混凝土温控技术探讨

吴耿富 梁树荣

（1 广州盈筑混凝土有限公司；2 广东城联中建混凝土有限公司）

0 引言

百年大计，质量为本。广州市地铁工程建设设计使用年限为百年工程，必然要求其混凝土要具有良好的耐久性能。而影响混凝土耐久性的因素有碳化、侵蚀性化学、冻融、碱集料反应等多种因素，广州地铁位于滨海沉积的土层种，所以对混凝土的最大危害因素是化学侵蚀和钢筋锈蚀。化学侵蚀主要是由空气或水中的CO2分子、地下水和海水中的SO42-以及某些工业废水中的H+渗透进入到混凝土内部并发生化学反应所引起的，钢筋锈蚀主要是地下水CL-1离子超标且与CL-1离子的渗透迁移有关，两者均与混凝土的密实性直接相关。如果混凝土自身密实性较好（即渗透系数较低），则外界的有害化学物质难以渗透到混凝土内部。混凝土耐久性与其渗透系数有一定的对应关系。因此要提高混凝土的耐久性能必然要提高混凝土的抗渗性能。而混凝土不开裂是保证混凝土抗渗性能的最基本条件。在广州，夏季温度很高，常常容易产生温度裂缝；对于温度裂缝要从原材料、混凝土配合比、施工、养护多方面控制。而在高温天气里施工，控制混凝土的入模温度是减少混凝土热裂缝的必要措施，而用加冰进行混凝土控温是比较直接、有效的措施。鉴于广州夏季气温较高的特点，因此如何科学合理地进行温度控制来保证混凝土入模温度是技术工作的重点，本文根据广州地铁工程混凝土加冰实例结合有关理论进行计算、分析，总结出混凝土的温控经验，可以较好地解决混凝土的温控问题。具体计算分析、如下：

1 计算基准

混凝土配合比以广州地铁常用的混凝土等级为例，假设混凝土配合比如表1（干燥基，单位为kg/m3，并忽略外加剂对温度的影响）。

表1 混凝土配合比

⑴混凝土温度计算按公式⑴

式中：

Mc、Cc、Tc——分别是水泥用量（kg/m3），比热（kJ/kg.℃）和温度（℃）。

Mf、Cf、Tf——分别是粉煤灰用量（kg/m3），比热（kJ/kg.℃）和温度（℃）。

Ms、Cs、Ts—— 分别是砂用量（kg/m3），比热（kJ/kg.℃）和温度（℃）。

Mg、Cg、Tg——分别是石用量（kg/m3），比热（kJ/kg.℃）和温度（℃）。

Mw、Cw、Tw——分别是水用量（kg/m3），比热（kJ/kg.℃）和温度（℃）。

⑵基本参数设定

气温Ta=30℃，水泥温度Tc=90℃，粉煤灰Tf=40℃,水温Tw=28℃，砂、石的温度等于水温，即Ts=Tg=Tw=28℃；且Cc=Cs=Cg= 0.90，Cf= 0.90，Cw= 4.2（参照GB50204-2015《混凝土结构工程施工及验收规范》）。要求混凝土运到工地后的温度低于32℃，考虑混凝土在运输过程的温升，混凝土出工前应控制在29℃以下。

2 混凝土拌合物温度

混凝土拌合物温度（搅拌后的出机温度）计算过程如下：

3 气温与混凝土温度的关系

假设水泥与粉煤灰的温度不变，水温始终比气温低2℃，而砂、石经自来水冲洗而与水温相同，按上述公式可推出混凝土温度与气温的关系公式：

即：Th= 8.6 +0.87Ta⑵

据此，可算出不同气温下的混凝土温度，结果见表2。

表2 不同气温下的混凝土温度

4 原材料温度变化对混凝土温度的影响

⑴水泥温度降低10℃（△Tc= 10℃）时：

⑸气温降低10℃（△Ta= 10℃）时，假设不、砂和石的温度也同步降低10℃，则混凝土温度变化：

综上述，水泥、砂、碎石、水、气温每降低10℃，混凝土温度分别降低1℃、2.5℃、3℃、3℃和8.7℃。

5 混凝土温度降低1℃所需冰量（理论用冰量）

⑴当△Th= 1℃时，需吸热量

6 在配送及等候施工期间对混凝土温度的影响

⑴当不考虑搅拌车内磨擦及水泥水化反应所引起混凝土的升温，仅从热传导的角度出发，理论上混凝土温度在运输途中的温度变化可用下公式计算：

式中：

T2——混凝土运输后的温度（℃）；

T1——混凝土的出机温度（℃）；

t1——运输及等候时间（h）；

n——混凝土转运的次数，一般以1次计算；

Ta——运输时的气温（℃）；

a——温度损失系数（h－1）,当以搅拌车运输时a=0.25。

⑵若气温以30℃、运输及等候时间按1 小时计算，根据前述计算结果，可求得经运输后的混凝土温度：

T2 = 34.7－(0.25 × 1 + 0.032 × 1) ×(34.7－30)

= 33.4℃

ΔTh=T2－T1 = 34.7－33.4 = 1.3℃

从此公式可知，不考虑混凝土磨擦及化学反应时，当混凝土温度高于气温时，混凝土在运输途中是降温过程；反之，若混凝土温度比气温低（如加冰混凝土）则是升温过程。但是当温差不大时，升降温的幅度都不大（温差1℃，才升降温0.282℃）.

⑶而在混凝土生产配送时要考虑的因素要复杂的多，混凝土在搅拌车运输的过程中，除了与大气的热传递以外，混凝土与车鼓的磨擦、混凝土自身的磨擦及水泥的水化反应都将使混凝土的温度升高，混凝土的实际温升是热传递、磨擦以及水化热的综合结果。热传递使混凝土温度可能升高也可能降低，而磨擦和水化热则必然导致升温。根据实测，混凝土经过1 小时运输后一般温度略升高2～3℃，30分钟约升温1℃左右。根据上述理论，可以科学、合理地根据施工当天气温及原材料温度情况计算所需用冰量并有针对地采取温控措施（单独一种或同时采用多种措施）使混凝土的入模温度控制在30℃以下，控制措施见表3。

表3 入模温度控制措施

7 结语

根据以上理论我司用Excel 工作表编制混凝土温度计算表，当需要添加冰块时只要提供原材料的温度、气温及需要控制的混凝土温度，就可以快速地计算出需要添加混凝土冰块用量，较好地解决了混凝土的温控问题。我司在2022 年夏季起在广州地铁广州东站至花都天贵城际轨道交通工程中使用该温控理论，相信能较低好地解决了混凝土的温控问题，收到了较好的经济效益。