混凝土溫控技術探討

吳耿富 梁樹榮

（1 廣州盈筑混凝土有限公司；2 廣東城聯中建混凝土有限公司）

0 引言

百年大計，質量為本。廣州市地鐵工程建設設計使用年限為百年工程，必然要求其混凝土要具有良好的耐久性能。而影響混凝土耐久性的因素有碳化、侵蝕性化學、凍融、堿集料反應等多種因素，廣州地鐵位于濱海沉積的土層種，所以對混凝土的最大危害因素是化學侵蝕和鋼筋銹蝕。化學侵蝕主要是由空氣或水中的CO2分子、地下水和海水中的SO42-以及某些工業廢水中的H+滲透進入到混凝土內部并發生化學反應所引起的，鋼筋銹蝕主要是地下水CL-1離子超標且與CL-1離子的滲透遷移有關，兩者均與混凝土的密實性直接相關。如果混凝土自身密實性較好（即滲透系數較低），則外界的有害化學物質難以滲透到混凝土內部。混凝土耐久性與其滲透系數有一定的對應關系。因此要提高混凝土的耐久性能必然要提高混凝土的抗滲性能。而混凝土不開裂是保證混凝土抗滲性能的最基本條件。在廣州，夏季溫度很高，常常容易產生溫度裂縫；對于溫度裂縫要從原材料、混凝土配合比、施工、養護多方面控制。而在高溫天氣里施工，控制混凝土的入模溫度是減少混凝土熱裂縫的必要措施，而用加冰進行混凝土控溫是比較直接、有效的措施。鑒于廣州夏季氣溫較高的特點，因此如何科學合理地進行溫度控制來保證混凝土入模溫度是技術工作的重點，本文根據廣州地鐵工程混凝土加冰實例結合有關理論進行計算、分析，總結出混凝土的溫控經驗，可以較好地解決混凝土的溫控問題。具體計算分析、如下：

1 計算基準

混凝土配合比以廣州地鐵常用的混凝土等級為例，假設混凝土配合比如表1（干燥基，單位為kg/m3，并忽略外加劑對溫度的影響）。

表1 混凝土配合比

⑴混凝土溫度計算按公式⑴

式中：

Mc、Cc、Tc——分別是水泥用量（kg/m3），比熱（kJ/kg.℃）和溫度（℃）。

Mf、Cf、Tf——分別是粉煤灰用量（kg/m3），比熱（kJ/kg.℃）和溫度（℃）。

Ms、Cs、Ts—— 分別是砂用量（kg/m3），比熱（kJ/kg.℃）和溫度（℃）。

Mg、Cg、Tg——分別是石用量（kg/m3），比熱（kJ/kg.℃）和溫度（℃）。

Mw、Cw、Tw——分別是水用量（kg/m3），比熱（kJ/kg.℃）和溫度（℃）。

⑵基本參數設定

氣溫Ta=30℃，水泥溫度Tc=90℃，粉煤灰Tf=40℃,水溫Tw=28℃，砂、石的溫度等于水溫，即Ts=Tg=Tw=28℃；且Cc=Cs=Cg= 0.90，Cf= 0.90，Cw= 4.2（參照GB50204-2015《混凝土結構工程施工及驗收規范》）。要求混凝土運到工地后的溫度低于32℃，考慮混凝土在運輸過程的溫升，混凝土出工前應控制在29℃以下。

2 混凝土拌合物溫度

混凝土拌合物溫度（攪拌后的出機溫度）計算過程如下：

3 氣溫與混凝土溫度的關系

假設水泥與粉煤灰的溫度不變，水溫始終比氣溫低2℃，而砂、石經自來水沖洗而與水溫相同，按上述公式可推出混凝土溫度與氣溫的關系公式：

即：Th= 8.6 +0.87Ta⑵

據此，可算出不同氣溫下的混凝土溫度，結果見表2。

表2 不同氣溫下的混凝土溫度

4 原材料溫度變化對混凝土溫度的影響

⑴水泥溫度降低10℃（△Tc= 10℃）時：

⑸氣溫降低10℃（△Ta= 10℃）時，假設不、砂和石的溫度也同步降低10℃，則混凝土溫度變化：

綜上述，水泥、砂、碎石、水、氣溫每降低10℃，混凝土溫度分別降低1℃、2.5℃、3℃、3℃和8.7℃。

5 混凝土溫度降低1℃所需冰量（理論用冰量）

⑴當△Th= 1℃時，需吸熱量

6 在配送及等候施工期間對混凝土溫度的影響

⑴當不考慮攪拌車內磨擦及水泥水化反應所引起混凝土的升溫，僅從熱傳導的角度出發，理論上混凝土溫度在運輸途中的溫度變化可用下公式計算：

式中：

T2——混凝土運輸后的溫度（℃）；

T1——混凝土的出機溫度（℃）；

t1——運輸及等候時間（h）；

n——混凝土轉運的次數，一般以1次計算；

Ta——運輸時的氣溫（℃）；

a——溫度損失系數（h－1）,當以攪拌車運輸時a=0.25。

⑵若氣溫以30℃、運輸及等候時間按1 小時計算，根據前述計算結果，可求得經運輸后的混凝土溫度：

T2 = 34.7－(0.25 × 1 + 0.032 × 1) ×(34.7－30)

= 33.4℃

ΔTh=T2－T1 = 34.7－33.4 = 1.3℃

從此公式可知，不考慮混凝土磨擦及化學反應時，當混凝土溫度高于氣溫時，混凝土在運輸途中是降溫過程；反之，若混凝土溫度比氣溫低（如加冰混凝土）則是升溫過程。但是當溫差不大時，升降溫的幅度都不大（溫差1℃，才升降溫0.282℃）.

⑶而在混凝土生產配送時要考慮的因素要復雜的多，混凝土在攪拌車運輸的過程中，除了與大氣的熱傳遞以外，混凝土與車鼓的磨擦、混凝土自身的磨擦及水泥的水化反應都將使混凝土的溫度升高，混凝土的實際溫升是熱傳遞、磨擦以及水化熱的綜合結果。熱傳遞使混凝土溫度可能升高也可能降低，而磨擦和水化熱則必然導致升溫。根據實測，混凝土經過1 小時運輸后一般溫度略升高2～3℃，30分鐘約升溫1℃左右。根據上述理論，可以科學、合理地根據施工當天氣溫及原材料溫度情況計算所需用冰量并有針對地采取溫控措施（單獨一種或同時采用多種措施）使混凝土的入模溫度控制在30℃以下，控制措施見表3。

表3 入模溫度控制措施

7 結語

根據以上理論我司用Excel 工作表編制混凝土溫度計算表，當需要添加冰塊時只要提供原材料的溫度、氣溫及需要控制的混凝土溫度，就可以快速地計算出需要添加混凝土冰塊用量，較好地解決了混凝土的溫控問題。我司在2022 年夏季起在廣州地鐵廣州東站至花都天貴城際軌道交通工程中使用該溫控理論，相信能較低好地解決了混凝土的溫控問題，收到了較好的經濟效益。