大體積混凝土絕熱溫升影響因素

大體積混凝土絕熱溫升影響因素1混凝土組成及質(zhì)量因素大體積混凝土內(nèi)部水化放熱主要受膠凝材料影響，其中水泥的組成和種類扮演重要角色，水泥中放熱較快的C3A和C3S的比例決定了水泥放熱速率和進(jìn)程，當(dāng)水泥中C3A和C3S較多時(shí)，水泥早期水化較為劇烈，為混凝土提供了較高的早期強(qiáng)度，尤其是早強(qiáng)水泥的應(yīng)用，加快了施工進(jìn)度，節(jié)省了部分模板使用成本，但也帶來(lái)了外加劑適應(yīng)性問(wèn)題。因此不少大體積混凝土有意識(shí)地采用中熱或低熱水泥，其中最典型的就是水利水電壩體工程，烏東德水電站開創(chuàng)性地使用低熱水泥，并通過(guò)粉煤灰共同降低壩體水化溫升，取得了干熱河谷地帶壩體零裂縫的成效。影響水泥水化的還有水泥細(xì)度、水泥石膏摻量以及混合材種類和比例，水泥細(xì)度小、石膏摻量不足等都會(huì)使得短期內(nèi)混凝土內(nèi)部水化熱聚集、溫升過(guò)快，甚至造成快凝和閃凝，此外，較高的堿含量也會(huì)造成水泥水化放熱過(guò)快。不同水泥細(xì)度對(duì)混凝土溫升的影響見圖1。礦物摻合料同樣影響大體積混凝土的溫升，一方面，礦物摻合料的使用降低了水泥用量，稀釋了單位面積水泥水化反應(yīng)的觸點(diǎn)；另一方面，礦物摻合料自身的特性改善了混凝土的填充性能，有些通過(guò)二次水化激發(fā)了自身活性，這些是礦物摻合料對(duì)混凝土的功能性調(diào)節(jié)作用。尤其是粉煤灰在降低大體積混凝土水化溫升、削減溫峰以及防治早期開裂方面發(fā)揮了積極作用。王沖等發(fā)現(xiàn)粉煤灰摻量達(dá)到30%時(shí)，混凝土72h內(nèi)的水化溫升大幅降低。而且，單摻礦粉抑制大體積混凝土溫升效果劣于粉煤灰，但將礦粉和粉煤灰組合使用，在降低混凝土水化熱的同時(shí)，能夠增強(qiáng)混凝土并且起到提高耐久性的作用。硅灰對(duì)水泥水化影響取決于其摻量，而石粉則與其原礦種類和摻量有關(guān)。水泥中不同粉煤灰摻量的混凝土溫升曲線見圖2?；炷镣饧觿┓N類和摻量同樣影響大體積混凝土溫升，減水劑通過(guò)吸附—分散作用增強(qiáng)了混凝土的流動(dòng)性，有利于混凝土內(nèi)部熱量的分散，而緩凝劑的加入則會(huì)延緩水泥水化進(jìn)程，降低溫峰，調(diào)控混凝土溫升歷程。早強(qiáng)劑和速凝劑等會(huì)加快水泥水化，提高混凝土溫升值。而近年來(lái)為針對(duì)抑制大體積混凝土水化熱開發(fā)出了水化熱抑制劑、開裂劑等新興功能性外加劑，對(duì)降低混凝土溫升、減少大體積混凝土早期開裂起到了積極作用，因此受到了相關(guān)工程及工作人員對(duì)其的關(guān)注，并開始在部分工程中應(yīng)用。水化熱抑制劑的抑制溫升效果見表1。骨料本身不參與化學(xué)反應(yīng)，但骨料自身的吸水率、溫度以及含泥等會(huì)對(duì)混凝土內(nèi)部溫升產(chǎn)生一定影響。高吸水骨料會(huì)降低混凝土的流動(dòng)性能，造成混凝土拌和水膠比變相降低，尤其是高強(qiáng)大體積混凝土，水膠比增大后混凝土絕熱溫升增加，這可能與低水膠比條件下水泥水化程度有關(guān)。骨料溫度對(duì)水泥水化過(guò)程溫度有直接影響，而骨料含泥量則會(huì)與外加劑產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)吸附，從而造成混凝土坍損加快，混凝土由于凝結(jié)硬化產(chǎn)生的放熱提前。2混凝土配合比設(shè)計(jì)因素混凝土配合比的設(shè)計(jì)原則要求其工作性能好、強(qiáng)度和耐久性優(yōu)良，同時(shí)還要兼顧生產(chǎn)成本，綠色可持續(xù)已經(jīng)成為現(xiàn)代混凝土發(fā)展的重要特征。在混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)，要在保證混凝土強(qiáng)度和耐久性的同時(shí)，應(yīng)當(dāng)盡可能地降低水泥用量，水泥用量每減少10kg，水化熱溫升可降低1～1.2℃。在以長(zhǎng)齡期為耐久性設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡可能考慮使用低熱水泥。佟名等研究了低熱水泥用于降低高寒地區(qū)混凝土壩體開裂風(fēng)險(xiǎn)的可行性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)低熱水泥可有效降低混凝土水化熱，控制早期溫度裂縫，且可以改善界面過(guò)渡區(qū)，在抗拉強(qiáng)度、劈裂強(qiáng)度等方面優(yōu)于中熱水泥，可增強(qiáng)混凝土基體的抗裂性能。水膠比對(duì)混凝土強(qiáng)度有關(guān)鍵影響，大體積混凝土水化放熱受到水膠比的制約。當(dāng)水膠比過(guò)低時(shí)，由于水泥早期水化需要大量自由水，水分不足會(huì)導(dǎo)致水泥包裹后無(wú)法進(jìn)一步水化，內(nèi)部空隙增加，但水膠比過(guò)大后，由于單位面積的水泥顆粒分布較少，也增加了水化熱的散失，此時(shí)會(huì)對(duì)混凝土強(qiáng)度造成不良影響。江守恒等的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)水膠比大于0.5時(shí)，水化溫升隨著水膠比的增加而降低，當(dāng)水膠比低于0.5時(shí)，水化溫升隨水膠比的增加而增加。不同水泥配制超高性能混凝土（UHPC）的水化熱對(duì)比見圖3。3施工和養(yǎng)護(hù)因素大體積混凝土結(jié)構(gòu)厚度和復(fù)雜程度比普通混凝土高，對(duì)施工要求也更為嚴(yán)格。針對(duì)大體積混凝土，需要編制專項(xiàng)預(yù)案，驗(yàn)算混凝土最高溫峰值，并采用相應(yīng)的技術(shù)措施。環(huán)境溫度高于30℃時(shí)要減少或避免大體積混凝土的施工，如若必要，應(yīng)采取相應(yīng)的降溫措施，骨料風(fēng)冷、冰水拌和以及采用預(yù)埋冷卻水管等技術(shù)在大體積混凝土降溫過(guò)程中發(fā)揮了重要作用。降低水泥溫度4℃、降低拌合水溫度2℃或降低骨料溫度1℃，均可使混凝土內(nèi)部溫度下降大約0.5℃。崔曉燕根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)大體積混凝土溫升監(jiān)測(cè)情況，發(fā)明了一種U型垂直散熱管降溫措施，可以有效降低混凝土內(nèi)外溫差，減少了混凝土開裂風(fēng)險(xiǎn)。合理組織大體積混凝土澆筑，控制混凝土入模溫度，根據(jù)夏季和冬季特點(diǎn)采取錯(cuò)峰生產(chǎn)和保溫措施，科學(xué)調(diào)度混凝土施工，減少混凝土運(yùn)輸和待料時(shí)間，并積極采用跳倉(cāng)法、分層澆筑等施工方案，通過(guò)預(yù)埋測(cè)溫設(shè)備，加強(qiáng)對(duì)混凝土內(nèi)部溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，及時(shí)覆膜和灑水養(yǎng)護(hù)，能夠防治混凝土因溫度變化出現(xiàn)裂縫。4其他因素引起大體積混凝土