温度对混凝土性能的影响分析

温度对混凝土性能的影响分析

1混凝土温度水化热随着预制混凝土技术的快速发展，人们对土木工程的日益重视，越来越多的项目要求控制混凝土的入模温度，降低混凝土的最高峰，减少裂缝。控制混凝土的入模温度是工程上用于降低混凝土温度应力、减少温差裂缝的重要手段。所以,在解决预拌混凝土温度裂缝的问题时,要抓住其“六大一小”的特点,对原材料及配合比进行分析,提出降低入模温度和水化热的方法。尽管国内外许多学者对混凝土原材料水化热问题进行了大量研究,但对预拌混凝土浇注前控制材料的温度研究还比较欠缺,只是笼统地提出应控制预拌混凝土的入模温度。本文在分析混凝土配合比时,考虑了原材料的比热容不同,分析各种原材料的不同温度对混凝土温升的影响,并在此基础上,对预拌混凝土入模温度控制进行研究。2原材料对预混凝土加热的影响(1)放热速率选择胶凝材料水化热是导致混凝土工程热裂缝或冷裂缝的主要根源。降低水化热总量及延缓放热速率是大体积、大面积预拌混凝土工程温度控制的主要出发点。水泥应选用水化热低且凝结时间长的水泥,如低热矿渣硅酸盐水泥、中热硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥等。当采用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥时,应采取相应措施,延缓水化热的释放。(2)材料在配比过程中,骨料宜采用连续级配。施工配合比中应首先降低骨料温度,这样才能控制混凝土入模温度和浇注温度,防止温度高而产生裂缝。(3)混凝土用水泥预拌混凝土在保证混凝土强度及坍落度要求的前提下,应提高掺合料的含量,以降低每立方米混凝土的水泥用量。除了采用中低热水泥和缓凝型高效减水剂来降低水化热之外,在混凝土中掺入粉煤灰,取代部分水泥将会解决混凝土的干缩裂缝和水化热的问题。因为在水泥中掺入粉煤灰等量取代水泥用量后,降低了胶凝体中C3S和C3A的含量,也就降低了水泥水化热的释放率。(4)降低水泥用量采用高效缓凝减水剂和粉煤灰双掺技术可大大降低水泥用量。通常情况下,高效减水剂不影响混凝土中水泥或火山灰质材料的总水化热,但可能改变早期放热速率。3原材料技术要求由于大气温度对预拌混凝土的温度裂缝的产生有很大影响,不同季节施工的工程中,原材料技术要求应与常温浇注混凝土基本相同。因此,要通过对水泥、水、骨料等原材料的温度进行有效的控制,使不同环境中的混凝土入模温度均不超过施工所要求的控制温度(28℃)。(1)混凝土掺加剂tq在混凝土配合比、运输条件、等候时间及转运次数既定的情况下,可根据下式计算拌和温度:Tb=Tj-(Tq-Tc)(A1+A2+A3+…+An)(1)式中:Tb为混凝土拌和温度(℃);Tj为混凝土的浇注温度(℃);Tq为室外大气平均温度(℃);Tc为水泥的温度(℃);A1、A2、…、An为混凝土温度损失系数,其值按下列情况考虑:①混凝土装、卸、转运,每次A=0.032;②混凝土运输时A=PT,T为运输时间取60min,采用搅拌运输车P=0.0042。通过式(1)计算可得到在满足入模温度为28℃时要求的混凝土拌和温度(表1)。由表1可以看出,大气温度的变化会影响整个温控过程,当大气温度每变化±1℃,混凝土的拌和温度在满足入模温度不超过28℃条件下,最高拌和温度变化为±0.5～±0.7℃。大气温度越高,拌和温度越低而与大气温度差越大,最高相差17℃。对于不同原材料温度组合的混凝土拌和温度,其所能适应的最高环境温度可根据实际情况进行计算得出,以低于临界值为益。(2)原材料的影响程度计算对表2中的配比进行分析,各种原材料的比热容分别为:cs(砂)=0.84[kJ/(K·kg)],cc(水泥)=0.84[kJ/(K·kg)],cg(石)=0.84[kJ/(K·kg)],cf(粉煤灰)=0.73[kJ/(K·kg)],cw(水)=4.2[kJ/(K·kg)]。根据表2和式(2):式中:cs、cg、cc、cf、cw分别为砂、石、水泥、粉煤灰和水的比热[J/(kg·℃)];ms、mg、mc、mf、mw分别为混凝土中砂、石、水泥、粉煤灰和水的用量(kg/m3);Ts、Tg、Tc、Tf、Tw分别为砂、石、水泥、粉煤灰和水的温度(℃)。可得出水泥温度变化对混凝土温度的影响:参照以上计算方法,可求得各种原材料每变化10℃(单独变化),对混凝土拌和物温度的影响,其值见表3。从表3可以看出,在这两组配比中,砂、碎石和水的温度变化对拌和物温度影响基本相同。FA40组与FA25组相比,水泥对拌和物温度的影响减弱,粉煤灰则增强;由于水泥的比热比粉煤灰的大,且水泥的掺量也大,综合比较,在相同环境条件下,FA40的拌和物温度是略低于FA25的拌和物温度。从表2可以看出,虽然水的比热较大,但它占混凝土的总质量只有6.87%左右;砂石的比热虽然比较小,但占混凝土的总质量达到89%左右,所以砂石骨料温度的降低对降低整个混凝土温度影响很大。另一方面,石子降低1℃所散失的热量最大,按照原材料对拌和物温度影响的大小,排序为:碎石温度>水温>砂温度>水泥温度>粉煤灰温度。从原材料及大气温度对混凝土温度影响程度从大到小排序来看,在原材料方面,粗骨料、细骨料是首先应控制的对象。规范中规定骨料温度不宜大于28℃,水泥进厂温度不宜大于60℃。生产用水一般采用地下水,水温在15～18℃之间随气温而变化。在确定各原材料温度的控制点时,根据上述计算,FA25要使预拌混凝土温度变化±1℃,水泥等胶凝材料要变化±11℃,集料温度要变化±3℃;FA40预拌混凝土温度变化±1℃,水泥等胶凝材料要变化±14℃,集料温度要变化±3℃。考虑原材料温度的可控性,以此来确定各原材料的控制指标点。以入模温度28℃为计算点,其拌和物温度和大气温度的计算值见表4、5。从表4、5可以看出,在胶凝材料温度相同条件下,随着骨料温度的减少,拌和温度降低,而最高大气温度增加;在骨料温度相同条件下,随着胶凝材料的温度降低,拌和温度降低,而最高大气温度增加。综上所述,在环境温度条件为35℃以下时,为保证预拌混凝土出机温度和入模温度满足预拌混凝土的工程要求,粗骨料温度宜控制在25℃以下,水泥使用温度宜控制在49℃之下。(3)混凝土预热充放电温升混凝土的热量,是由水泥的水化过程放热所致,因而水泥品种和用量不同,混合材料品种及用量不同,绝热温升也是不同的。根据文献,计算以上两组预拌混凝土的绝热温升值如图1所示。从图1可以看出,两组预拌混凝土在开始很短的一段时间内都有一个水化反应剧烈的时期,温度明显增长,然后增长缓慢,两组的温差也逐渐缩小。一般来说,混凝土绝热温升随着水泥用量增加而呈直线上升。同时,混凝土掺加混合材料对绝热温升影响显著,特别是掺加粉煤灰对减少水泥水化时的放热量,控制混凝土的内外温差,降低绝热温升效果显著。另外,混凝土浇注温度(初始温度)对混凝土绝热温升增长速率也有影响,初始温度越高,混凝土早期温升速率越快。4施工初期的温度控制措施(1)储料罐和罐的温度为了降低混凝土的拌和物温度,最有效的方法是降低原材料温度。控制拌和物温度主要有以下措施:①宜中温的季节浇注混凝土;②提高骨料堆放高度;③在气温较高时,为了防止太阳直射,在砂石堆场搭设遮阳棚,或用湿麻袋覆盖;④搅拌前,先用冷水冲洗粗骨料,然后在储料仓进行通冷风冷却;⑤采用专用罐运输水泥、粉煤灰时,其入罐温度控制在46℃以下,否则储料罐中原材料的温度还会继续增升,将会直接影响拌和楼出机口混凝土的温度;⑥通常,若将罐装汽车停放在防晒棚内1～2d,温度可下降至30～45℃;⑦冷却搅拌运输车罐体、泵送管道也是必要的措施。(2)混凝土浇筑温度我国《水工混凝土施工规范》(SDJ207-82)和《混凝土结构工程施工及验收规范》(GB50204-92)中规定:高温季节施工时,混凝土最高浇筑温度,不得超过28℃。控制浇筑温度主要有以下措施:①减少混凝土从拌和好到浇注完毕中间的间隔时间,减少中间转运次数;②在混凝土输送管上用湿草袋覆盖,防止太阳直射;③采用加大混凝土浇筑强度、仓面保冷等方法减少浇筑过程中的温度回升;④对于大体积工程还可以预埋冷却水管,用循环水进行人工导热,以降低混凝土内部的温度。5原材料的配合比对混凝土tp水温度的影响对于预拌混凝土工程,早期出现裂缝的主要原因是拌和物温度高和水泥水化热大,其混凝土材料本身的特性是影响温度裂缝的重要因素。本文在国内外学者相关研究的基础上,基于预拌混凝土配合比对入模温度控制的分析与研究,得到结论如下:(1)预拌混凝土中水泥、粉煤灰、砂、碎石和水温度每变化10℃(单独变化),混凝土拌和物温度分别变化0.9、0.26、2.45、3.68和2.7℃;粉煤灰掺量变化时,拌和物的温度变化较小。(2)通过计算分析了在不同的配合比和气温条件下,混凝土的温升情况,提出原材料拌和的控制温度范围。粗骨料温度宜控制在25℃以下,水泥使用温度宜