水胶比与混凝土温控措施的响应关系分析

李昱坤+方荣杰+吴限+辛胜林

摘 要：本文从混凝土水胶比的角度出发，通过实验分析出水胶比与混凝土强度的一般关系，再通过绝热温升实验，探究出不同强度等级常态混凝土的绝热温升曲线关系，根据绝热温升曲线图总结混凝土温升的相关信息，从而构建出水胶比与混凝土温升的内在关系，在此基础上建立水胶比与混凝土温控措施的响应机制，从水胶比的角度提出合理的混凝土温控措施。

关键词：混凝土 温控 水胶比

近年来，国家对基础设施建设的投资逐渐加大，各类大型工程相继开工，其中很多建设项目均涉及到大体积混凝土。混凝土在凝结硬化过程中发生水化热反应，会产生大量的热量而引起混凝土温度升高，外部混凝土和大气相接，散热相对更快速，从而形成了较大的内外温差，这种温差将产生温度应力引发混凝土结构的温度裂缝。所以大体积混凝土施工中温控措施十分重要，对提高混凝土整体性和耐久性具有积极作用。影响混凝土温控的因素有很多，本文试图从水胶比的角度出发，研究水胶比的变化和混凝土温升的内在关系，基于此构建出水胶比和混凝土温控措施的响应关系，从水胶比变化的角度对混凝土温控措施提出有效的建议，提高混凝土工程施工质量。

1.分析水胶比对混凝土强度影响的一般关系。

1.1混凝土试样制备

所谓水胶比就是每立方米混凝土用水量与所有胶凝材料用量的比值。水泥选择普通硅酸盐水泥，砂、不同级配的石子均选取同一产地的，以尽量降低其他因素对混凝土抗压强度的影响。分别制作水胶比为0.49、0.57、0.62的标准混凝土试样（长宽高均为150mm）用于抗压强度的测试，其中不同水胶比试样的大小石子的配比保持不变，只改变砂率来满足水胶比的占比。

1.2试样测试

将不同水胶比的混凝土试样在标准养护室分别养护7天和28天。然后采用液压式压力试验机分别测试试样的抗压强度，所用试验机见图2。试样所测试的抗压强度见表1。

1.3试验分析与结论

基于上述试样的试验测试结果，不同水胶比的混凝土的抗压强度变化规律见图1。由图可知，同种水胶比混凝土试样在不同养护天数下的抗压强度差别较大，养护天数越多，混凝土强度越大，水胶比为0.49时，7天和28天的强度差值为7.8MPa，水胶比为0.57时，7天和28天的强度差值为6.8MPa，水胶比为0.62时，7天和28天的强度差值为4.7MPa，可以看出，水胶比越小，混凝土抗压强度在养护期间增长潜力越大。同时，不同水胶比混凝土试样在相同养护天数下均表现为相同的规律，即不同水胶比混凝土的抗压强度存在较大差异，在养护时间不变的前提下，存在水胶比越高，混凝土强度越低的一般规律。

2.讨论不同强度等级混凝土对绝热温升的影响

2.1绝热温升试验

混凝土的绝热温升是指隔热的条件下，水泥硬化过程中所产生的混凝土温。试验按照《水工混凝土试验规程》SL352-2006中“4.18混凝土绝热温升试验”进行。实验采用JR-2绝热温升仪进行测定，温度跟踪精度为±0.1℃，试件尺寸为Ф400mm×400mm，可直接进行全级配混凝土试验，试验历时28天。试验所使用的的混凝土材料同前述强度试验一样，保持混凝土试样大小石子配比不变，通过砂率的调整选用不同水胶比来控制混凝土试样设计龄期的强度标准值，本次试验中选用二级配混凝土C15，C20，C25三个设计强度等级。每个强度等级取试件8个，分别在试验期不同时间节点检测各个试件的绝热温升，并取平均值填入试验记录表格。

2.2绝热温升试验成果

混凝土绝热温升试验成果见表2，绝热温升曲线图见图2。

2.3试验分析及结论

基于试验图表，不同设计强度混凝土试件绝热温升数值有所差异，但绝热温升过程的发展趋势较为相似，均是在大致8天龄期之内绝热温升值增长速度较快，大致呈现线性增长的规律，8天之后的龄期中，发展规律为：各强度等级混凝土试件绝热温升增长速度均较为缓慢，且各强度等级混凝土试件绝热温升曲线呈现出大致平行的一般规律。同时，从曲线图可以看出，标准养护龄期内，在任意绝热温升检测时间节点上，均有混凝土强度等级越高，其绝热温升值越大的关系，且8天龄期内，随着龄期的增长，同一时间节点上不同强度混凝土试件绝热温升差值呈现变大趋势，而在8天之后的龄期中，此差值随着龄期的增长表现出趋于稳定的现象。取3天龄期时间节点，C15试件与C20试件绝热温升差值为2.3℃，C20试件与C25试件绝热温升差值为4.5℃，而在14天龄期时间节点上，相应的绝热温升差值为3.7℃和7.5℃，可以看出，在养护龄期的任意时间节点上，同样强度级差的混凝土试件的绝热温升差值，在强度等级较高区域的差值呈现出数值更大的规律。

3.构建水胶比与混凝土温控措施的响应机制

在前述试验分析的基础上，可以看出，保持混凝土大小石子级配不变，通过砂率调整水胶比，水胶比越大，则混凝土强度等级越低，而混凝土强度越低，在任一时间节点上，其绝热温升值越小，绝热温升发展趋势符合上述曲线图。同时，绝热温升值越小，混凝土温度则越低，故混凝土温度变化趋势可以类比绝热温升曲线。当水胶比越大，则在大致8天养护龄期内，混凝土温度增长速度越快，大致呈现线性增长，且浇筑的初始温度值也较高，8天过后混凝土温度逐渐趋于一个比较稳定的数值，水胶比越大混凝土的这个稳定数值就越大，表明水胶比越大混凝土的最大温升值就越大。

4.浅析水胶比对混凝土温控措施的影响

基于上述试验分析，从水胶比的角度出發，对28天养护龄期内混凝土温控措施提出建议为：一般情况下，忽略其他相关因素的影响，浇筑混凝土所选用的水胶比越大，则浇筑初期混凝土温度越高，可选用低水化热和含碱性量低的水泥，也可采用混凝土预冷措施，比如骨料预冷、加冰水拌合等，而在大致8天龄期内，水胶比越大的混凝土温度增长速度越快，温度绝对值也越高，这个时间段内是混凝土内部水化热反应和温升最剧烈的阶段，此阶段对混凝土整体性和耐久性影响比较显著，需要采取及时有效的温控措施，比如控制混凝土浇筑间歇期、分层厚度，预埋冷却水管等，在8天之后的龄期中，各水胶比对应的混凝土温升逐渐趋于稳定，达到温升峰值，且水胶比越大，峰值越高，在这个阶段，混凝土内部温度处于较高水平，而混凝土外部与大气联通，散热较快，故此阶段混凝土内外温差较大，温度应力比较显著，较为容易产生温度裂缝，则此阶段需要对混凝土采取养护措施，包括保湿措施和保温措施。综上，混凝土的浇筑施工需要根据水胶比与混凝土温控措施的响应机制，及时的采取有效的温控措施，缓解混凝土的温度效应，减轻或者是避免混凝土温度裂缝的发生和发展，提高混凝土的整体性和耐久性，有力的保障水工混凝土结构的可靠性。

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