APP下载

控制大体积混凝土水化热危害的原材料选择及工艺措施

2011-05-04王金生

铁道建筑 2011年6期
关键词:胶管水化体积

王金生

(甘肃省路桥建设集团有限公司,兰州730000)

混凝土水化热在水库大坝、泵站、桥梁及大型设备基础等大体积混凝土施工中较为常见。由于混凝土凝结、硬化过程中,水泥的水化反应,产生大量的水化热,水化热积聚在内部不易散发,使内部温度上升到50℃~70℃以上。内外温差引起巨大的内应力和温度变形,使混凝土产生裂缝、变形,甚至破坏,因此,水化热对大体积混凝土工程是十分不利的[1]。

关于大体积混凝土,我国目前尚未有一个确切的定义。日本建筑学(JASS5)规定:“结构断面最小厚度在80 cm以上,同时水化热引起混凝土内部的最高温度与外界气温差超过25℃的混凝土,称为大体积混凝土。”美国混凝土学会(ACI)规定:“任何就地浇筑的大体积混凝土,其尺寸之大,必须要求采取措施解决水化热及随之引起的体积变形问题,以最大限度减少开裂。”

防治水化热的危害,一直是工程技术人员研究的课题。大量文献显示,造成大体积混凝土裂缝、变形的因素与水泥的品种和用量、内外约束条件、外界气温变化、混凝土收缩变形及混凝土匀质性等有关。

1 胶凝材料选择

防治水化热危害最有效的方法是优选原材料与控制配合比,可从以下几方面着手:

1)选用水化热低、水化速度较慢的水泥。混凝土温度升高主要是由于水泥水化过程中释放大量热量所致,在绝热条件下混凝土的温度上升速度为[1]

式中,θ为绝热温升;t为时间;W为水泥用量;q为单位质量水泥在单位时间内放出的水化热;c为质量热容;ρ为密度;Q为单位时间内单位体积中发出的热量。

由式(1)可见,混凝土温度的升高不仅与水泥用量有关,还与水泥品种有关。所以,在水泥用量相同的条件下,选用水化热低、凝结时间长的水泥,能够有效降低水化热。普通硅酸盐水泥水化热较大,不宜采用;矿渣硅酸盐水泥与火山灰水泥水化反应慢,水化热低,后期强度高,大体积混凝土中广泛采用[2]。

2)掺加粉煤灰。由式(1)可知,水泥用量大的混凝土产生的水化热也大,特别对于高强度混凝土,相应单方水泥用量较多,水化热引起的混凝土内部温升较普通混凝土要大。所以,在不影响混凝土强度和坍落度等使用性能的前提下,在混凝土中掺入粉煤灰,来取代部分水泥,可达到降低水化热的目的。文献[3]中的试验表明,掺入30% ~60%粉煤灰可使水泥7 d水化热降低约10%~50%。

3)加入缓凝剂。为了减少水化热,降低混凝土温度,往往希望混凝土缓凝,即延长混凝土初凝时间。试验表明,加入缓凝剂后,水泥的初凝时间可分别延长1~4 h不等,从而推迟混凝土放热峰值出现的时间。由于混凝土的强度会随龄期的增长而增大,所以等放热峰值出现时,混凝土强度也增大了,从而减小温度裂缝出现的机率。

2 施工控制措施

大体积混凝土内部的温度是一个随时间和位置而变化的瞬态温度场,它的初期变化近似于抛物线分布,随龄期增加逐渐趋于平缓,最后与外界气温趋于平衡。影响其变化的因素较多也较复杂。实际的温度控制中,一般考虑混凝土内部的温度峰值与内外温差变化情况。混凝土内部的温度峰值主要受混凝土用料及配合比、散热边界条件、外部环境等影响,可以分为浇筑温度、水泥水化热温升和混凝土散热温度三部分组成,相应的温度控制方法也主要针对这几个部分。

2.1 降低混凝土的入模温度

尽可能避免在高温天气下浇筑大体积混凝土,对水泥骨料采取预冷措施,混凝土的拌合、运输、浇筑过程应尽量衔接紧密,以保持混凝土良好的和易性,浇筑完后及时做好养护工作。

2.2 控制内外温差

在浇筑块体厚度较大的情况下尽可能采用循环冷却水降低内部温度(见图1),外面加强保温措施,如用麻袋和塑料薄膜进行保温和保湿。须控制混凝土中心与外表面最大温差不高于25℃ ~30℃,以防止混凝土表面出现干缩裂缝。

图1 承台冷却水管埋设示意(单位:m)

2.3 分层浇筑

分层浇筑混凝土,层间混凝土的间隔时间应不大于混凝土的初凝时间,浇注上层混凝土前应对老混凝土表面进行清理并充分湿润。

2.4 采取表面保温措施

在加强混凝土体内降温措施的同时,在边界上采用适当的保温措施,如在结构外露的混凝土表面以及模板外侧覆盖保温材料(如草袋、锯末、温砂等),控制外部混凝土与内部混凝土之间的最大温差不超过25 ℃ ~30 ℃[4],以防止出现裂纹。

2.5 控制拆模时间

根据工程的实际情况,尽量延缓拆模时间,这样混凝土具有一定的强度,可以抵抗可能产生的温度应力[5]。特别是当桥梁承台在冬季施工时,为防止拆模后外界温度陡降引起温度应力,拆模后应立即回土覆盖,控制内外温差。

2.6 改变设计,增加混凝土体内散热通道

1)设置后浇缝,当大体积混凝土平面尺寸过大时,可以适当地设置后浇缝,以减少外约束力和温度应力,同时也有利于散热,降低混凝土的内部温度。

2)通过结构设计验算,在满足功能、强度、耐久性的前提下,改变结构设计,增大混凝土的散热面积和散热通道,如图2所示。

图2 混凝土体内预留孔道示意

2.7 导管排气法,排除混凝土体内水化热

在混凝土中埋置导管(钢管、夹布胶管、钢丝网胶管及波纹管等),降低混凝土体内水化热。

1)在混凝土中梅花形埋置φ50 mm的钢管,待混凝土凝固具有一定强度后,拔出钢管,用高强度等级细石混凝土将管孔灌实。注意,在混凝土开始硬化后,每隔1 h将钢管转动一周,否则,混凝土凝固后,钢管将拔不出来。

2)在混凝土中埋置夹布胶管或钢丝网胶管,管内充水或充气,使管径增大,待混凝土初凝后,放出水或空气,抽出胶管,形成排气通道。混凝土硬化后,用高强度等级细石混凝土灌实。

3)将钢波纹管埋置于混凝土内形成排气孔道,排除体热,待水化反应基本结束后,用高强度等级砂浆灌实,钢波形管不需要拔出。

3 结语

本文对大体积混凝土水化热的防治方法及施工控制措施进行了分析,指出了预先控制水化热危害的途径,具有很强的可操作性与现实意义。大体积混凝土只要经过认真的施工组织设计、选择合理的施工方法和合适的材料,就能有效地降低水化热带来的危害。上述三种方法和七种措施,在具体运用中,要注意实际操作的可行性,具体工程具体对待,既考虑工程质量,又要考虑工程经济。

[1]吴叶莹.大体积混凝土施工期温度裂缝计算分析[J].铁道建筑,2007(9):105-107.

[2]杨秋玲,马可栓.大体积混凝土水化热温度场三维有限元分析[J].哈尔滨工业大学学报(自然科学版),2004,36(2):261-263.

[3]俞海勇,徐强.粉煤灰胶凝体系水化温升及其抗裂性能的关系[J].混凝土,2000(11):21-23.

[4]蔡炎标,冯炳生.崖门大桥主墩承台大体积混凝土水化热试验分析[J].国外桥梁,2001(3):66-68.

[5]齐有章.大体积混凝土结构裂缝控制探讨[J].铁道建筑,2006(3):97-98.

猜你喜欢

胶管水化体积
水化热抑制剂与缓凝剂对水泥单矿及水泥水化历程的影响
多法并举测量固体体积
振动环境下液压胶管疲劳寿命分析
振动环境下液压胶管疲劳寿命分析
聚焦立体几何中的体积问题
桥梁锚碇基础水化热仿真模拟
低温早强低水化放热水泥浆体系开发
小体积带来超高便携性 Teufel Cinebar One
谁的体积大
水溶液中Al3+第三水化层静态结构特征和27Al-/17O-/1H-NMR特性的密度泛函理论研究