聚羧酸減水劑控制機制大體積混凝土水化熱的技術研究

摘要 目前，大體積混凝土采取循環水進行內部降溫，以達到控制內外溫差目的。但其施工工期長、管材及冷卻水耗量大，降溫不均勻導致混凝土出現貫穿性裂紋，缺點明顯。文章將針對聚羧酸減水劑（復合緩凝）控制機制砂大體積混凝土水化熱變化進行研究，分析聚羧酸減水劑中緩凝劑的組成及用量對混凝土水化熱變化的影響，研究其可行性、經濟等效益，為今后大體積混凝土施工提供借鑒。

關鍵詞 聚羧酸減水劑；大體積混凝土；水化熱；機制砂；裂紋；綠色；節能；環保

中圖分類號 TU528.2 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）07-0151-04

0 引言

機制砂大體積混凝土大量應用于房建、市政、橋梁、隧道工程等建筑領域。按要求大體積混凝土應選用水化熱低的通用硅酸鹽水泥[1-3]，但是目前高速公路的建設中幾乎都是自建拌和站生產混凝土，從施工成本與項目建設進度考慮，很難做到兼顧每個部位，難以實現單獨使用符合上述低水化熱的硅酸鹽水泥。

1 大體積混凝土配合比原材料及聚羧酸減水劑配方組成

1.1 原材料

試驗所涉及原材料（除聚羧酸減水劑外）全部從納晴高速第十合同段現場取樣，粗細集料干凈無雜質顏色灰白，由于機制砂（細集料）顆粒表面比較粗糙沒有河砂光滑，且粗顆粒總體比河砂多，所以砂率相對偏大；粗集料由5～10 mm、10～20 mm、20～31.5 mm（C50不使用）組成；水泥為普通硅酸鹽PO.42.5。所用原材料按同一批次生產進行取樣，一次性儲存到位。

1.2 機制砂大體積混凝土配合比要點

如表1所示，為大體積混凝土配合比相關數據，機制砂大體積混凝土配合比分別為C30、C40、C50（如表1）三個等級，混凝土均為泵送，與現場施工保持一致。為保證其可泵送性能，C30膠凝總量選定為375 m3/kg，C40膠凝總量選定為420 m3/kg，C50膠凝總量選定為475 m3/kg。

1.3 聚羧酸緩凝減水劑來源及配方組成

聚羧酸減水劑由貴州科筑創品建筑技術有限公司生產提供，C30、C40、C50混凝土采用相同配方減水劑，摻量統一為1%；其配方由減水母液30%、保坍母液10%、復合緩凝劑、水組成，復合緩凝劑成分由葡萄糖酸鈉、白糖（食用）、六偏磷酸鈉按比例組成，復合緩凝劑用量分為常規用量×1（溫度測線為測線1#）、復合緩凝劑常規用量×2（溫度測線為測線2#）和復合緩凝劑常規用量×4（溫度測線為測線3#）三種不同量分別對同一混凝土配比進行試驗對比。

2 大體積混凝土成型養護及設備

2.1 混凝土成型

混凝土成型體積大小為1.5 m×1.5 m×1.5 m立方體，混凝土拌制方量為3.375 m3，測溫連續記錄時長為10 d；同時分別成型28 d與60 d混凝土抗壓試件檢測強度值，為了避免混凝土表面溫度損失過大，在混凝土四周采用擠塑板進行保溫，防止風干頂面采用保濕土工布覆蓋。

2.2 溫度相關要求

大體積混凝土里表溫差要求小于25 ℃，降溫速率要求小于2 ℃/d，且滿足4 h內降溫小于1 ℃。

2.3 設備參數

采集設備為北京海創所生產HC?TW系列混凝土無線測溫儀，范圍：?30～150 ℃，精度：±0.3 ℃，通信頻率：433 MHz（ISM）/GPRS網絡，傳輸距離：GPRS無限制，數據采集時間間隔設置為10 min/次。

3 大體積混凝土冬季溫度變化與成型強度值

3.1 C30大體積混凝土冬季測溫記錄

如圖1所示，為C30大體積混凝土冬季測溫曲線。圖1測線1#在達到最高溫度40.5 ℃且持續10 h后開始緩慢降溫，里表溫差37 ℃，不符合規范要求；圖1測線2#在達到最高溫度34.4 ℃后保持5 h開始緩慢降溫，里表溫差為20～23 ℃間，滿足規范；圖1測線3#在達到最高溫度22.7 ℃后保持5 h開始緩慢降溫，里表溫差為16～20 ℃間，滿足規范要求；第5 d后溫度開始大幅度下降，第7 d趨于平穩，第9 d后與環境溫度幾乎一致。

3.2 溫度差

由圖1中可知，使用復合緩凝劑用量常規用量×1的測線1#溫度明顯偏高，比使用復合緩凝劑用量常規用量×4的測線3#溫度高出17.8 ℃，說明使用較大量的復合緩凝劑能很好地抑制混凝土內部溫度的升高，控制里表溫差。

3.3 實測強度值

冬季大體積混凝土28 d和60 d實際抗壓強度完全滿足混凝土等級需要，28 d已經遠超出了混凝土強度設計等級，達到設計值126%～129%，60 d，最高強度達到設計強度171%。

4 C30大體積混凝土夏季溫度變化與成型強度值

4.1 C30大體積混凝土夏季三條測線里表溫差值

如圖2所示，為C30大體積混凝土夏季測溫曲線。圖2中測線1#在經過38 h后溫度達到最高值53.5 ℃保持5 h后溫度開始下降，里表溫差在40.5 ℃（已超出規范）；第9 d后達到最低值，里表溫差8 ℃；圖2中測線2#在經過38 h后溫度達到最高值38.1 ℃，該溫度值在持續12 h（即50 h）后開始緩慢下降，里表溫差在15.7～19.2 ℃之間滿足要求，降溫速率滿足規范要求，第9 d后達到最低值，里表溫差7 ℃；圖2中測線3#在經過36 h后溫度達到最高值36 ℃，該溫度值在持續16 h（即52 h）后開始緩慢下降，里表溫差在16.2～19.6 ℃之間，滿足要求，降溫速率滿足規范要求，第9 d后達到最低值，里表溫差6 ℃。

4.2 C30大體積混凝土夏季實測強度值

如表2所示，為該大體積混凝土28 d和60 d實際抗壓強度值。該強度超出了混凝土強度設計等級，抗壓值達到設計值122%～128%，60 d強度均大幅度增長，抗壓強度達到設計強度171%～176%，強度富余值非常高。

5 C40大體積混凝土夏季溫度變化與成型強度

5.1 測線里表溫差值

如圖3所示，為C40大體積混凝土夏季測溫曲線。圖3中測線1#在經過31 h后溫度達到最高值61.5 ℃保持5 h后溫度開始下降，里表溫差在44.5 ℃之間（已超出規范）；第9 d后達到最低值，里表溫差3 ℃；圖3中測線2#在經過34 h后達到最高值47.8 ℃，該溫度值在持續5 h后開始緩慢下降，里表溫差在22 ℃滿足要求，降溫速率滿足規范要求，第9 d后達到最低值，里表溫差3 ℃；圖3中測線3#在經過36 h后達到最高值43 ℃，該溫度值在持續6 h后開始緩慢下降，里表溫差在16.9～18.6 ℃之間滿足要求，降溫速率滿足規范要求，第9 d后達到最低值，里表溫差3 ℃。

5.2 混凝土強度實值

如表3所示，為C40大體積混凝土28 d和60 d實際抗壓強度值。該混凝土工作性能完全滿足施工現場及泵送要求，28 d已經遠的超出了混凝土強度設計等級，抗壓達到設計值114%～116%，60 d后強度均大幅增長，抗壓強度達到設計強度151%～157%，強度富余值非常高。

6 C50大體積混凝土夏季溫度變化與成型強度

6.1 里表溫差值

如圖4所示，為C50大體積混凝土夏季溫度變化曲線。圖4中測線1#在經過32 h后溫度達到最高值62.3 ℃保持4 h后溫度開始下降，里表溫差在55.5 ℃之間（已超出規范），第9 d后達到最低值，里表溫差8 ℃；圖4中測線2#在經過35 h后溫度達到最高值48.8 ℃，該溫度值在持續5 h后開始緩慢下降，里表溫差在20～22 ℃滿足要求，降溫速度滿足規范要求，第9 d后達到最低值，里表溫差6 ℃；圖4中測線3#在經過40 h后溫度達到最高值44.2 ℃，該溫度值在持續7 h后開始緩慢下降，里表溫差在17～19.6 ℃之間滿足要求，降溫速率滿足規范要求，第9 d后達到最低值，里表溫差3 ℃。

6.2 C50混凝土強度實值

如表4所示，為C50大體積混凝土夏季抗壓實值數據。由表4數據可知，28 d和60 d實際抗壓強度值滿足要求，28 d抗壓達到設計等級110%～114%，60 d后強度均大幅度增長，抗壓強度達到設計強度141%～145%。

7 結論

綜上所述，在經過大量試驗對比及不斷總結可知，當使用復合緩凝劑常規用量×1時對混凝土水化熱抑制效果較差，里表溫差過大已超出規范最大值的要求；當使用復合緩凝劑常規用量的2倍或者4倍時，混凝土里表溫差均滿足要求，說明使用合理的復合緩凝劑的聚羧酸減水劑是能很好地抑制機制砂大體積混凝土水化熱反應，尤其是在使用復合緩凝劑常規用量4倍的時候水化熱抑制效果更明顯，混凝土拆模后經檢測無任何裂紋；試驗得知更大量的復合緩凝劑用量會導致混凝土的凝結時間過長，延長混凝土脫模時間，影響工期進度，所以不建議使用大于4倍量的復合緩凝劑，合理的用量能有效起到“綠色、節能、環保”的作用，能減少資金耗費，節約資源。有效保證混凝土強度，對機制砂大體積混凝土強度沒有任何不良影響，而且能有效解決以下問題：

（1）使用該項技術可以代替冷卻管，節約施工成本，減少工期、減少資源耗費、能源損耗，起到“節能、環保”的效果。

（2）節約大量冷卻水用量，大體積混凝土只需要少量的保濕養護用水，對環境無污染，起到“綠色、節能、環保”的效果。

（3）解決項目采購低水化熱硅酸鹽水泥困難，很好地解決了大體積混凝土與普通混凝土水泥通用問題。

（4）能解決因冷卻降溫不均勻造成混凝土出現貫穿性裂紋的問題。

參考文獻

[1]楊煒康， 王智磊. 大體積混凝土裂縫的控制及配合比的優化[J]. 江西建材， 2014（6）： 10.

[2]朱伯芳. 大體積混凝土溫度應力與溫度控制（第二版）[M]. 北京：水利水電出版社， 2012.

[3]翁荔丹， 黃雪紅. 聚羧酸減水劑對水泥水化過程的影響[J]. 福建師范大學學報（自然科學版）， 2007（1）： 54-57.