工程建設(shè)混凝土水化熱控制

張啟恒

摘 要：被澆筑之后的混凝土，混凝土在水化過程中產(chǎn)生了較高的水化熱能量，這些能量使混凝土整體的溫度升高，但混凝土外表面散熱較快，內(nèi)部熱量散失慢，所以就造成混凝土表面的溫度低而內(nèi)部溫度高，于是在混凝土的內(nèi)部產(chǎn)了生壓應(yīng)力，而這些應(yīng)力極大的對(duì)影響力工程質(zhì)量，本文致力于生產(chǎn)需要，主要是對(duì)混凝土水化熱的影響。

關(guān)鍵詞：混凝土，水化熱，拉應(yīng)力，溫度應(yīng)力，熱膨脹系數(shù)，集料

一、混凝土水化熱特性

混凝土的水化熱特性與水泥的生產(chǎn)過程有關(guān)，由于水泥主要是石灰石進(jìn)過高溫鍛造，吸收了大量的熱所以本身就有較大的能量。而水泥的的水化過程就是鍛造水泥的逆反應(yīng)過程，正反應(yīng)吸收的熱量在逆反應(yīng)過程又放出了。鍛造水泥的溫度很高所以這個(gè)反應(yīng)也放出了較高的能量，一般為270～350kJ/kg?，F(xiàn)代生產(chǎn)過程中水泥的成分復(fù)雜，生產(chǎn)部門也會(huì)根據(jù)市場需要生產(chǎn)的水泥種類也是不同的，所以不同種類的水泥水化反應(yīng)所放出的的能量也是不同的。絕熱條件較好實(shí)驗(yàn)條件下混泥土能夠升高40～50℃。熱脹冷縮，水化反應(yīng)放出的的熱量使得混凝土膨脹。由于濕量影響水泥石膨脹系數(shù)，范圍在10～20-6/℃。用水泥石和骨料所組成的混凝土，骨料的熱膨脹系數(shù)比水泥石低，試驗(yàn)范圍在5～13E10-6/℃，所以食料和水泥石的比例就影響混凝土的熱膨脹系數(shù)。已經(jīng)有實(shí)驗(yàn)證明混凝土在空氣中的養(yǎng)護(hù)時(shí)的膨脹系數(shù)比混凝土在水中養(yǎng)護(hù)時(shí)高。

二、影響混凝土水化熱溫度應(yīng)力的因素

1. 溫度應(yīng)力的產(chǎn)生

混凝土必然受到熱脹冷縮的影響。一般當(dāng)溫度變化較小時(shí)熱膨脹系數(shù)可近似按常量處理，而一旦在較大的溫度變化范圍內(nèi)則不是常量。不同混凝的的配合設(shè)計(jì)一般不同，混凝土中凈漿硬化體、細(xì)骨料和粗骨料的組成比例也有差異，并且內(nèi)部空隙不同和尚未參加水化反應(yīng)的殘留結(jié)合水，這些因素往往造成了混凝土的膨脹系數(shù)不同。水泥石和集料的膨脹系數(shù)不同一般在10～20 E -6/℃之間。因?yàn)樗嗍臒崤蛎浵禂?shù)較高，所以混凝土的熱膨脹系數(shù)隨著水泥石的增多而升高。補(bǔ)充：集料的膨脹系數(shù)：5～13E-6/℃

混凝土變形不受約束自由膨脹（收縮）時(shí)，混凝土內(nèi)部和表面是不會(huì)產(chǎn)生溫度應(yīng)力的。但當(dāng)混凝土構(gòu)建所受的溫度影響不均，混凝土的膨脹（收縮）受到不同的阻礙就會(huì)產(chǎn)生溫度應(yīng)力。如圖3-1所示長為L的AB桿，AB端固定約束，若桿的溫度升高了△T，如果A端自由，桿就伸長了△L。如虛線所示。但此時(shí)A端固定，桿就相當(dāng)于壓縮了△L。公式的應(yīng)變?yōu)椋害舤=Δ L/（ L+Δ L），應(yīng)力此時(shí)為應(yīng)為σ t =Eεt（AB桿的彈性模量為E）。降降溫亦成立。桿收到的是拉力，方向相反。

在施工初期，混凝土水化熱產(chǎn)生溫度應(yīng)力。前面已經(jīng)講道，混凝土溫度升高是水泥在水化反應(yīng)所產(chǎn)生的，溫度的升高程度和水化反應(yīng)的劇烈程度有關(guān)。因?yàn)槭菬岬牟涣紝?dǎo)體，緩慢的散熱，所以水化反應(yīng)所產(chǎn)生的熱在混凝土的內(nèi)部難以散發(fā)，因?yàn)樗磻?yīng)放出的較多的熱，所以混凝土內(nèi)部溫度較高，由于熱脹冷縮，這又使得混凝土體積變大，外部熱量散發(fā)快，體積就膨脹的少。這是這些因素使得混凝土內(nèi)部和外部分別受到壓應(yīng)力和拉引力。 溫度裂紋的產(chǎn)生就是因?yàn)槔瓚?yīng)力大于混凝土的抗拉強(qiáng)度。

2.影響溫度應(yīng)力的因素。

根據(jù)式（3-1）可以得出出熱膨脹系數(shù)α越大，混凝土單位溫升的自由膨脹或收縮的體積的ΔV就越大，而溫度應(yīng)力σt與變型受到的的約束成正比。當(dāng)溫差保持穩(wěn)定時(shí)，溫度應(yīng)力σt的大小就和熱膨脹系數(shù)α有關(guān)。 此外由式（3-1）還可以分析得出，在混凝土熱的膨脹系數(shù)相同時(shí)（即同種材料）溫差ΔT越大，體積變化ΔV也就越大，因此所受到的的溫度應(yīng)力σt也就越大。故在同一構(gòu)件中，溫度應(yīng)力σt的大小由溫差ΔT的大小決定。但相對(duì)于體積較大的混凝土，外邊界的散熱情況和混凝土水化放熱量則是主要影響溫差ΔT的因素。

三、處理混凝土水化熱溫度的方法

混凝土水化熱溫度應(yīng)力控制的參考是混凝土最大的絕熱溫升，而最大絕熱溫升越高則表明著混凝土的內(nèi)部溫度越高，外部混凝土的溫度則因?yàn)榕c環(huán)境接觸，所以溫度降低的較快，這樣內(nèi)外溫差就會(huì)很大，這樣就對(duì)混凝土的溫度裂縫控制不利。降低混凝土的最大絕熱溫升是減弱混凝土內(nèi)外溫差的很重要的方法。

前幾章談到混凝土溫度主要是由兩部分疊加而組成，一是混凝土本身因?yàn)樗療岙a(chǎn)生的熱，二是混凝土所處環(huán)境的初始溫度，即：τ=τ0+T。τ0和T 降低都可以使混凝土內(nèi)部溫度降。

（1）對(duì)混凝土集料降溫降低可以使混凝土初始溫度τ0降低，降低混凝土入模的初始溫度的具體操作如下：

使用水冷骨料、風(fēng)冷骨料、加冰水拌等一些方法相結(jié)合措施，可以使得混凝土的混凝土澆筑和出機(jī)口溫度降低很多。這就是預(yù)冷混凝土的方法來降低混凝土澆筑溫度。

加快澆筑和混凝土運(yùn)輸速度，但在運(yùn)輸過程中盡量保溫，而在澆筑倉噴霧降溫，這樣盡可以避免混凝土溫度的回升。

選擇如夜間和清晨等氣溫相對(duì)較低的時(shí)間段進(jìn)行混凝土的澆筑。環(huán)境溫度較低，就可以使混凝土在澆筑的過程當(dāng)中溫度不至于很快回升。

（2）單位質(zhì)量的水泥最大水化的放熱量 Q0 與混凝土水化熱溫升 ，混凝土比熱c，單位體積的水泥用量W，混凝土密度ρ 有關(guān)?；炷翉?qiáng)度滿足要求的前提下，降低單位質(zhì)量水泥水化的放熱量 Q0 ，適量的調(diào)整配合比，減少單位體積水泥用量W，骨料使得混凝土密度ρ和比熱c乘積盡量較大，根據(jù)以上想法調(diào)整混凝土配合比例，盡量的使用低熱水泥，同時(shí)減少單位體積水泥的用量和摻和料外加劑，這樣就可以使得水泥水化熱產(chǎn)生的總熱量降低，混凝土內(nèi)部的最高溫度也就隨之降低了。

本文采用了控制水泥水化熱，改變水泥石和集料比例的技術(shù)，介紹了混凝土水化熱特性，影響混凝土水化熱溫度應(yīng)力的因素內(nèi)容，設(shè)計(jì)出了處理混凝土水化熱溫度的方法，實(shí)踐證明本文的結(jié)論。endprint