緩凝劑在炎熱季節大體積混凝土施工中的應用

張宇東，孫汝霖

（黑龍江省慶達水利水電工程有限公司，哈爾濱 150080）

隨著混凝土外加劑行業的迅速發展，混凝土外加劑也已被定義為混凝土中除水泥、砂、石和水之外的第五種組成成分。混凝土外加劑的種類也日益繁多，由最早單一型的塑化劑發展到各種功能型外加劑。同時，大體積混凝土的裂縫問題也一直不同程度地困擾著施工人員，尤其是在炎熱的夏季，而混凝土緩凝劑出現有效地解決了這一問題，也日益被工程人員所重視。本文主要結合具體工程介紹混凝土緩凝劑的性能及其在炎熱夏季大體積混凝土施工中的應用，以便使緩凝劑的作用進一步為大家所認識。

1 原理

延長混凝土凝結時間的外加劑稱為緩凝劑，它可使新拌混凝土較長時間保持塑性，以便灌注，提高施工效率，保證施工質量。緩凝劑總是與熱天施工的混凝土、大體積混凝土和泵送混凝土聯系在一起，其原因不僅是因為它延遲了水泥漿的凝結時間，而且還可以延緩和降低水泥水化時的放熱速度和熱量，從而使混凝土避免了由溫度應力引發的裂縫。炎熱季節施工的混凝土和大體積混凝土內部的熱量都不易散發而使混凝土局部溫度升高，造成內外溫差加大從而使混凝土開裂。本工程使用的是有機類糖鈣型緩凝劑，它可改變水泥粒子表面性質，即親水性，分子中的羥基在水泥粒子表面，使晶體相互接觸受到屏蔽，阻礙水泥水化過程，因此產生緩凝作用。

2 工程實例

某大廈基礎大體積混凝土設計強度等級為C30，基礎大體積混凝土總澆筑量為2 100 m3，分兩塊每塊體積為1 050 m3，一次性澆筑。環境溫度在16.2℃ ～30.8℃范圍內變化，施工用混凝土的和易性良好，坍落度控制在18～22 cm。混凝土入模溫度控制在25.1℃ ～30.6℃，混凝土澆筑后進行了嚴格的控溫工作，測溫部位為單塊混凝土。澆筑的同時施工單位按相關規定預留了足夠的試塊。混凝土配合比見表1。

表1 混凝土配合比表

單塊混凝土測溫圖見圖1。

圖1 基礎大體積混凝土溫度曲線

3 結果分析

大體積混凝土的水泥水化熱不易散發，在混凝土內部溫升過高，當混凝土內部的溫度與混凝土表面的溫度相差較大超過規范規定的25℃時，混凝土內部產生壓應力，表面產生拉應力，當拉應力超過混凝土的早期抗拉強度時，混凝土就會被拉裂，產生溫度裂縫。混凝土體積大，收縮量大，易產生收縮裂縫。混凝土量大，由于水泥水化熱產生的熱容大，加之混凝土為熱的不良導體，短時間內混凝土內部的熱量很難散去，如果降溫速度過快，混凝土會產生太大的溫差，這種降溫溫差極易引起混凝土的整體變形，而大體積混凝土是不可能一起隨溫差應力作用而變形的，再加之混凝土失水引起的體積收縮變形與混凝土受到地基和其它結構邊界條件的約束引起的拉應力的共同作用，易產生貫通裂縫，因此控制大體積混凝土澆注后5～14 d內產降溫速度問題很關鍵。

不摻加任何外加劑的普通混凝土，資料顯示一般在混凝土入模溫度10℃左右，環境溫度8℃ ～17℃時，澆筑后3 d出現內部溫升高峰;在炎熱的夏季施工當中，如不采取任何控溫措施時，混凝土的入模溫度通常會達到25℃ ～40℃，環境溫度在20℃ ～30℃，大體積混凝土內部的最高溫升在澆筑1 d后就出現。在本工程施工過程中，混凝土入模溫度最高達30.6℃，加之環境溫度最高達30.8℃，如果不采取任何降溫措施，混凝土的水化熱峰值將會在一天后出現，峰值理論預算將會高達80℃左右，將嚴重影響到混凝土結構的安全性，及易導致大體積混凝土由于內外溫差過大而造成的溫差裂縫問題。從圖中可以看出，大體積混凝土散熱方式為一維散熱，當采取的保溫養護措施得當時，溫降曲線平緩下降，這就表現為降溫曲線從溫升峰值以后的曲線部分。本工程由于加入了適當的緩凝劑控制混凝土溫度，使得大體積混凝土水化溫升峰值推遲到了澆筑后的第3天出現，峰值也較普通混凝土的水化峰值低。粉煤灰的摻用，雖然在一定程度上降低了水泥的單位使用量，是導致峰值降低的一個原因，但緩凝劑起到的緩凝作用才是主導，它使得水泥的前期水化速率放慢，混凝土中水泥水化放出的熱量通過混凝土結構散失的時間延長，熱量散失得到了充足的時間，致使出現的水泥水化熱峰值較低。這對于保證混凝土的質量、不產生溫度裂縫是極其有利的。

對于各區域的熱峰值不同，原因是由于各區域的邊界條件不同使得散熱條件不同，另外處于邊角處的散熱面積大，散熱較快，中心部位的散熱慢。同時各區域的養護也不盡相同，入模溫度也不相同，這都致使了各區域混凝土的溫度峰值出現的時間與大小不盡相同，但是均在控制范圍之內。

本工程通過對現場同條件預留試件的抗壓強度等力學性能的檢測證明，最終各項指標均達到設計要求，并沒有因為緩凝劑的加入而受到不利影響。這是因為緩凝劑分子在水泥粒子上的吸附層的存在，使分子間的作用力保持在厚的水化層表面上，使水泥縣浮體趨于穩定，并阻止水泥粒子凝聚。因此緩凝劑對水泥縣浮體也有分散作用。它們不但在原膠凝物質的粒子表面吸附，也在水化和硬化過程中吸附在新相的晶胚上，并使其穩定。這種穩定作用會阻止結構形成的過程，使早期強度稍有降低，但在水泥水化繼續進行的過程中，由于水泥粒子的膨脹引起吸附層之間的空隙擴大或膜層破裂，因此水泥水化作用可照常進行。這樣對后期強度的發展幾乎沒有壞的影響，有時甚至可以增加后期強度。

4 結論

大體積混凝土施工的關鍵是如何控制混凝土的水泥水化熱和混凝土的收縮量，以及水化熱的釋放速率和混凝土的降溫速率。尤其是在炎熱季節施工，水泥水化速度的控制顯得尤為重要，而根據工程具體情況合理地加入緩凝劑可有效地控制溫度裂縫和收縮裂縫的產生，解決了炎熱夏季大體積混凝土施工的一大難題。緩凝劑的加入對混凝土的早期強度稍有降低，但不會影響后期強度，甚至可增加后期強度，不會影響工程質量。

[1]張冠倫，王玉吉，孫振平.混凝土外加劑原理與應用[M].北京：中國建筑工業出版社，1996.