1、 建 筑 技 术 Architecture Technology第 54 卷第 19 期 2023 年 10 月Vol.54 No.19 Oct.20232352不同环境温度对预制构件早期养护碳排放量 影响的研究孔凡敏(北京建工新型建材有限责任公司,100015,北京)摘要:为缩短构件的生产周期,提高产出率,构件厂经常采用蒸汽对成型构件进行早期养护,结合生产工艺,探讨在 3 种不同环境条件下预制构件养护的碳排放量问题。通过试验确定不同养护温度下预制构件的最佳养护温度及早期强度,从而计算不同温度环境下预制构件早期养护的碳排放量。关键词:蒸汽养护;温度;强度;碳排放量中图分类号:TU 74 文献标
2、志码:A 文章编号:1000-4726(2023)19-2352-04RESEARCH ON IMPACT OF DIFFERENT AMBIENT TEMPERATURES ON CARBON EMISSIONS FROM EARLY CURING OF PREFABRICATED COMPONENTSKONG Fan-min(BCEG Advanced Construction Materials Co.,Ltd.,100015,Beijing,China)Abstract:In order to shorten the production cycle of components and
3、 increase the yield,component factories usually use steam for the early curing of molded components.In this paper,carbon emissions from the curing of prefabricated components under 3 different ambient temperatures are discussed based on the production process.Besides,the optimal curing temperature a
4、nd early strength of prefabricated components under different curing temperatures are determined through experiments,and the carbon emissions from early curing of prefabricated components under different ambient temperatures are further calculated.Keywords:steam curing;temperature;strength;carbon em
5、issions收稿日期:20230810作者简介:孔凡敏(1976),女,河北承德人,高级工程师,e-mail:.随着装配式建筑标准体系不断完善,混凝土预制构件已成为我国施工行业技术创新的焦点,预制构件行业朝着高品质、绿色化、标准化方向发展,然而目前行业仍然存在诸多问题,如构件厂产能达不到设计产能、劳动生产率低下、生产过程中浪费严重等问题给行业的发展带来了一定困难。结合生产工艺进一步探讨预制构件在不同环境条件下的养护温度、养护时间与强度之间的关系,并针对不同养护条件下的碳排放量进行计算,以期为预制构件的养护过程提供支撑,进而降低耗能。1温度对混凝土早期强度的影响机理混凝土是由胶凝材料、骨料和水
6、共同构成的复杂多相聚焦体,从微观结构来看由水泥凝胶、氢氧化钙结晶、毛细管、未水化的水泥颗粒、孔隙水、凝胶孔隙、骨料颗粒及气泡等组成,其强度取决于:硬化的水泥浆强度、浆体 骨料粘结强度及骨料的特性。在这 3 个因素中,温度对水泥浆的强度影响最直接,而水泥浆的硬化强度直接决定混凝土早期强度。温度对混凝土强度的影响表现在以下 3 个方面:(1)水化反应的速率;(2)混凝土内部结构的特性;(3)蒸发和干燥速率。一般来说温度升高会加快水化反应速率,强度提升更快,同时也导致水分蒸发速度加快,水分的散失既阻滞了水泥的水化,又使混凝土因失水而收缩,导致早期裂缝的产生,因此在高温养护时,尤其要注意混凝土保湿,综
7、合混凝土早期养护对温度与湿度的要求,采取蒸汽养护的方式,可大幅缩短生产周期,提高产出率。2配合比及试验结果2.1配合比设计采用 C30 混凝土开展研究,配合比设计见表 1。表 1C30 配合比标号单方材料用量/(kg/m3)水水泥矿粉粉煤灰砂子石子外加剂C3015826848568121 0318.0 注:为提高模具周转率,外加剂掺有早强组分。2023 年 10 月2353此设计配合比混凝土工作性能见表 2。表 2混凝土工作性能设计强度/MPa坍落度/mm25 终凝 时间/h10 终凝 时间/h5 终凝 时间/h301605.38.537.22.2试验设计及结果试验在环境温度分别为 25、10
8、、5 的3 种情况下开展,在设计养护温度分别为 25、40、60 的条件下,研究时间与强度的关系,试验结果见表 3。表 3不同环境下养护温度、时间对应强度环境 温度/养护 温度/养护 5 h 强度/MPa养护 6.5 h 强度/MPa养护 8 h 强度/MPa养护 9.5 h 强度/MPa252512.217.821.322.84016.520.522.924.46018.822.624.325.310259.612.915.717.44013.619.321.823.26017.221.923.724.65-258.211.313.415.44011.917.820.522.26015.12
9、0.622.924.3 注:养护强度为从升温阶段算起达到养护时间后,拆模静置 1 h后的强度。3试验结果分析根据试验结果,绘制强度 时间关系曲线如图1 图 3 所示。拆模强度不养护强度/MPa养护温度 40 养护温度60 时间/h3025201510504 5 6 7 8 9 10 图 125 环境下养护温度对构件强度的影响从图1图3可以看出,(1)当环境温度为25 时,预制构件在不养护的情况下,8 h 可达到拆模强度,在养护温度为 40 的情况下,7 h 可达到拆模强度,而在养护温度为 60 的情况下,5.5 h 左右即可进拆模;(2)当环境温度为 10 时,在预制构件养护温度为 60 的情
10、况下,6 h 可达到拆模强度;在养护拆模强度养护温度25 强度/MPa养护温度40 养护温度 60 时间/h3025201510504 6 8 10图 210 环境下养护温度对构件强度的影响拆模强度养护温度25 强度/MPa养护温度40 养护温度 60 时间/h3025201510504 6 8 10图 35 环境下养护温度对构件强度的影响温度为40 的情况下,8 h可达到拆模强度,而养护温度为25的情况下,预制构件在养护9.5 h后仍未达到拆模强度;(3)在环境温度为-5时,养护温度60、40 达到拆模强度对应的养护时间分别为6.5 h和9 h,养护温度为25 时,养护9.5 h后强度仅为1
11、5.4 MPa,仅为构件设计强度的51%,不具备拆模 条件。结合混凝土终凝时间及强度时间曲线来看,(1)当环境温度为 25 时,预制构件在 10 h 内完成养护即可满足 24 h 生产周期要求,首选不蒸养的模式进行构件养护;(2)当环境温度为 10 时,预制构件应在养护 7.5 h 内达到拆模强度,此时养护温度应设置为 4060;(3)当环境温度为 5 时,混凝土收面时间远大于 24 h,此时宜采取模台预热,预养护等方式缩短构件收面时间,而当养护温度为40 时,经历 9.5 h 养护方能达到拆模强度,因此应提高养护温度。4碳排放量计算结合北京某预制构件厂的实际生产条件进行研究,采用可同时对 6
12、0 m3构件进行蒸汽养护的立体式养护窑进行预制构件养护,将自动启停蒸汽发生器作为供热设备,窑内温度通过温度传感器进行自动控温,以确保养护温度在预设温度范围内。通过测算,不同环境下不同养护温度对应的燃气使用量见表 4。孔凡敏:不同环境温度对预制构件早期养护碳排放量影响的研究建 筑 技 术第 54 卷第 19 期2354表 4不同环境下不同养护温度对应的燃气使用量环境温度养护温度燃气使用量/(Nm3/h)25 不养护040 2060 4510 25 3640 6360 855 25 6540 9660 125燃气产生的二氧化碳排放量 G 按式(1)计算:G=(MfHVfCfOXf44/12)1 0
13、00 (1)式中:G 为碳排放量,kg;Mf为燃料的消耗量,104 Nm3;HVf为单位燃料的平均低位发热量,按规范取值 389.31 GJ/t;Cf为单位热值含碳量,按规范取值0.0561 tC/GJ;OXf为氧化率,按规范取值 99.5%。根据计算结果,绘制碳排放量与养护时间之间的关系曲线,如图 4 图 6 所示。不养护碳排放量/kg养护温度 25 养护温度40 时间/h4 0003 5003 0002 5002 0001 5001 00050002 4 6 8 10图 425 环境下养护温度对碳排放量的影响养护温度25 碳排放量/kg养护温度40 养护温度 60 时间/h7 0006 0
14、005 0004 0003 0002 0001 00002 4 6 8 10 图 510 环境下养护温度对碳排放量的影响养护温度25 碳排放量/kg养护温度40 养护温度 60 时间/h10 0008 0006 0004 0002 00002 4 6 8 10图 65 环境下养护温度对碳排放量的影响结果所示,从降低碳排放量角度来看,(1)当环境温度为 25 时,应选择不养护的模式对构件进行养护;(2)当环境温度为 10 时,养护温度60,达到拆模条件的碳排放量为 4 063.68 kg,养护温度为 40,达到拆模条件碳排放量为 4 015.87 kg,排放量基本相当,应根据养护时间调节养护温度
15、;(3)当环境温度为 5 时,养护温度 60,达到拆模条件碳排放量为 6 474 kg,而养护温度 40 达到拆模条件碳排放量为 7 266.82 kg,应选择提高温度、缩短养护时间,这与构件生产工艺要求一致。5养护工艺要点5.1养护设备选择对于蒸汽发生设备,目前符合绿色环保要求的是燃气锅炉和蒸汽发生器,在能耗方面,蒸汽发生器可进行并联式配置,按蒸汽需求量灵活叠加,远近距离分布式安装,可大幅节省蒸汽管道传输的热损失和管道运行维护成本。同时蒸汽发生器可充分吸收尾部烟气自带的热量,将排烟温度控制在 60以内,有效减少高温烟气造成的污染和浪费,降低能源损耗,各厂家应根据自身实际情况选择合理设备。5.
16、2养护工艺预制构件的蒸养过程应按照静置 升温 恒温 降温的工艺流程执行。(1)预制构件收面完成后宜静置 15 min,不宜直接升温。(2)静置阶段过后,缓慢有序地开通蒸汽,持续提高养护温度,升温速度应控制在 1015 /h,谨防产生胀裂性裂纹,最高温度不宜超过 60。(3)构件达到预设温度后,应停止升温并保持,期间应通过多点测温,控制养护温度。(4)达到预 设时间后,可有序关闭蒸汽,降低养护温度,降温速率应不超过 10 /h,当养护温度接近室温时,方可进入下一步操作。5.3构件保湿预制构件养护过程中要重点关注构件保湿,若构件表面不能保持湿润,会造成水分过早蒸发产生干缩裂纹或水化反应不充分,因此
17、在养护过程中要重点关注构件保湿。常用作法有喷雾、覆盖薄膜等。养护完成后仍需进行后续的保湿养护工作。6结论(1)预制构件厂为提高构件生产效率,可采用第 54 卷第 19 期 2023 年 10 月Vol.54 No.19 Oct.20232355 建 筑 技 术 Architecture Technology高速公路隧道用洞渣混凝土耐久性研究与应用王杰之,温树磊,魏文安,张 超,陈喜旺,孔凡敏(北京建工新型建材有限责任公司,100015,北京)摘要:以某高速公路隧道混凝土为例,阐述了隧道高性能混凝土的配合比设计理念,针对隧道混凝土的耐久性进行了研究。由于目前市场天然砂紧缺的原因,因此用优质机制砂
18、替代了部分天然砂,试验过程中使用的粗骨料及机制砂均产自隧道洞渣。研究表明,通过控制配合比设计过程中的水胶比、砂率以及机制砂石粉含量,能有效改善隧道衬砌混凝土的抗冻性能、抗氯离子渗透性能及抗硫酸盐侵蚀性能。关键词:隧道混凝土;耐久性;洞渣;抗冻性能;抗氯离子渗透性能;抗硫酸盐侵蚀中图分类号:TU 74 文献标志码:A 文章编号:1000-4726(2023)19-2355-04RESEARCH AND APPLICATION OF DURABILITY OF SLAG CONCRETE FOR EXPRESSWAY TUNNELSWANG Jie-zhi,WEN Shu-lei,WEI Wen-
19、an,ZHANG Chao,CHEN Xi-wang,KONG Fan-min(BCEG Advanced Construction Materials Co.,Ltd.,100015,Beijing,China)Abstract:In this paper,based on the example of the concrete of an expressway tunnel,the mix ratio design concept for high-performance tunnel concrete is expounded,and the durability of tunnel c
20、oncrete is studied.As natural sand is scarce in the current market,high-quality machine-made sand is used to replace some of the natural sand,and coarse aggregate and machine-made sand used in experiments all come from tunnel slags.The study shows that the frost resistance,the resistance to chloride
21、 ion permeability and the sulfate erosion resistance of tunnel lining concrete can be effectively improved by controlling the water-cement ratio,sand coarse aggregate ratio and machine-made stone powder content during the mix ratio design.Keywords:tunnel concrete;durability;slag;frost resistance;res
22、istance to chloride ion permeability;sulfate erosion resistance随着我国基础建设的大力推进,混凝土作为应用广泛的建筑材料,其结构的耐久性问题也越来越受到重视,但混凝土结构耐久性的研究大多集中在工业、民用建筑和桥梁结构中,关于隧道混凝土耐久性的研究非常欠缺。为此,通过对部分既有高速公路隧道混凝土耐久性的调查,发现隧道所处的环境条件和地上结构不同:隧道内空气质量较差,汽车尾气等有害气体浓度较高,对混凝土的腐蚀性较大,在围岩条件差、昼夜温差大和地下水发育的部位,病害更加严重,我收稿日期:20230810作者简介:王杰之(1988),男,河
23、北邢台人,工程师,e-mail:.蒸汽养护的方式提高构件早期强度,按 24 h 为一个生产周期计算,从浇筑到养护完成需控制在16 h之内。(2)在环境温度为25 的情况下,从节约能源的 角度来看,首选不蒸养的模式进行构件养护。(3)当环境温度为 10 时,养护温度应设置为 4060,此 时 养 护 阶 段 碳 排 放 量 为 4 015.87 4 063.68 kg。(4)当环境温度为 5 时,宜采取预热模台、预养护等方式缩短构件收面时间,并提高养护温度,降低碳排放量,但不宜超过 65。(5)构件养护过程中应注意升温、降温速率及构件的保湿养护。参考文献1 杜珂,张凯,杨秀文.预制构件行业的发展
24、现状 J.现代制造技术与装备,2019(10):200202.2 张子明,周红军,赵吉坤.温度对混凝土强度的影响 J.河海大学学报(自然科学版),2004(11):674679.3 丁建峰.PC 混凝土构件的蒸汽养护技术 J.泰州职业技术学院学报,2021(8):7274.4 杜淑雯.基于碳减排视角的装配式建筑增量成本及效益评价研究D.绵阳:西南科技大学,2023.5 何江.施工阶段碾压混凝土坝温度应力优化控制研究 J.陕西水利,2023(5):2021,24.6 陈廷华,孙学坤.环境温度和浇筑温度对混凝土温度应力耦合作用分析 J.中国新技术新产品,2023(11):120122.7 赵飞,方禹.水工结构大体积混凝土温度监测及浇筑施工技术分析 J.工程与建设,2023,37(2):739742,775.