滇东北低温环境对混凝土性能的影响.pdf

1 8 低温建筑技术 2 0 1 5年第 8期 ( 总第 2 0 6期) D OI ： 1 0 1 3 9 0 5 j c n k i a w j z 2 0 1 5 0 8 0 0 7 滇 东北低温环境对 混凝土性能 的影 响 王媛 ， 毛顺伟 ， 罗武 ， 朱宇 ， 李茂钧 ( 云南省公路科 学技术研究 院， 昆明6 5 0 0 5 1 ) 【 摘要】 滇东北地区地处云贵高原 ， 冬季气温较云南中部 、 南部偏低。在滇东北气温比较低的昭阳区开展 实际气温下的混凝土力学性能研究 ， 考察混凝土抗压强度 、 劈拉强度、 弹性模量的经时变化。试验结果表明： 在滇 东北地 区冬季施工 的混凝土 ， 2 8 d以内的抗压 强度和弹性模量会 比标准养护 的混凝 土低 ， 但 是随着 龄期延长 ， 抗压 强度和弹性模量都会赶上标准养护 的混凝 土。对 工程 质量无明显影响 ， 但 会延长工期 。 【 关键词】 混凝土； 低温； 滇东北； 力学性能 【 中图分类号】 T U 5 2 8 0 4 1 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 5 ) 0 8 0 0 1 8 o 3 滇东北地区地处云贵高原， 冬季气温较云南 中部、 南部 偏低 。图 1 、 图2给出了滇东北 1 9个县区 2 0 1 3年 、 2 0 1 4年 各月最高气温和最低气温分布。从图中可以看出， 滇东北 地 区在 1 2月 2月气 温最 低 ， 最 低 气温 约 一5 。1 9县 区 中， 又以昭阳区的气温为最低。 4 o 3 0 o 1 O O - 1 0 时间， 月 昭阳区月最高气温 +昭阳区月最低气温 图1 2 0 1 3 年滇东北1 9 县 区月最高最低气温分布 4 0 3 0 2 0 赠 1 O O - 1 0 时间， 月 昭阳区月最高气温 +昭阳区月最低气温 图2 2 0 1 4 年滇东北1 9 县 区月最高最低气温分布 由于滇东北气温不像华北地区那样冬季会达到 一1 0 C 以下 的低温 ， 所 以一 般混 凝土 工程 在 冬季并 不停 工 。但 在 温度较低时， 混凝土中水泥的水化速度会明显减缓 ， 对混凝 土的性能也会产生明显影响。 我国于上个世 纪六十年代开始了低温混凝土相关研 究， 1 9 8 2年第一次冬季施工会议 中专家们逐渐重视低温混 凝土的力学行 为 。但 相 关研究 主要 针对 温 度在 一5 C以下 的华北严寒地区， 在滇东北这种 一51 5 C的冬季气温条件 下施工会对混凝土性能产生什么影响， 春季气温迅速 回暖 又会对性能产生什么影响， 有待进一步研究。 文中结合滇东 北冬 季施 工 的实 际情 况 ， 在 气温 比较 低 的昭阳区开展实际气温下的混凝土力学性能研究， 考察这 种气候条件下混凝土抗压强度 、 劈拉强度、 弹性模量的发展 规律 ， 并对原因和影响进行分析。 1 试验概况 ( 1 ) 原 材料 。试验 所用 水 泥有 昭通 得 云水 泥厂 P 0 4 2 5水泥和 昆钢嘉华 P0 5 2 5水泥两种 ， 水 泥的性能 见 表 1 。P0 4 2 5水 泥 比 P0 5 2 5水 泥 细 ， 密 度小 。P 0 5 2 5水泥 的 3 d强度发展较快， 但 2 8 d抗压强度仅略大 于 5 2 5 MP a 表 1 水泥物理力学性能 密度4 5 u rn筛余 需水量 比烧失量 2 8 d活性指数 g -t i l l ， ， ， ， 试验用粉煤灰为宣威 I 级粉煤灰 ， 矿粉为水城钢铁厂 $ 9 5级矿粉 ， 性能见表 2和表 3 。粉煤灰的品质满足 I 级灰 的要求 ， 2 8 d活性指数略低 。矿粉 也满足 $ 9 5级的要求 。 王媛等 ： 滇东北低温环境对混凝土性能 的影响 1 9 试验用粗骨料为石灰石骨料， 密度为 2 8 3 1 k g m ， 细骨 料为河砂， 密度为2 8 0 8 k g m 。细骨料级配曲线见图3 ， 细度 模数 2 3 5 ， 偏细。 试验用外加剂为上海三瑞 V i v i d一5 0 0缓凝型聚羧酸高 性能减水剂 ， 含固量 1 2 ， 2 O 掺量下减水率为 2 8 。 ( 2 ) 配合比。试验用配合比及拌合物性能见表 4 。配 合比有 4个：C 5 0 C为采用 P 0 4 2 5纯水泥配制的 C 5 0混 凝土，C 5 0 M为采用 P 0 4 2 5水泥复掺粉煤灰和矿粉配制 的 C 5 0混凝土， 这两个配合比主要用在 T梁和箱梁的梁体； C 5 5 4为采用 P 042 5水泥复掺粉煤灰和矿粉配制的 C 5 5混凝土， C 5 5 5为采用 P 0 5 2 5水泥复掺粉煤灰和矿 粉配制的 C 5 5混凝土， 这两个配合比主要用在高墩墩身。 两个 C 5 0配合 比容重、 坍落度和含气量都 比较接近。 C 5 5 4由于用的是 P 0 4 2 5水泥， 水胶比要小于 C 5 5 5 ， 胶凝材料总量高于 C 5 55 ， 外加剂用量要 比 C 5 55略小， 其含气量略小。 表 4 试验用配合 比及 拌合物性能 k g m。 ( 3 ) 养护。试件与 2 0 1 3年 2月份成型， 养护至 5 6 d ， 期间每天的最高气温和最低气温见图4 。成型时 日最低气 温为 一 2 ， 最高气温只有 1 2 。试件成型后， 放在室外养 护， 表面用湿麻袋覆盖， 每天早 、 中、 晚洒水3次， 保证湿度充 分； 与之对比的标养试件同时成型后 ， 放置在标准养护室中 养护 。 旃 lm 翅 赠 -l l ； ：= -_一 汁 丰 一 f 一L 一 j 聿 一 i 下 一 i L 重 i l i 2 ! l 3 0 2 0 赠1 0 O 筛孔尺寸， 图3 细骨料级配曲线 龄期， d 图4 养护期间室外 日最高、最低气温 2结果与讨论 ( 1 ) 低温环境对抗压强度的影响。两种养护条件下 混凝土抗压强度的发展规律见表 5 。3 d抗压强度低温养护 下的混凝土比标准养护条件下的混凝土低 3 6 5 0 ， 影 响显著； 7 d 抗压强度低 1 8 3 4 ， 低温混凝土的强度有所 提高， 差距逐渐缩小 ； 2 8 d 抗压强度低 3 一 7 ， 差距已经很 小 ； 到 5 6 d ， 4个配合比均已基本赶上。 表5 养护条件对抗压强度的影响 由于整个养护期间， 气温不断回升 ， 到5 6 d时， 平均气温 已经有 1 7 ， 因此， 低温环境主要对混凝土早期强度影响比 较大 ： 以C 5 0桥梁用高性能混凝土为例 ， 标准养护条件下， 混凝土抗压强度3 d即可接近 5 0 MP a ， 7 d即可达到6 0 MP a左 右； 如果是在低温条件下养护 ， 则需要 1 4 d左右才能达到 5 0 MP a ， 2 1 d达到 6 0 MP a左右。即说明， 低温养护条件会影 响预应力施加龄期 ， 延缓工期。 采用 P 0 5 2 5水泥配制的 C 5 5混凝土， 在 3 d 、 7 d 低温 养护条件下的抗压强度发展速度 明显快于采用 P 042 5 水泥配制 的 C 5 5混凝 土 ， 7 d可 以达 到 5 0 M P a以上 。这说 明 可以通过采用早期强度发展较快的 P 0 5 2 5水泥， 来部分 弥补养护温度不足造成的早期强度不足。 混凝土的强度主要决定于骨料、 水泥石、 界面过渡区、 以及龄期。在 0 2 0 温度范围内， 骨料基本不会发生物理 化学变化， 对强度不会造成影响。养护早期， 水泥石的强度 主要决定于 CSH凝胶 、 A F t 和棒状 C H晶体。常温条 件下水泥水化形成大量 cSH凝胶和棒状 C H晶体相 2 0 低温建筑技术 2 0 1 5年第 8期 ( 总第 2 0 6期) 互交联 ， 互相咬合 ， 而低温条件下水化速度慢 ， 水化 形成 的 C SH凝胶和棒状 cH晶体较少， 未能全部交联成一 片 0 ， 导致温度降低后混凝土强度会降低 。随着养护龄 期延长， 标准养护条件下在较短时间内水泥水化趋于完全 ， 而低温条件下水泥水化需要经历较长时间才能趋于完全 ， 但最终会达到与标准养护条件下基本相同的水化程度。即 低温条件下 ， 混凝土的强度最终会赶上标准养护条件下的 强度 。 ( 2 ) 低温 环境对 弹性模 量 的影 响。轴 压 弹模 的试 验 结果见表 6 。两种养护条 件下 ， 3 d弹模 比较接 近 ， 因采用 的 是同样的配合比， 一般都是第二天拆模， 所以温度对 3 d弹模 影响较小。低温养护条件下， 7 d的弹模明显要低于标准养 护条件下的混凝土试件， 除 C 5 0 M一组非常接近以外， 其余 4组 降低 幅度 为 1 3 2 1 ； 2 8 d时 ， 弹模 已经 很接近 ， 差距 在 1 0 以 内； 5 6 d时差距也在 1 0 以内。 表 6 养护条件对 弹性模 量的影响 混凝土的弹性模量主要受骨料弹模及其含量影响， 因 此在配合比完全相同的情况下， 低温环境对弹模的影响幅 度不像对抗压强度的影响那么明显。但与低温养护对混凝 土抗压强度的影响规律类似， 对早期轴压弹模的影响比较 明显。以C 5 0桥梁用高性能混凝土为例， 标准养护条件下 2 8 d可以达到 3 4 5 G P a以上 ， 如 果是 在低 温条件 下 ， 则需 要 约 5 6 d的时间才能达到 3 4 5 G P a 以上 。 同样采用 P 0 5 2 5水泥配制的 C 5 5混凝土的轴压弹 模早期发展速率也明显快于P 0 4 2 5水泥， 因此也可以采 用早强型的 P 0 5 2 5 R水泥 、 P 0 4 2 5 R水泥以及早强剂 、 硅粉等材料配制低温高性能混凝土， 或者提高设计强度等 级， 找出能够满足施工进度需求的低温混凝土配合比方案。 ( 3 ) 低温环境对劈裂抗拉强度的影响。劈裂抗拉强 度的试验结果见表 7 。劈裂抗拉强度数值较小， 试验误差一 般在0 3 MP a左右 ， 相对误差就会 比较大。低温养护条件 下， 除 C 5 0 M一组混凝土的劈拉强度在各龄期均比标养条件 下低 1 5 2 0 ， 其它 3组混凝土均与标养条件下没有显 著差异。整体上可以认为低温环境未对劈裂抗拉强度造成 明显影响。 ( 4 ) 低温环境对桥梁混凝土整体的影响分析。从 2 1 2 3的试验结果可 以推断， 滇东北冬季施工的桥梁混凝 土 ， 早龄期抗压强度下降明显 ， 弹性模量也降低， 降低幅度 不像抗压强度那 么明显 。这会 导致桥梁 施加 预应力 的时 间 延后， 对施工工期会产生影响。但随着龄期延长， 抗压强度 会逐渐赶上标准养 护的混凝 土 ， 考虑 到桥梁工程 一般在 5 6 d 内不会投入使用 ， 在使用前抗压强度可以达到设计要求， 对 工程质量无 明显影 响。 表 7 养护条件对弹性模量的影响 为了保证冬季施工混凝土的早期强度 ， 可采取早强型 水泥 、 早强型外加剂、 硅粉等材料 ， 降低环境温度对早期强 力学性能 的影 响。 3 结语 在滇东北地 区冬季施工的混凝土 ， 2 8 d以 内的抗压强度 和弹性模量会 比标准养护的混凝土低 ， 但是随着龄期延长， 抗压强度和弹性模量都会赶上标准养护的混凝土。对工程 质量无明显影响， 但会延长工期。 参考 文献 1 李勇 ， 徐协文 ， 杨现锋 ， 等 温度对含碳纤维水泥水化 及抗压强 度 的影响 J 长沙理工 大学学 报 (自然科学 版 ) ， 2 0 1 4， ( 2 ) ： 9 81 0 2 2 陈惠苏 ， 孙伟 ， S t r o e v e n P ie r ， 等 水泥基复合材料集料 与浆体界 面研究综述 ( 二 ) ： 界 面微 观结构 的形成 、 劣化 机理 及其 影 响 因素 J 硅酸盐学报 ， 2 0 0 4， 3 2 ( 1 )： 7 07 9 3 李 晓东 ， 冯 晓春 浅论低温对水泥混凝土质量 的影 响及控制措 施 J 才智 ， 2 0 1 l ， ( 2 1 ) ： 3 4 4 收稿 日期 2 0 1 5 0 4 2 8 作者简介 王嫒 ( 1 9 8 3一) ， 女 ， 云南红河人 ， 工程 师， 从 事 公路工程试验检测相关工作 。