大体积高强混凝土水化温升特性评析.pdf

第 3 2卷第 1 1期 2 0 1 0年 1 1 月 人民 YELL0W 黄河 RI VER Vo 1 3 2 NO 1 1 No v ， 2 01 0 【 水利水 电工程 】 大体积高强混凝土水化温升特性评析 刘 俊 龙 ( 浙 江建设职 业技术 学院 建 筑工程系， 浙江 杭州 3 1 1 2 3 1 ) 摘要： 以低水胶比、 掺用硅粉和粉煤灰的大体积高强混凝土为对象， 评析大体积高强混凝土的水化温升特性。结果表 明： 保持 其他 务件 不变 ， 最大水化温升值 随水胶 比的提 高而增大 ， 随硅 粉 、 粉 煤灰和 高效减水 剂掺 量 的增加 而降低 ； 平均 温升速率 随水胶 比的提 高而降低 ， 随硅 粉 、 粉煤灰和 高效减水剂掺 量的增加而增 高。 关键词 ：高强混凝 土；水化热 ；绝热 温升 ；硅粉 ；粉煤灰 ；高效减水 剂 中图分类号 ：T U 5 2 8 3 1 文献标识码 ： A d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 0 1 3 7 9 2 0 1 0 1 1 0 5 3 硬化混凝土构件 中存在温度梯度 ， 该梯度产生热应 力， 受高寒地区外界温度变化影响， 可能造成混凝土热开裂。 通常认为热裂缝是影响大体积混凝土构件的主要问题 ， 除大体 积构件外， 高强混凝土( H S C ) 也容易出现早期热裂缝 。即 使在体积不很大的情况下， HS C构件中也可能产生很大的温度 梯度， 其主要原因是大量使用超早强高标号硅酸盐水泥， 在硬 化期间放热速度很快。与普通混凝土( N S C ) 相比， 高性能混凝 土( HP C) 水胶比( W B ) 很低， 高效减水剂 ( 超塑化剂) 用量大， 并且使用硅粉、 粉煤灰等， 由于它们都不同程度地影响水泥水 化， 因此 H P C的水化热和强 度发展 与 N S C有所不 同。对于 N S C而言 ， 当水胶 比相 同时 ， 其 绝热 温升随水 泥用 量 的增加 而 提高； 对于 H P C而言， 水泥用量不是单一的影响因素， 而与外 加剂 、 掺合料等有密切关 系 。研究 H P C的水化 热问 题 ， 对 防 止混凝土构件早期出现热裂缝、 消除混凝土质量隐患是很有必 要 的 1 试验概要 1 1 试 验 原材料 水泥( O P C ) ： 强度 等级 为 5 2 5的普 通硅 酸 盐 水泥 ； 硅粉 ( S F ) ： 某化学制品公司提供的微硅粉； 粉煤灰( F A) ： 某火力发 电厂提供的 I级粉 煤灰 ； 细骨料 ( S ) ： 河砂 ， 细度 模数 为 3 1 ， 含 泥量为0 5 ； 粗骨料( G) ： 石灰岩碎石， 粒径为 52 0 mm； 拌 合用水( W) ： 饮用水； 高效减 水剂( F D N) ： F D N 9 0 0 1萘系减水 剂 ， 减水率为 2 3 。 1 2配合比设计 在预选参数的基础上， 经过试配确定基本参数： 试验的混 凝土强度等级为 C 6 5 ； 坍落度为 2 5 I B m； 水胶 比( W B) 采用 0 3 0、 0 3 2 、 0 3 5三种 。试验采用粉煤灰掺量为 2 5 、 硅粉掺量 为 1 0 、 高效减水剂掺量为 1 5 ， 粉煤灰掺量为 2 0 、 硅粉掺 量为9 、 高效减水剂掺量为 1 0 ， 粉煤灰掺量为 1 5 、 硅粉 掺量为8 、 高效减水剂掺量为 0 5 的三种情况进行分析。 为了更好地凸现大体积高强混凝土的水化温升特性， 同时设置 了一组普通强度的大体积混凝土配合比。细骨料 粗骨料单方 用量为 6 9 0、 1 0 5 0 k g m 3 ， 其他材料用量 见表 1 。 表 1 高强混凝 土和普通 混凝土配合 比 1 3试验方法 为更好地模拟实际情况， 便于测试混凝土内部温度， 在试 验时， 制作尺寸为 1 0 0 0 h i m1 0 0 0 m m x 1 0 0 0 m m的大体积立 方体试件 ， 在标准养护条件下， 分别测量 0 5 、 l 、 2 、 3、 6 、 1 2 、 2 4 、 4 8 、 7 2、 1 2 0 、 1 6 8 、 2 4 0 、 3 3 6 h和 6 7 2 h混凝 土 试 件 中心 的绝 热 温升。 2 试验结果分析 2 1 试验结果 试验结果见表 2 ， 可以看出 N S C的水 化热只与水胶 比和水 泥用量有关， 随着水泥掺量的增加， 温升增快， 而 H S C的水化 热与水胶 比 、 水泥用量 ， 所掺 的硅 粉、 粉煤 灰和高效减水剂 等均 有密切关 系。 收稿 日期 ： 2 0 1 0 - 0 3 - 2 6 基金项目： 浙江省建设厅建设科技科研和推广项 目( o 6 1 5 ) 。 作者简介： 刘俊龙( 1 9 6 2 一) ， 男， 四川安岳人， 副教授， 主要从事水泥等基材性 能研 宛工作 E ma i l ： lj 1 9 4 9 1 6 1 6 3 C O ltl l 1 l 9 人 民 黄 河2 0 1 0年第 1 1 期 表 2 大体积高强混凝土和普通混凝土的水化温升特性 2 2 大体积高强混凝土最大绝热温升特性 准绝热条件下 ， 水泥净浆水化导致的温升和随后的温降特 征曲线见 图 1 ， 其 中： 、 和 7 1 为浇筑温度 、 环境温度 和峰值 温度； f 为峰值温度对应的龄期； A 为最大绝热温升值。由 于材料内部温度的变化与材料自身的热学特性( 比热容 、 热容 量等) 和水化特性( 水化速率 、 水化放热率) 密切相关， 因此随 着所采用原 材料、 配合比的不同 t 。 和 7 均存在一定 区 别 图 1 水泥 浆水化绝热温升曲线 由表 2可以看 出 ， 水胶 比的大小影 响水泥的水化速 率和水 化程度， 进而影响放热速率和放热量。一般而言， ? 昆凝土巾的 水泥用量越大 ， 总 发热量越大 ， 在绝热状态下 ， 每 1 0 0 k g水泥可 使混凝土升温 1 2 。对 于普通混凝土 ， 当水胶 比相 同时， 其绝 热温升随水泥用量的增加而升高， 但对于 H S C， 水泥用量不是 影响温升的单一因素， 由于掺入的硅粉和粉煤灰取代了部分水 泥 ， 减少了水泥用量 ， 因此温升和 总水化热得到 了控制。 2 3 大体积高强混凝土平均温升速率特性 当水胶 比为 0 3 0 ， 硅 粉掺 量为 1 0 时快速温 升时 问为 1 8 h ， 硅粉掺量为8 时快速升温时间推迟 r 4 h 。试验还发现硅 粉对早期水化的效果受外加剂影响， 当不掺高效减水剂时， 运 用硅粉并不能控制早期水化速度 ， 使用高效减水剂对放热速度 有明显影响。对早期水化加速效果的控制作用是 F D N和硅粉 共同作用的结果， 其效果 比普通混凝土显著。在相同条件下， 粉煤灰掺量不超过 2 0 0 时， 对混凝土的其他性能( 如强度等) 影响不明显 ， 只是混凝 土 的温升稍 有降低 ， 但 当掺量 达到和 超 过 2 5 时 ， 对混凝土 的温升影响则十分明显 。这是由于粉煤 灰 的水化或化学反应速率迟于普通硅酸盐水泥， 因此其产生水化 热更慢， 这就意味着掺粉煤灰后 昆凝土早期温升小， 温峰也有 1 2 0 所降低 。 3 结语 通过试验对强度等级 为 C 6 5的大 体积高强 混凝 土的水化 温升特性进行了评析， 结果表明： 水泥用量不是影响混凝土温 升的单一因素， 它与水胶 比、 掺合料 、 外加剂等有密切关系， 为 降低温升 ， 应当尽量减少 水泥用 量， 并用矿物细掺料取 代水泥。 最大水化温升值随水胶 比的提高而增大， 随硅粉 、 粉煤灰和高 效减水剂掺量的增加而降低； 平均温升速率随水胶比的提高而 降低， 随硅粉、 粉煤灰和高效减水剂掺量的增加而增高。 参考文献： 1 夏雨， 王大伟 大体积混凝土施工期最高温度计算方法研究 J 人民黄河， 2 0 0 9 ， 3 I ( 1 ) ： 9 29 4 2 夏雨 张仲卿 大体积混凝土施1 二 期温度场的随机有限元分析 J 人民黄 河 2 0 0 8 3 0( 5 )： 9 29 3 3 A C I C o m m i t te e l 1 6 C e m e n t a n d c o n c r e t e t e r m i n o l o M A m e r i c a n C o n c r e t e I n s t i t ut e： Fa r mi n g t o n Hi l l s ， 2 0 0 0 4 A C I C o m m i t t e e 2 0 7 E ff e c t o f r e s t r a i n t ，v o l u m e c h a n g e ， a n d r e i n f o r c e m e n t o n c r a c k i n g o f m a s s c o n c r e te M A m e r i c a n C o n c r e t e I n s t i t u t e ： F a r m in g t o n H il l s ， 20 00 【 责任编辑吕艳梅】 蠖 麓蛙 莲 些毒 譬 莲 蔓莲 美 ： 笔 篷建 基 篓 数 蜚莲 塞 堂 耋 ( 上接第 1 1 8页) ( 2 ) P L SG A R B F有效地改进了 R B F神经网络模型， 其预 报精度优于独立使用 R B F神经网络模型的预报精度。但是， 此模型的计算时间比单独采用 R B F神经 网络有较大延长， 如 何减少模型计算时间和适合更大规模的数据建模仍需要进一 步研 究。 参考文献 ： 1 吴 中如 水工建筑物安全监控 理论及 其应用 M 北 京 ： 高等教育 出版社 ， 2 00 3 2 张满银 ， 张虎元 ， 孙志忠 ， 等基于 P L S的城市水资源 承载能力影响因子分 析 J 人民黄河 ， 2 0 0 8， 3 0 ( 4 )： 4 0- 4 3 3 陈明高 基于G AR B F神经网络改进算法的潜艇排水量与主尺度计算方 法研究 D 武汉 ： 华中科技大学 ， 2 0 0 6 4 李波， 顾冲时， 李智录， 等 基于偏最小二乘回归和最小二乘支持向量机的 大坝渗流监控模型 J 水利学报 ， 2 0 0 8 ( 1 2 ) ： 5 9 0 5 9 3 5 求是科技 M A T 1 A B 7 0 从入门到精通 M 北京： 人民邮电出版社， 2 0 o 6 ， f 6 景继， 包腾飞， 谷艳昌， 等 监测数据共线性问题的岭回归法分析 J 水电 自动化与大坝 监测 ， 2 0 0 7， 3 1 ( 3) ： 5 65 9 7 邓念武， 邱福清 偏最小二乘回归神经网络模型在大坝观测资料分析中的 应用 J 岩石力学与工程学报， 2 0 0 2 ， 2 1 ( 7 ) ： 3 6 4 0 8 张德涛， 叶鹰， 周文偏最小二乘回归与神经网络结合模型的应用 J 武 汉科技学院学报 ， 2 0 0 6 ( 1 1 ) ： 9一 l 6 【 责任编辑翟戌亮】