控制大体积混凝土水化热危害的原材料选择及工艺措施.pdf

铁道建筑 Ra i l wa y En g i ne e r i n g 文章 编 号 ： 1 0 0 3 - 1 9 9 5 ( 2 0 1 1 ) 0 6 - 0 1 4 4 0 2 控 制大体 积混凝 土水化热危害的原材料选择及工艺措 施 王金 生 ( 甘肃省路桥建设集团有限公司 ， 兰州 7 3 0 0 0 0 ) 摘要： 大体积混凝土施工时， 水泥在水化过程中将产生大量的热量并引起 混凝土 内外温差， 如控制不 当 会 使 混凝 土产 生裂缝 ， 甚 至破 坏 整 个结构 。本 文结合 多年 施 工 中的 经 验 ， 在 大量 文 献 资料 的基 础 上 ， 归 纳出一套防治水化热危害的方法和施工控制措施 。在工程监理和施工实践 中， 有很好的参考价值 。 关 键词 ： 水化 热 危 害 施 工控 制 中图分 类号 ： T U 5 2 8 文献标 识码 ： B 混凝土水化热在水库大坝 、 泵站 、 桥梁及大型设备 基础等大体积混凝土施工中较为常见 。由于混凝土凝 结 、 硬化过程 中， 水泥的水化反应 ， 产生大量的水化热 ， 水化热积聚在内部不易散发， 使内部温度上升到 5 0 7 0 以上 。 内外 温 差 引 起 巨 大 的 内 应力 和温 度 变 形 ， 使混凝土产生裂缝 、 变形 ， 甚至破坏 ， 因此 ， 水化热 对 大体 积混 凝 土工程 是 十分不 利 的 。 关于大体积混凝土 ， 我 国 目前 尚未有一个确切的 定义。 日本建筑学( J A S S 5 ) 规定 ： “ 结构断面最小厚度 在 8 0 e m以上 ， 同时水化热引起混凝土内部的最高温度 与外界气温差超 过 2 5 c I = 的混凝土 ， 称 为大体积混凝 土。 ” 美国混凝土学会 ( A C I ) 规定 ： “ 任何就地浇筑的大 体积混凝土 ， 其尺寸之大， 必须要求采取措施解决水化 热及随之引起的体积变形问题 ， 以最大限度减少开裂。 ” 防治水 化热 的 危 害 ， 一 直 是 工 程 技术 人 员 研 究 的 课 题 。大量 文献 显示 ， 造成 大体 积混 凝土 裂缝 、 变形 的 因素与水泥的品种和用量 、 内外约束条件 、 外界气温变 化 、 混凝土收缩变形及混凝土匀质性等有关。 1胶凝材料选择 防治 水化热 危 害最有 效 的方 法 是优选 原 材料与控 制配合 比， 可从以下几方面着手 ： 1 ) 选用水化热低、 水化速度较慢 的水泥。混凝土 温度升高主要是 由于水泥水化过程中释放大量热量所 致 ， 在绝 热 条件 下混凝 土 的温度 上升 速度 为 ： ： 1 a t c p c p 一 式 中， 0 为绝热温升 ； t 为时间； W为水泥用量 ； q为单位 收稿 日期 ： 2 0 1 0 1 0 2 0 ； 修 回日期 ： 2 0 1 1 - 0 2 - 3 1 作者简 介： 王金生 ( 1 9 7 5 一) ， 男 ， 甘肃兰州人 ， 工程师 。 质量 水泥在 单位 时 间 内放 出 的水 化 热 ； C为质 量 热容 ； P为密度 ； Q为单位时间内单位体积 中发出的热量。 由式( 1 ) 可见 ， 混凝 土温度 的升 高不仅与水 泥用 量有 关 ， 还 与水 泥 品种 有关 。所 以 ， 在 水泥 用量相 同的 条件下， 选用水化热低 、 凝结时间长 的水泥 ， 能够有效 降低水化热。普通硅酸盐水泥水化热较大， 不宜采用 ； 矿渣 硅酸 盐水 泥与 火 山灰 水泥 水化 反应 慢 ， 水化 热低 ， 后期强度高， 大体积混凝土中广泛采用 。 2 ) 掺加粉煤灰。由式 ( 1 ) 可知 ， 水泥用量大的混 凝 土产生 的水 化热 也大 ， 特别对 于 高强度 混凝 土 ， 相应 单方水泥用量较多 ， 水化热引起 的混凝土内部温升较 普通 混凝 土要 大 。所 以 ， 在 不影 响混 凝 土强 度 和 坍 落 度等使用性能的前提下 ， 在混凝土中掺入粉煤灰 ， 来取 代部分水泥 ， 可达到降低水化热的 目的。文献 3 中 的试验表明 ， 掺入 3 0 6 0 粉煤灰可使水泥 7 d水 化热降低约 1 0 5 0 。 3 ) 加入缓凝剂。为 了减少水化 热， 降低混凝土温 度 ， 往往 希望 混凝 土缓凝 ， 即延 长混 凝土 初凝 时间 。试 验表 明 ， 加 入缓 凝剂 后 ， 水 泥 的初 凝 时间 可 分别 延 长 1 4 h不 等 ， 从 而 推 迟 混 凝 土 放 热 峰 值 出现 的 时 间 。 由于混凝 土 的强度 会 随龄 期 的增 长 而增 大 ， 所 以等 放 热 峰值 出现 时 ， 混凝 土 强度也增 大 了 ， 从 而减小 温度 裂 缝 出现 的机率 。 2 施 工控 制措施 大体积混凝土内部的温度是一个随时间和位置而 变化 的瞬态温 度场 ， 它 的初期 变化 近似 于抛物 线分 布 ， 随龄期增加逐渐趋于平缓 ， 最后与外界气温趋于平衡。 影响其变化 的因素较多也较复杂。实际的温度控制 中， 一般考虑混凝土内部 的温度峰值与 内外温差变化 情况。混凝土 内部的温度峰值主要受混凝土用料及配 2 0 1 1年第 6期 控制大体积混凝 土水化热 危害的原材料选择及工艺措施 1 4 5 合比、 散热边界条件、 外部环境等影响 ， 可 以分为浇筑 温度 、 水泥水化热温升和混凝土散热温度三部分组成 ， 相应的温度控制方法也主要针对这几个部分 。 2 1 降低 混凝 土 的入 模温 度 尽可能避免在高温天气下浇筑大体积混凝土 ， 对 水 泥 骨料 采取 预冷 措 施 ， 混 凝 土 的拌 合 、 运 输 、 浇筑 过 程应尽量衔接紧密， 以保持混凝土 良好的和易性 ， 浇筑 完后及时做好养护工作。 2 2控制 内外 温差 在浇筑块体厚度较大的情况下尽可能采用循环冷 却水降低 内部温度 ( 见图 1 ) ， 外面加强保温措施 ， 如用 麻袋和塑料薄膜进行保温和保湿 。须控制混凝土中心 与外表面最大温差不高于 2 5 一 3 0 c C， 以防止混凝 土表 面 出现 干缩裂 缝 。 ( a )冷却水管埋设立面 ( b ) 冷却水管埋设平面 图 1 承台冷却水管埋设示意 ( 单 位 ： m) 2 3分 层 浇筑 分 层浇 筑混 凝 土 ， 层 间 混凝 土 的 间 隔 时 间应 不 大 于 混凝 土 的初凝 时 间 ， 浇 注 上层 混凝 土前 应 对 老 混 凝 土 表 面进行 清 理并 充分 湿润 。 2 4采 取表 面保 温 措施 在加强混凝土体内降温措施 的同时 ， 在边界上采 用适当的保温措施 ， 如在结构外 露的混凝土表面 以及 模板外侧覆盖保温材料( 如草袋 、 锯末 、 温砂 等) ， 控制 外部混 凝 土与 内部 混 凝 土之 间的 最大 温 差不 超 过 2 5 c I =3 0 ， 以防止 出现 裂纹 。 2 5控 制拆 模 时间 根据工程 的实际情况 ， 尽量延缓拆模时间 ， 这样混 凝土具 有一定 的强度 ， 可 以抵 抗可 能产生 的温度应 力 。特别是当桥梁承台在冬季施工时 ， 为防止拆模 后外界温度陡降引起温度应力 ， 拆模后应立即 回土覆 盖 ， 控制 内外 温差 。 2 6改 变设计 ， 增 加 混凝土 体 内散 热通 道 1 ) 设 置后浇 缝 ， 当大体积 混凝土 平面尺 寸过大 时 ， 可以适 当地设置后浇缝 ， 以减少外约束力和温度应 力 ， 同时也有利于散热 ， 降低混凝土的内部温度 。 2 ) 通过结构设计验算 ， 在满足功能 、 强度 、 耐久性 的前提下 ， 改变结构设计 ， 增大混凝土的散热面积和散 热 通道 ， 如 图 2所示 。 ( a ) 平面 图 2 混凝土体 内预 留孔道示意 2 7导管排气法。 排除混凝土体内水化热 在混凝土中埋置导管 ( 钢管 、 夹布胶管、 钢丝网胶 管及波纹管等) ， 降低混凝土体内水化热。 1 ) 在混凝土中梅花形埋置 4 , 5 0 m m的钢管 ， 待混 凝土凝 固具有一定强度后 ， 拔出钢管， 用高强度等级细 石混凝土将管孔灌实。注意 ， 在混凝土开始硬化后 ， 每 隔 1 h将钢管转动一周， 否则 ， 混凝土凝 固后 ， 钢管将 拔 不 出来 。 2 ) 在混凝土中埋置夹布胶管或钢丝网胶管 ， 管 内 充水或充气 ， 使管径增大 ， 待混凝土初凝后 ， 放 出水或 空气 ， 抽 出胶管 ， 形成排气通道 。混凝土硬化后 ， 用高 强度等级细石混凝土灌实 。 3 ) 将钢波纹管埋置于混凝土 内形成排气孑 L 道 ， 排 除体热 ， 待水化反应基本结束后 ， 用高强度等级砂浆灌 实， 钢波形管不需要拔出。 3 结 语 本文对大体积混凝土水化热的防治方法及施工控 制措施进行 了分析 ， 指出了预先控制水化热危害 的途 径 ， 具有很强的可操作性与现实意义 。大体积混凝土 只要经过认真的施工组织设计 、 选择合理 的施工方法 和合适的材料， 就能有效地 降低水 化热带来 的危 害。 上述三种方法和七种措施 ， 在具体运用中， 要注意实际 操作 的可行性 ， 具体工程具体对待 ， 既考虑工程质量 ， 又要考虑工程经济。 参 考 文 献 1 吴 叶莹 大体积混凝土施工期 温度裂 缝计算 分析 J 铁道 建筑 ， 2 0 0 7 ( 9 ) ： 1 0 5 1 0 7 2 杨秋玲 ， 马可栓 大体积混凝土水化热温度场三维有 限元 分 析 J 哈尔滨工业 大学学 报 ( 自然科学 版 ) ， 2 0 0 4， 3 6 ( 2 ) ： 2 6 1 26 3 3 俞 海勇 ， 徐 强 粉煤灰胶凝体系水化温升及其抗裂性能 的关 系 J 混凝土， 2 0 0 0 ( 1 1 ) ： 2 1 2 3 4 蔡炎标 ， 冯炳生 崖门大桥主墩承 台大体积混凝土水化 热试 验分析 J 国外桥 梁 ， 2 0 0 1 ( 3 ) ： 6 6 - 6 8 5 齐有章 大体 积混 凝土 结构 裂缝控 制探 讨 J 铁 道 建筑 ， 2 0 0 6 ( 3 ) ： 9 7 9 8 ( 责任审编葛全红)