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1、考虑温度历程的大体积混凝土实际强度试验研究摘要：在大体积混凝土内部，由于胶凝材料水化放热，其内部温升对混凝土的强度产生重大影响。 本文采取模拟大体积混凝土温度发展历程来养护混凝土试件，即温度匹配养护的方法来检测评价大体积混凝土实际强度发展情况。探讨了温升对不同混凝土强度的影响。关键词：大体积混凝土；温度历程；实际强度1. 前言 对大体积混凝土的认识，目前人们已正确的将其定义为“当体积大到需要采取措施，防止因水化温升引起体积变化而导致裂缝的混凝土”。并且在大体积混凝土施工过程中，都采取一系列措施控制水化热引起的内外温差，其主要目的是防止温差裂缝的产生。但对于大体积混凝土内部温升引起的混凝土强度变
2、化问题一直没有引起重视，相关的标准和规程中也没有提及。 在大体积混凝土施工及硬化过程中，由于水泥需用量大，搅拌站所用水泥很多情况下都是随进随用，搅拌站贮仓里的水泥温度超过50是“正常”的，高达80-90也不少见。使用如此高温的水泥搅拌出来的混凝土，出机温度通常都是很高的。近些年来大型、超大型混凝土结构物的建造，构件断面尺寸相应增大；混凝设计土强度等级的提高，使所用水泥标号提高、单位用量增大；又由于水泥生产技术的进展，使其所含水化迅速的早强矿物硅酸三钙含量提高、粉磨细度加大，这些因素的叠加，导致混凝土硬化时产生的温升明显加剧，温峰升高；再加上现在流行大体积混凝土底板浇注不留后浇带、连续一次浇注完
3、成的做法，水泥水化放出大量的热聚集在混凝土内部不易散发，因而导致混凝土内部温度升高很快。笔者综合了近几年接触到的大体积混凝土温度实测结果发现，当底板厚度大于1.5-2m后，混凝土内部温度在2-3天内达到70-80的工程实例非常普遍。而根据研究，30时水泥的水化速率约比20时快1倍；而40时约为30的2.4倍，由此自然可以推测内部温峰为70-80时混凝土实际强度发展究竟会有多快。然而，在评价大体积混凝土强度发展时，我们至今仍沿用小试件在标准养护室存放28天或放置在构件旁（即GB50204-2002规定的结构实体检验用同条件养护试件强度检验）的方法来评价。显然，对于大体积混凝土，两种方法都无法反映
4、混凝土硬化期间由于本体温升引起强度增长率的变化。即使是将试件放在结构物旁的“同条件养护”，也只是模拟了结构物的环境温度，并不能反应处于半绝热状态的结构混凝土的实际温升。这两种试验检测和评价方法都无法科学的评价和验收总体的混凝土的真实质量.同时，也限制了大体积混凝土中粉煤灰的掺量，使其难以发挥粉煤灰的潜在活性和显著降低水化热的有效作用。目前的这种试验检测和评价方法迫切需要改变。否则，改善混凝土结构开裂提高混凝土耐久性将难以真正奏效。 近年来，笔者曾先后参与了德州市重点投资公司综合楼、政务服务中心等几个工程底板大体积混凝土的温度控制与温度测试，几个工程板厚都在1.5米以上。特别是重点投资公司综合楼
5、工程底板测温过程中，我们使用了大体积砼电脑测温（一线通）系统,其现场数据采集器同时提供了现场显示测温数据的功能,按前3天每隔1小时、3天以后每隔2小时打印温度数据一次的方式积累了完整的温度测试数据,并绘制了每个温度点的温度变化曲线，从而掌握了该大体积混凝土准确的温升数据。笔者根据大体积混凝土温度发展的特点，提出了考虑温度发展历程的大体积混凝土实际强度模拟仿真试验。本课题研究的主要目的，就是通过将成型好的试件放置在与结构混凝土温度发展历程相似的条件下来养护，即所谓的温度匹配养护，用以评价大体积混凝土强度实际增长情况，从而更好地指导大体积混凝土原材料的选择和配合比的设计。 2. 试验及分析 2.1
6、 试验原材料 水泥采用山东水泥厂生产的P.O42.5R水泥,其性能指标见下表1。膨胀剂采用寿光利飞膨胀剂厂生产的UEA膨胀剂，其质量符合GB476-2001要求，28天抗压强度实测值51.2MPa。粉煤灰采用华能电厂级粉煤灰，其化学成分和性能见表2。石子：采用济南东部石料厂生产的5-25mm连续级配碎石,品质指标符合JGJ55-93；黄砂：采用泰安大汶河中砂，细度模数2.9，品质指标符合JGJ55-92。高效减水剂采用济南山益建材有限公司生产的缓凝高效减水剂SY-6，掺量2.5%，减水率19%。 表1 抗压强度/MPa抗折强度/MPa需水量/%凝结时间安定性 3d28d3d28d 27.6初凝
7、终凝 合格 28.648.95.48.52h45min3h40min 表2粉煤灰化学成分及性能 SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3Loss需水量比/%筛余量（0.045mm） /%抗压强度比 %/ 54.0531.505.641.551.120.253.111039.4 69 2.2 考虑温度历程效应的大体积混凝土养护试验方法 根据上述温度变化曲线，我们最先的设想是用混凝土加速养护箱来控制温度变化。试验过程中发现其很难达到预期的效果。经过反复试验，我们成功的将一闲置的水泥标准养护箱进行了改造，在原标准养护箱的基础上增加了一个1000瓦的电热管，将原温度传感器改为0-100温度传感器
8、，并通过接触器与手动数显温度调节仪连接。使其基本上能够满足温度变化要求,湿度则采用电热管加热产生的饱和蒸汽。整个试验混凝土采用按模拟重点投资公司综合楼底板中部某点T11和下部混凝土T6温度变化曲线来养护。其温度曲线如图1所示。 当然，任何一种混凝土拌和物，在一定养护条件下都会呈现出其独特的温度发展历程。本试验仅用来研究在某一固定温度发展历程条件下混凝土拌和物实际强度发展情况。试验过程中将成型好的10cm10cm10cm混凝土试件放入养护箱，按前3天每隔1小时，3天以后每隔2小时手动调节温控仪控制养护温度的方法来养护混凝土。 2.3 试验结果及讨论 2.3.1 重点投资公司综合楼底板混凝土试验
9、由于上述温度数据来源于重点投资公司综合楼底板混凝土测温，试验首先采用其配合比，混凝土配合比见表1。 表1 水泥膨胀剂粉煤灰砂石水SY-6 28038152694108617511.8 试验结果及分析 将成型好的10cm10cm10cm混凝土试件先后进行了标准养护、按中部某点T11、下部某点T6实测温度数值控制养护箱进行养护，在同龄期分别测试该环境温度下的强度【3】，测试结果见表2 表2 混凝土强度实测结果/MPa 龄期/d123567101418242856 标准养护23.729.731.832.339.438.640.943.746.354.8 T6测温曲线养护18.228.633.034.
10、638.741.142.244.147.943.852.760.6 T11测温曲线养护30.137.738.540.549.345.348.546.652.159.264.3 由表2可以看出，大体积粉煤灰混凝土在温升的作用下，其各龄期的强度均明显高于同配合比标准养护强度。按T6温度曲线养护下的混凝土一天强度即达到设计强度的45%，三天强度达到标养强度的139%，七天强度达到标养强度的127%，28天强度达到标养强度的111%。按T11温度曲线养护下的混凝土两天强度即达到设计强度的75%，三天强度达到标养强度的159%，七天强度达到标养强度的153%，28天强度达到标养强度的117%。从表中明显
11、可以看出：粉煤灰混凝土强度对养护温度的敏感性较强。保持长期的潮湿养护或适当提高养护温度（若有可能），对于粉煤灰混凝土强度发展甚至耐久性能都非常有利。在一定温度范围内，养护温度越高，粉煤灰混凝土强度越高。粉煤灰的水化速度与养护温度有密切关系，且随养护温度增加而增加。 2.3.2 纯水泥混凝土与25%掺量粉煤灰混凝土对比试验 本试验目的在于分析评价温升对纯水泥混凝土和25%掺量粉煤灰混凝土强度的影响。试验配比见表5。试验采用标养和T6温度曲线养护两种养护方式，试验结果见表6。 表5 水泥粉煤灰砂石水外加剂 基准配比4200764105417210.5 试验配比336110739106317210.
12、5 表6混凝土强度实测结果/MPa 龄期d配比 标准养护基准配比34.538.540.345.8 试验配比28.439.542.849.6 测温曲线养护基准配比36.037.440.546.3 试验配比39.847.747.054.3 从图2可以看出，纯水泥混凝土在标准养护和T6温度曲线条件下养护，对混凝土各龄期强度影响均不大。并没有按照预想的养护温度“超过20后，混凝土的相对强度将随龄期的增加而下降，也就是说普通混凝土初期养护温度越高，其后期强度越低”，起码在28天内强度并没有明显下降。究其原因我们分析认为：对早期强度影响不大的原因可能是一方面温升加快强度的发展，另一方面快速水化使水泥颗粒周
13、围形成低孔隙率产物层阻止了进一步水化，形成的水化产物层孔隙率较大，这样的微结构就没有在常温下形成的硬化体结构均匀一致，因而也导致强度不良，是两方面综合作用的结果；而对后期强度没有明显影响的原因在于采用的所谓普通硅酸盐水泥，含有大量甚至超量的矿物掺合料。从图3可以看出，粉煤灰混凝土在T6温度曲线养护下，其三天强度已接近40.0MPa,达到标准养护混凝土强度的140%，达到同养护条件下纯水泥混凝土的110%，也就是说结构实体三天强度已超过纯水泥混凝土。其7天强度达到标准养护混凝土的110%，达到同条件下纯水泥混凝土强度的116%。其28天强度达到标准养护混凝土的109%，达到同条件下纯水泥混凝土的
14、117%。由此可见，水化热引起的温升对掺加粉煤灰混凝土强度的影响远大于对纯水泥混凝土的强度影响。较高的内部温度使粉煤灰的潜在活性很容易发挥。 在前28天范围内，温升对纯水泥混凝土强度影响不大。但对于大掺量粉煤灰配制的大体积混凝土强度会产生显著影响。 由于大体积混凝土内部温度远高于标准养护温度，用小试件放在标准条件下养护根本不能反映大体积混凝土实际强度发展。推广应用温度匹配养护来检测评价大体积混凝土强度的发展势在必行。 为验证试验结果的准确性，我们又对上述试验在相同的条件下进行了两次重复性试验，试验结果与上述基本吻合。 3. 结论 （1）目前的大体积混凝土强度试验检测和评价方法不能真实反映现场原
15、状混凝土的强度特性，现行规范限定的试验方法和技术水平不仅降低粉煤灰掺量，而且是以提高混凝土成本和牺牲混凝土的性能为代价, 必须结合实际情况不断进行改进、创新和提高。只有这样，混凝土技术才能发展，水平才会提高。 （2）当使用山东水泥厂普通硅酸盐水泥配制大体积混凝土时，混凝土实际强度并没有因为温升的作用，象人们所预料的“养护温度超过20后，混凝土的相对强度将随龄期的增加而下降，也就是说普通混凝土初期养护温度越高，其后期强度越低”，而是表现出了温升对纯水泥混凝土强度影响不大。 （3）大体积粉煤灰混凝土在温升的作用下，其各龄期的强度均明显高于同配合比标准养护强度。在一定温度范围内，养护温度越高，粉煤灰
16、混凝土强度越高。 （4）大掺量粉煤灰混凝土的强度发展在低水胶比的条件下，很快通过最初的缓慢凝结与硬化期，强度的发展迅速加快。由于温升的作用，其抗压强度在3天前早已超过了硅酸盐水泥混凝土。并且3天以后各龄期强度也均高于纯水泥混凝土。粉煤灰混凝土强度对养护温度的敏感性较普通混凝土强。 （5）为增加混凝土的抗渗、抗裂、抗侵蚀性能，提高建筑物的耐久性，对于大体积混凝土施工，不但要控制温差，也要特别重视和充分利用温度对强度的影响，尽可能的多掺混合材特别是粉煤灰，降低水泥用量。当然前题是迫切的需要改变目前的强度检测评价方法，否则改善混凝土的砼结构抗裂性能难以真正奏效。 参考文献 【1】 覃维祖外加剂对混凝土技术发展的影响与存在问题。施工技术，2003，（4） 【2】 Dbir R.K and Jones Marks M.R.PFA concrete:influence of simulated in situcuring on elasto-palacetic load response ,Magazine of Concrete research,1993,(45):163-17 【3】 唐明，宋东生，李连君大体积粉煤灰混凝土实测强度的评价研究。混凝土，2001，12。