。橫向縱向應(yīng)變計(jì)均為23 d后降到室溫18.7 ℃穩(wěn)定，降溫速率平均約為0.8 ℃/d?？瞻锥位炷羷?cè)肽r(shí)處于塑性狀態(tài)應(yīng)變計(jì)自由變化波動(dòng)較大，14.4 h后混凝土開始硬化，應(yīng)變計(jì)開始穩(wěn)定計(jì)數(shù)，此時(shí)混凝土水化消耗大量水分，化學(xué)收縮產(chǎn)生自收縮，水灰比過大引起干燥收縮，應(yīng)變計(jì)呈下降趨勢(shì)，隨著內(nèi)部混凝土溫度升高，混凝土自身膨脹補(bǔ)償部分收縮，直至4 d后溫峰出現(xiàn)，此后混凝土溫度開始呈降低趨勢(shì)直至室溫(見圖7)。橫向應(yīng)變與縱向應(yīng)變相差不大，趨勢(shì)相近。

摻入氧化鎂混凝土入模溫度為9.0 ℃，縱向應(yīng)變計(jì)3.8 d后混凝土中心達(dá)到峰值24 ℃，橫向應(yīng)變計(jì)3.8 d達(dá)到溫峰24.8 ℃，差別不大(見圖8)。橫向縱向應(yīng)變計(jì)均為23 d后降到室溫16.9 ℃穩(wěn)定，降溫速率平均約為0.4 ℃/d。剛?cè)肽r(shí)混凝土處于塑性狀態(tài)應(yīng)變計(jì)自由變化波動(dòng)較大，由于入模溫度較低，19 h后混凝土開始硬化，應(yīng)變計(jì)開始穩(wěn)定計(jì)數(shù)，混凝土應(yīng)變初始呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，混凝土干縮與自收縮消耗部分膨脹能，但始終為正應(yīng)變，混凝土后期溫降收縮消耗一部分膨脹能，但混凝土始終處于穩(wěn)定微膨脹狀態(tài)，大大降低了開裂風(fēng)險(xiǎn)。橫向應(yīng)變與縱向應(yīng)變相差不大，趨勢(shì)相近(見圖8)。

圖6 空白段混凝土溫度曲線

圖7 空白段混凝土應(yīng)變曲線

圖8 MgO試驗(yàn)段混凝土溫度曲線

圖9 MgO試驗(yàn)混凝土應(yīng)變曲線

4 結(jié)論

(1)本次混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C15，水泥用量低，抑制劑試驗(yàn)段相對(duì)于空白段降溫4 ℃左右，抑制劑體現(xiàn)了較明顯的降溫效果。

(2)無論是空白段還是加入MgO試驗(yàn)段，混凝土內(nèi)部溫峰達(dá)到時(shí)間大致為澆筑后4 d左右，但是MgO試驗(yàn)段降溫速率為0.4 ℃/d，明顯低于空白段0.8 ℃/d。

(3)空白段混凝土中心部位產(chǎn)生了約-15～+20的微應(yīng)變，摻鎂質(zhì)抗裂劑后，混凝土始終處于微膨脹狀態(tài)，中心部位有25～35的微膨脹。