水膠比與混凝土溫控措施的響應關系分析

李昱坤+方榮杰+吳限+辛勝林

摘 要：本文從混凝土水膠比的角度出發，通過實驗分析出水膠比與混凝土強度的一般關系，再通過絕熱溫升實驗，探究出不同強度等級常態混凝土的絕熱溫升曲線關系，根據絕熱溫升曲線圖總結混凝土溫升的相關信息，從而構建出水膠比與混凝土溫升的內在關系，在此基礎上建立水膠比與混凝土溫控措施的響應機制，從水膠比的角度提出合理的混凝土溫控措施。

關鍵詞：混凝土 溫控 水膠比

近年來，國家對基礎設施建設的投資逐漸加大，各類大型工程相繼開工，其中很多建設項目均涉及到大體積混凝土?；炷猎谀Y硬化過程中發生水化熱反應，會產生大量的熱量而引起混凝土溫度升高，外部混凝土和大氣相接，散熱相對更快速，從而形成了較大的內外溫差，這種溫差將產生溫度應力引發混凝土結構的溫度裂縫。所以大體積混凝土施工中溫控措施十分重要，對提高混凝土整體性和耐久性具有積極作用。影響混凝土溫控的因素有很多，本文試圖從水膠比的角度出發，研究水膠比的變化和混凝土溫升的內在關系，基于此構建出水膠比和混凝土溫控措施的響應關系，從水膠比變化的角度對混凝土溫控措施提出有效的建議，提高混凝土工程施工質量。

1.分析水膠比對混凝土強度影響的一般關系。

1.1混凝土試樣制備

所謂水膠比就是每立方米混凝土用水量與所有膠凝材料用量的比值。水泥選擇普通硅酸鹽水泥，砂、不同級配的石子均選取同一產地的，以盡量降低其他因素對混凝土抗壓強度的影響。分別制作水膠比為0.49、0.57、0.62的標準混凝土試樣（長寬高均為150mm）用于抗壓強度的測試，其中不同水膠比試樣的大小石子的配比保持不變，只改變砂率來滿足水膠比的占比。

1.2試樣測試

將不同水膠比的混凝土試樣在標準養護室分別養護7天和28天。然后采用液壓式壓力試驗機分別測試試樣的抗壓強度，所用試驗機見圖2。試樣所測試的抗壓強度見表1。

1.3試驗分析與結論

基于上述試樣的試驗測試結果，不同水膠比的混凝土的抗壓強度變化規律見圖1。由圖可知，同種水膠比混凝土試樣在不同養護天數下的抗壓強度差別較大，養護天數越多，混凝土強度越大，水膠比為0.49時，7天和28天的強度差值為7.8MPa，水膠比為0.57時，7天和28天的強度差值為6.8MPa，水膠比為0.62時，7天和28天的強度差值為4.7MPa，可以看出，水膠比越小，混凝土抗壓強度在養護期間增長潛力越大。同時，不同水膠比混凝土試樣在相同養護天數下均表現為相同的規律，即不同水膠比混凝土的抗壓強度存在較大差異，在養護時間不變的前提下，存在水膠比越高，混凝土強度越低的一般規律。

2.討論不同強度等級混凝土對絕熱溫升的影響

2.1絕熱溫升試驗

混凝土的絕熱溫升是指隔熱的條件下，水泥硬化過程中所產生的混凝土溫。試驗按照《水工混凝土試驗規程》SL352-2006中“4.18混凝土絕熱溫升試驗”進行。實驗采用JR-2絕熱溫升儀進行測定，溫度跟蹤精度為±0.1℃，試件尺寸為Ф400mm×400mm，可直接進行全級配混凝土試驗，試驗歷時28天。試驗所使用的的混凝土材料同前述強度試驗一樣，保持混凝土試樣大小石子配比不變，通過砂率的調整選用不同水膠比來控制混凝土試樣設計齡期的強度標準值，本次試驗中選用二級配混凝土C15，C20，C25三個設計強度等級。每個強度等級取試件8個，分別在試驗期不同時間節點檢測各個試件的絕熱溫升，并取平均值填入試驗記錄表格。

2.2絕熱溫升試驗成果

混凝土絕熱溫升試驗成果見表2，絕熱溫升曲線圖見圖2。

2.3試驗分析及結論

基于試驗圖表，不同設計強度混凝土試件絕熱溫升數值有所差異，但絕熱溫升過程的發展趨勢較為相似，均是在大致8天齡期之內絕熱溫升值增長速度較快，大致呈現線性增長的規律，8天之后的齡期中，發展規律為：各強度等級混凝土試件絕熱溫升增長速度均較為緩慢，且各強度等級混凝土試件絕熱溫升曲線呈現出大致平行的一般規律。同時，從曲線圖可以看出，標準養護齡期內，在任意絕熱溫升檢測時間節點上，均有混凝土強度等級越高，其絕熱溫升值越大的關系，且8天齡期內，隨著齡期的增長，同一時間節點上不同強度混凝土試件絕熱溫升差值呈現變大趨勢，而在8天之后的齡期中，此差值隨著齡期的增長表現出趨于穩定的現象。取3天齡期時間節點，C15試件與C20試件絕熱溫升差值為2.3℃，C20試件與C25試件絕熱溫升差值為4.5℃，而在14天齡期時間節點上，相應的絕熱溫升差值為3.7℃和7.5℃，可以看出，在養護齡期的任意時間節點上，同樣強度級差的混凝土試件的絕熱溫升差值，在強度等級較高區域的差值呈現出數值更大的規律。

3.構建水膠比與混凝土溫控措施的響應機制

在前述試驗分析的基礎上，可以看出，保持混凝土大小石子級配不變，通過砂率調整水膠比，水膠比越大，則混凝土強度等級越低，而混凝土強度越低，在任一時間節點上，其絕熱溫升值越小，絕熱溫升發展趨勢符合上述曲線圖。同時，絕熱溫升值越小，混凝土溫度則越低，故混凝土溫度變化趨勢可以類比絕熱溫升曲線。當水膠比越大，則在大致8天養護齡期內，混凝土溫度增長速度越快，大致呈現線性增長，且澆筑的初始溫度值也較高，8天過后混凝土溫度逐漸趨于一個比較穩定的數值，水膠比越大混凝土的這個穩定數值就越大，表明水膠比越大混凝土的最大溫升值就越大。

4.淺析水膠比對混凝土溫控措施的影響

基于上述試驗分析，從水膠比的角度出發，對28天養護齡期內混凝土溫控措施提出建議為：一般情況下，忽略其他相關因素的影響，澆筑混凝土所選用的水膠比越大，則澆筑初期混凝土溫度越高，可選用低水化熱和含堿性量低的水泥，也可采用混凝土預冷措施，比如骨料預冷、加冰水拌合等，而在大致8天齡期內，水膠比越大的混凝土溫度增長速度越快，溫度絕對值也越高，這個時間段內是混凝土內部水化熱反應和溫升最劇烈的階段，此階段對混凝土整體性和耐久性影響比較顯著，需要采取及時有效的溫控措施，比如控制混凝土澆筑間歇期、分層厚度，預埋冷卻水管等，在8天之后的齡期中，各水膠比對應的混凝土溫升逐漸趨于穩定，達到溫升峰值，且水膠比越大，峰值越高，在這個階段，混凝土內部溫度處于較高水平，而混凝土外部與大氣聯通，散熱較快，故此階段混凝土內外溫差較大，溫度應力比較顯著，較為容易產生溫度裂縫，則此階段需要對混凝土采取養護措施，包括保濕措施和保溫措施。綜上，混凝土的澆筑施工需要根據水膠比與混凝土溫控措施的響應機制，及時的采取有效的溫控措施，緩解混凝土的溫度效應，減輕或者是避免混凝土溫度裂縫的發生和發展，提高混凝土的整體性和耐久性，有力的保障水工混凝土結構的可靠性。

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