摘要 目前，大體積混凝土采取循環(huán)水進(jìn)行內(nèi)部降溫，以達(dá)到控制內(nèi)外溫差目的。但其施工工期長、管材及冷卻水耗量大，降溫不均勻?qū)е禄炷脸霈F(xiàn)貫穿性裂紋，缺點(diǎn)明顯。文章將針對(duì)聚羧酸減水劑（復(fù)合緩凝）控制機(jī)制砂大體積混凝土水化熱變化進(jìn)行研究，分析聚羧酸減水劑中緩凝劑的組成及用量對(duì)混凝土水化熱變化的影響，研究其可行性、經(jīng)濟(jì)等效益，為今后大體積混凝土施工提供借鑒。

關(guān)鍵詞 聚羧酸減水劑；大體積混凝土；水化熱；機(jī)制砂；裂紋；綠色；節(jié)能；環(huán)保

中圖分類號(hào) TU528.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2024）07-0151-04

0 引言

機(jī)制砂大體積混凝土大量應(yīng)用于房建、市政、橋梁、隧道工程等建筑領(lǐng)域。按要求大體積混凝土應(yīng)選用水化熱低的通用硅酸鹽水泥[1-3]，但是目前高速公路的建設(shè)中幾乎都是自建拌和站生產(chǎn)混凝土，從施工成本與項(xiàng)目建設(shè)進(jìn)度考慮，很難做到兼顧每個(gè)部位，難以實(shí)現(xiàn)單獨(dú)使用符合上述低水化熱的硅酸鹽水泥。

1 大體積混凝土配合比原材料及聚羧酸減水劑配方組成

1.1 原材料

試驗(yàn)所涉及原材料（除聚羧酸減水劑外）全部從納晴高速第十合同段現(xiàn)場取樣，粗細(xì)集料干凈無雜質(zhì)顏色灰白，由于機(jī)制砂（細(xì)集料）顆粒表面比較粗糙沒有河砂光滑，且粗顆?？傮w比河砂多，所以砂率相對(duì)偏大；粗集料由5～10 mm、10～20 mm、20～31.5 mm（C50不使用）組成；水泥為普通硅酸鹽PO.42.5。所用原材料按同一批次生產(chǎn)進(jìn)行取樣，一次性儲(chǔ)存到位。

1.2 機(jī)制砂大體積混凝土配合比要點(diǎn)

如表1所示，為大體積混凝土配合比相關(guān)數(shù)據(jù)，機(jī)制砂大體積混凝土配合比分別為C30、C40、C50（如表1）三個(gè)等級(jí)，混凝土均為泵送，與現(xiàn)場施工保持一致。為保證其可泵送性能，C30膠凝總量選定為375 m3/kg，C40膠凝總量選定為420 m3/kg，C50膠凝總量選定為475 m3/kg。

1.3 聚羧酸緩凝減水劑來源及配方組成

聚羧酸減水劑由貴州科筑創(chuàng)品建筑技術(shù)有限公司生產(chǎn)提供，C30、C40、C50混凝土采用相同配方減水劑，摻量統(tǒng)一為1%；其配方由減水母液30%、保坍母液10%、復(fù)合緩凝劑、水組成，復(fù)合緩凝劑成分由葡萄糖酸鈉、白糖（食用）、六偏磷酸鈉按比例組成，復(fù)合緩凝劑用量分為常規(guī)用量×1（溫度測線為測線1#）、復(fù)合緩凝劑常規(guī)用量×2（溫度測線為測線2#）和復(fù)合緩凝劑常規(guī)用量×4（溫度測線為測線3#）三種不同量分別對(duì)同一混凝土配比進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)比。

2 大體積混凝土成型養(yǎng)護(hù)及設(shè)備

2.1 混凝土成型

混凝土成型體積大小為1.5 m×1.5 m×1.5 m立方體，混凝土拌制方量為3.375 m3，測溫連續(xù)記錄時(shí)長為10 d；同時(shí)分別成型28 d與60 d混凝土抗壓試件檢測強(qiáng)度值，為了避免混凝土表面溫度損失過大，在混凝土四周采用擠塑板進(jìn)行保溫，防止風(fēng)干頂面采用保濕土工布覆蓋。

2.2 溫度相關(guān)要求

大體積混凝土里表溫差要求小于25 ℃，降溫速率要求小于2 ℃/d，且滿足4 h內(nèi)降溫小于1 ℃。

2.3 設(shè)備參數(shù)

采集設(shè)備為北京海創(chuàng)所生產(chǎn)HC?TW系列混凝土無線測溫儀，范圍：?30～150 ℃，精度：±0.3 ℃，通信頻率：433 MHz（ISM）/GPRS網(wǎng)絡(luò)，傳輸距離：GPRS無限制，數(shù)據(jù)采集時(shí)間間隔設(shè)置為10 min/次。

3 大體積混凝土冬季溫度變化與成型強(qiáng)度值

3.1 C30大體積混凝土冬季測溫記錄

如圖1所示，為C30大體積混凝土冬季測溫曲線。圖1測線1#在達(dá)到最高溫度40.5 ℃且持續(xù)10 h后開始緩慢降溫，里表溫差37 ℃，不符合規(guī)范要求；圖1測線2#在達(dá)到最高溫度34.4 ℃后保持5 h開始緩慢降溫，里表溫差為20～23 ℃間，滿足規(guī)范；圖1測線3#在達(dá)到最高溫度22.7 ℃后保持5 h開始緩慢降溫，里表溫差為16～20 ℃間，滿足規(guī)范要求；第5 d后溫度開始大幅度下降，第7 d趨于平穩(wěn)，第9 d后與環(huán)境溫度幾乎一致。

3.2 溫度差

由圖1中可知，使用復(fù)合緩凝劑用量常規(guī)用量×1的測線1#溫度明顯偏高，比使用復(fù)合緩凝劑用量常規(guī)用量×4的測線3#溫度高出17.8 ℃，說明使用較大量的復(fù)合緩凝劑能很好地抑制混凝土內(nèi)部溫度的升高，控制里表溫差。

3.3 實(shí)測強(qiáng)度值

冬季大體積混凝土28 d和60 d實(shí)際抗壓強(qiáng)度完全滿足混凝土等級(jí)需要，28 d已經(jīng)遠(yuǎn)超出了混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)等級(jí)，達(dá)到設(shè)計(jì)值126%～129%，60 d，最高強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度171%。

4 C30大體積混凝土夏季溫度變化與成型強(qiáng)度值

4.1 C30大體積混凝土夏季三條測線里表溫差值

如圖2所示，為C30大體積混凝土夏季測溫曲線。圖2中測線1#在經(jīng)過38 h后溫度達(dá)到最高值53.5 ℃保持5 h后溫度開始下降，里表溫差在40.5 ℃（已超出規(guī)范）；第9 d后達(dá)到最低值，里表溫差8 ℃；圖2中測線2#在經(jīng)過38 h后溫度達(dá)到最高值38.1 ℃，該溫度值在持續(xù)12 h（即50 h）后開始緩慢下降，里表溫差在15.7～19.2 ℃之間滿足要求，降溫速率滿足規(guī)范要求，第9 d后達(dá)到最低值，里表溫差7 ℃；圖2中測線3#在經(jīng)過36 h后溫度達(dá)到最高值36 ℃，該溫度值在持續(xù)16 h（即52 h）后開始緩慢下降，里表溫差在16.2～19.6 ℃之間，滿足要求，降溫速率滿足規(guī)范要求，第9 d后達(dá)到最低值，里表溫差6 ℃。

4.2 C30大體積混凝土夏季實(shí)測強(qiáng)度值

如表2所示，為該大體積混凝土28 d和60 d實(shí)際抗壓強(qiáng)度值。該強(qiáng)度超出了混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)等級(jí)，抗壓值達(dá)到設(shè)計(jì)值122%～128%，60 d強(qiáng)度均大幅度增長，抗壓強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度171%～176%，強(qiáng)度富余值非常高。

5 C40大體積混凝土夏季溫度變化與成型強(qiáng)度

5.1 測線里表溫差值

如圖3所示，為C40大體積混凝土夏季測溫曲線。圖3中測線1#在經(jīng)過31 h后溫度達(dá)到最高值61.5 ℃保持5 h后溫度開始下降，里表溫差在44.5 ℃之間（已超出規(guī)范）；第9 d后達(dá)到最低值，里表溫差3 ℃；圖3中測線2#在經(jīng)過34 h后達(dá)到最高值47.8 ℃，該溫度值在持續(xù)5 h后開始緩慢下降，里表溫差在22 ℃滿足要求，降溫速率滿足規(guī)范要求，第9 d后達(dá)到最低值，里表溫差3 ℃；圖3中測線3#在經(jīng)過36 h后達(dá)到最高值43 ℃，該溫度值在持續(xù)6 h后開始緩慢下降，里表溫差在16.9～18.6 ℃之間滿足要求，降溫速率滿足規(guī)范要求，第9 d后達(dá)到最低值，里表溫差3 ℃。

5.2 混凝土強(qiáng)度實(shí)值

如表3所示，為C40大體積混凝土28 d和60 d實(shí)際抗壓強(qiáng)度值。該混凝土工作性能完全滿足施工現(xiàn)場及泵送要求，28 d已經(jīng)遠(yuǎn)的超出了混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)等級(jí)，抗壓達(dá)到設(shè)計(jì)值114%～116%，60 d后強(qiáng)度均大幅增長，抗壓強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度151%～157%，強(qiáng)度富余值非常高。

6 C50大體積混凝土夏季溫度變化與成型強(qiáng)度

6.1 里表溫差值

如圖4所示，為C50大體積混凝土夏季溫度變化曲線。圖4中測線1#在經(jīng)過32 h后溫度達(dá)到最高值62.3 ℃保持4 h后溫度開始下降，里表溫差在55.5 ℃之間（已超出規(guī)范），第9 d后達(dá)到最低值，里表溫差8 ℃；圖4中測線2#在經(jīng)過35 h后溫度達(dá)到最高值48.8 ℃，該溫度值在持續(xù)5 h后開始緩慢下降，里表溫差在20～22 ℃滿足要求，降溫速度滿足規(guī)范要求，第9 d后達(dá)到最低值，里表溫差6 ℃；圖4中測線3#在經(jīng)過40 h后溫度達(dá)到最高值44.2 ℃，該溫度值在持續(xù)7 h后開始緩慢下降，里表溫差在17～19.6 ℃之間滿足要求，降溫速率滿足規(guī)范要求，第9 d后達(dá)到最低值，里表溫差3 ℃。

6.2 C50混凝土強(qiáng)度實(shí)值

如表4所示，為C50大體積混凝土夏季抗壓實(shí)值數(shù)據(jù)。由表4數(shù)據(jù)可知，28 d和60 d實(shí)際抗壓強(qiáng)度值滿足要求，28 d抗壓達(dá)到設(shè)計(jì)等級(jí)110%～114%，60 d后強(qiáng)度均大幅度增長，抗壓強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度141%～145%。

7 結(jié)論

綜上所述，在經(jīng)過大量試驗(yàn)對(duì)比及不斷總結(jié)可知，當(dāng)使用復(fù)合緩凝劑常規(guī)用量×1時(shí)對(duì)混凝土水化熱抑制效果較差，里表溫差過大已超出規(guī)范最大值的要求；當(dāng)使用復(fù)合緩凝劑常規(guī)用量的2倍或者4倍時(shí)，混凝土里表溫差均滿足要求，說明使用合理的復(fù)合緩凝劑的聚羧酸減水劑是能很好地抑制機(jī)制砂大體積混凝土水化熱反應(yīng)，尤其是在使用復(fù)合緩凝劑常規(guī)用量4倍的時(shí)候水化熱抑制效果更明顯，混凝土拆模后經(jīng)檢測無任何裂紋；試驗(yàn)得知更大量的復(fù)合緩凝劑用量會(huì)導(dǎo)致混凝土的凝結(jié)時(shí)間過長，延長混凝土脫模時(shí)間，影響工期進(jìn)度，所以不建議使用大于4倍量的復(fù)合緩凝劑，合理的用量能有效起到“綠色、節(jié)能、環(huán)?！钡淖饔?，能減少資金耗費(fèi)，節(jié)約資源。有效保證混凝土強(qiáng)度，對(duì)機(jī)制砂大體積混凝土強(qiáng)度沒有任何不良影響，而且能有效解決以下問題：

（1）使用該項(xiàng)技術(shù)可以代替冷卻管，節(jié)約施工成本，減少工期、減少資源耗費(fèi)、能源損耗，起到“節(jié)能、環(huán)?！钡男Ч?。

（2）節(jié)約大量冷卻水用量，大體積混凝土只需要少量的保濕養(yǎng)護(hù)用水，對(duì)環(huán)境無污染，起到“綠色、節(jié)能、環(huán)?！钡男Ч?。

（3）解決項(xiàng)目采購低水化熱硅酸鹽水泥困難，很好地解決了大體積混凝土與普通混凝土水泥通用問題。

（4）能解決因冷卻降溫不均勻造成混凝土出現(xiàn)貫穿性裂紋的問題。

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