缓凝剂在炎热季节大体积混凝土施工中的应用

张宇东，孙汝霖

（黑龙江省庆达水利水电工程有限公司，哈尔滨 150080）

随着混凝土外加剂行业的迅速发展，混凝土外加剂也已被定义为混凝土中除水泥、砂、石和水之外的第五种组成成分。混凝土外加剂的种类也日益繁多，由最早单一型的塑化剂发展到各种功能型外加剂。同时，大体积混凝土的裂缝问题也一直不同程度地困扰着施工人员，尤其是在炎热的夏季，而混凝土缓凝剂出现有效地解决了这一问题，也日益被工程人员所重视。本文主要结合具体工程介绍混凝土缓凝剂的性能及其在炎热夏季大体积混凝土施工中的应用，以便使缓凝剂的作用进一步为大家所认识。

1 原理

延长混凝土凝结时间的外加剂称为缓凝剂，它可使新拌混凝土较长时间保持塑性，以便灌注，提高施工效率，保证施工质量。缓凝剂总是与热天施工的混凝土、大体积混凝土和泵送混凝土联系在一起，其原因不仅是因为它延迟了水泥浆的凝结时间，而且还可以延缓和降低水泥水化时的放热速度和热量，从而使混凝土避免了由温度应力引发的裂缝。炎热季节施工的混凝土和大体积混凝土内部的热量都不易散发而使混凝土局部温度升高，造成内外温差加大从而使混凝土开裂。本工程使用的是有机类糖钙型缓凝剂，它可改变水泥粒子表面性质，即亲水性，分子中的羟基在水泥粒子表面，使晶体相互接触受到屏蔽，阻碍水泥水化过程，因此产生缓凝作用。

2 工程实例

某大厦基础大体积混凝土设计强度等级为C30，基础大体积混凝土总浇筑量为2 100 m3，分两块每块体积为1 050 m3，一次性浇筑。环境温度在16.2℃ ～30.8℃范围内变化，施工用混凝土的和易性良好，坍落度控制在18～22 cm。混凝土入模温度控制在25.1℃ ～30.6℃，混凝土浇筑后进行了严格的控温工作，测温部位为单块混凝土。浇筑的同时施工单位按相关规定预留了足够的试块。混凝土配合比见表1。

表1 混凝土配合比表

单块混凝土测温图见图1。

图1 基础大体积混凝土温度曲线

3 结果分析

大体积混凝土的水泥水化热不易散发，在混凝土内部温升过高，当混凝土内部的温度与混凝土表面的温度相差较大超过规范规定的25℃时，混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力，当拉应力超过混凝土的早期抗拉强度时，混凝土就会被拉裂，产生温度裂缝。混凝土体积大，收缩量大，易产生收缩裂缝。混凝土量大，由于水泥水化热产生的热容大，加之混凝土为热的不良导体，短时间内混凝土内部的热量很难散去，如果降温速度过快，混凝土会产生太大的温差，这种降温温差极易引起混凝土的整体变形，而大体积混凝土是不可能一起随温差应力作用而变形的，再加之混凝土失水引起的体积收缩变形与混凝土受到地基和其它结构边界条件的约束引起的拉应力的共同作用，易产生贯通裂缝，因此控制大体积混凝土浇注后5～14 d内产降温速度问题很关键。

不掺加任何外加剂的普通混凝土，资料显示一般在混凝土入模温度10℃左右，环境温度8℃ ～17℃时，浇筑后3 d出现内部温升高峰;在炎热的夏季施工当中，如不采取任何控温措施时，混凝土的入模温度通常会达到25℃ ～40℃，环境温度在20℃ ～30℃，大体积混凝土内部的最高温升在浇筑1 d后就出现。在本工程施工过程中，混凝土入模温度最高达30.6℃，加之环境温度最高达30.8℃，如果不采取任何降温措施，混凝土的水化热峰值将会在一天后出现，峰值理论预算将会高达80℃左右，将严重影响到混凝土结构的安全性，及易导致大体积混凝土由于内外温差过大而造成的温差裂缝问题。从图中可以看出，大体积混凝土散热方式为一维散热，当采取的保温养护措施得当时，温降曲线平缓下降，这就表现为降温曲线从温升峰值以后的曲线部分。本工程由于加入了适当的缓凝剂控制混凝土温度，使得大体积混凝土水化温升峰值推迟到了浇筑后的第3天出现，峰值也较普通混凝土的水化峰值低。粉煤灰的掺用，虽然在一定程度上降低了水泥的单位使用量，是导致峰值降低的一个原因，但缓凝剂起到的缓凝作用才是主导，它使得水泥的前期水化速率放慢，混凝土中水泥水化放出的热量通过混凝土结构散失的时间延长，热量散失得到了充足的时间，致使出现的水泥水化热峰值较低。这对于保证混凝土的质量、不产生温度裂缝是极其有利的。

对于各区域的热峰值不同，原因是由于各区域的边界条件不同使得散热条件不同，另外处于边角处的散热面积大，散热较快，中心部位的散热慢。同时各区域的养护也不尽相同，入模温度也不相同，这都致使了各区域混凝土的温度峰值出现的时间与大小不尽相同，但是均在控制范围之内。

本工程通过对现场同条件预留试件的抗压强度等力学性能的检测证明，最终各项指标均达到设计要求，并没有因为缓凝剂的加入而受到不利影响。这是因为缓凝剂分子在水泥粒子上的吸附层的存在，使分子间的作用力保持在厚的水化层表面上，使水泥县浮体趋于稳定，并阻止水泥粒子凝聚。因此缓凝剂对水泥县浮体也有分散作用。它们不但在原胶凝物质的粒子表面吸附，也在水化和硬化过程中吸附在新相的晶胚上，并使其稳定。这种稳定作用会阻止结构形成的过程，使早期强度稍有降低，但在水泥水化继续进行的过程中，由于水泥粒子的膨胀引起吸附层之间的空隙扩大或膜层破裂，因此水泥水化作用可照常进行。这样对后期强度的发展几乎没有坏的影响，有时甚至可以增加后期强度。

4 结论

大体积混凝土施工的关键是如何控制混凝土的水泥水化热和混凝土的收缩量，以及水化热的释放速率和混凝土的降温速率。尤其是在炎热季节施工，水泥水化速度的控制显得尤为重要，而根据工程具体情况合理地加入缓凝剂可有效地控制温度裂缝和收缩裂缝的产生，解决了炎热夏季大体积混凝土施工的一大难题。缓凝剂的加入对混凝土的早期强度稍有降低，但不会影响后期强度，甚至可增加后期强度，不会影响工程质量。

[1]张冠伦，王玉吉，孙振平.混凝土外加剂原理与应用[M].北京：中国建筑工业出版社，1996.