探討水溫對(duì)高早強(qiáng)水泥混凝土的影響

摘? ? 要：高早強(qiáng)水泥混凝土在冬季寒冷天氣施工時(shí)，水溫對(duì)混凝土的凝結(jié)時(shí)間、力學(xué)強(qiáng)度和體積穩(wěn)定性等的影響較大。為解決水泥混凝土低溫條件下施工難的問(wèn)題，本文研究了水溫對(duì)高早強(qiáng)水泥混凝土的工作性、力學(xué)性能和干縮性的影響。在5℃～90℃的不同水溫下，對(duì)新拌和硬化后的混凝土的性能進(jìn)行測(cè)試。試驗(yàn)結(jié)果表明：使用高早強(qiáng)水泥時(shí)，最佳拌合水50±5℃，且在50±5℃范圍內(nèi)混凝土的泌水和坍落度也達(dá)到最佳。

關(guān)鍵詞：水溫;高早強(qiáng)水泥;混凝土;配合比;性能

1? 引言

在水泥混凝土建筑和水泥混凝土路面工程中，寒冷低溫天氣被認(rèn)為是是影響水泥混凝土質(zhì)量的重要因素之一。根據(jù)現(xiàn)行《公路水泥混凝土路面施工技術(shù)規(guī)范》及相關(guān)文獻(xiàn)，混凝土必須在寒冷天氣下放置至少24小時(shí)后才能防凍。為適應(yīng)寒冷低溫的天氣，在水泥混凝土早期水化期間，要使低溫影響降到最小，其方法有多種：增加水泥用量、降低水膠比、使用混凝土添加劑以及加熱骨料和水等，其中加熱骨料和水的方式較為經(jīng)濟(jì)。文獻(xiàn)表明提高水溫有助于寒冷氣候下混凝土的鋪筑，但對(duì)于水溫的控制范圍目前尚處于探索階段。本文主要研究了高早強(qiáng)水泥混凝土較為可靠的拌合用水溫度范圍，測(cè)試不同拌合水溫下水泥混凝土早期抗壓強(qiáng)度和性能的變化規(guī)律。

2? 原材料

2.1? 水泥

參考寒冷低溫天氣下澆筑混凝土的指標(biāo)控制，本試驗(yàn)所用水泥為P·O52.5R高早強(qiáng)水泥。其需水量比為32.2%，28d的抗壓強(qiáng)度為54.1MPa，抗折強(qiáng)度為7.3MPa。所用水泥比常規(guī)水泥含有更高的硅酸三鈣，并且具有較高的比表面積，可加速水泥水化作用，提高早期強(qiáng)度。

2.2? 細(xì)骨料和粗骨料

（1）本試驗(yàn)細(xì)骨料采用天然河砂，要求潔凈、無(wú)雜質(zhì)，不含過(guò)多有害雜質(zhì)，其含泥量小于0.5%，細(xì)度模數(shù)為2.72，屬于中砂。（2）粗骨料采用石灰?guī)r碎石，含泥量小于1%。根據(jù)最大集料粒徑和規(guī)范要求，需對(duì)粗細(xì)集料的級(jí)配進(jìn)行控制，并評(píng)估細(xì)骨料和粗骨料的物理性質(zhì)，以確保各方面因素的一致性。（3）為了確保集料各個(gè)方面的一致，并控制好每個(gè)樣本的溫度，本文以控制溫度（環(huán)境和成分）和比例混合材料為變量，為混凝土制備了不同樣本。

2.3? 水和外加劑

在受控溫度下使用普通自來(lái)水作為拌合用水，并且為了僅觀(guān)察拌合水溫度影響，排除其他因素的干擾，本試驗(yàn)時(shí)不使用混凝土外加劑。

3? 水泥混凝土配合比設(shè)計(jì)和制備

（1）本文水泥混凝土配合比設(shè)計(jì)根據(jù)現(xiàn)行 《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》進(jìn)行，考慮本試驗(yàn)所用的最大骨料尺寸為20mm，坍落度為80-100mm。為獲得良好性能的水泥混凝土，根據(jù)現(xiàn)行《公路水泥混凝土路面施工技術(shù)細(xì)則》確定水灰比、集料數(shù)量、和易性以及含氣量等因素。（2）水泥混凝土的攪拌和澆筑過(guò)程模擬工程實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)的操作，每個(gè)混凝土試件都需單獨(dú)制作，互相不干擾，同時(shí)嚴(yán)格控制組分和環(huán)境（實(shí)驗(yàn)室）溫度，為所有制備的混凝土試件提供完全相同的條件。（3）為了準(zhǔn)確評(píng)估最終的混合料溫度，必須在混凝土裝入成型模具后一分鐘內(nèi)記錄溫度測(cè)量值。制備的水泥混凝土試件均在相同條件下進(jìn)行相同齡期的養(yǎng)護(hù)，以避免任何室外因素對(duì)所測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)生的影響。（4）為了模擬工程實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)條件并提供可比較的試驗(yàn)結(jié)果，在試驗(yàn)時(shí)按以下步驟進(jìn)行養(yǎng)護(hù)：[①]澆筑混凝土后，將模具內(nèi)的混凝土試件保持在8±2°C的模擬溫度下（現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)溫度），并用塑料薄膜蓋保護(hù)20～-24小時(shí)內(nèi)不受水分蒸發(fā)的影響;[②]混凝土齡期達(dá)到7d時(shí)，將混凝土試件浸入溫度為22±3°C的水中進(jìn)行養(yǎng)護(hù);[③]在進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)之前，將所有混凝土試件在環(huán)境溫度下保持1小時(shí)。

4? 水泥混凝土性能分析

4.1? 水泥凈漿凝結(jié)時(shí)間

（1）雖然水泥漿體的凝結(jié)時(shí)間主要取決于水泥的物理性質(zhì)，如細(xì)度和化學(xué)成分（尤其是石膏含量）等因素，但化合物的水灰比在水泥水化過(guò)程中也起著至關(guān)重要的作用。（2）在本研究中，采用自動(dòng)維卡儀對(duì)水泥的初凝試件和終凝時(shí)間進(jìn)行了評(píng)估。經(jīng)試驗(yàn)水泥的初凝時(shí)間與終凝時(shí)間，與規(guī)范值進(jìn)行比較，均達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)。值得一提的是，維卡儀測(cè)試一般在具有較低水灰比（通常在0.25～0.34范圍內(nèi)，取決于水泥）的水泥漿樣品上進(jìn)行，這不同于常規(guī)的混凝土。

4.2? 新拌水泥混凝土溫度

（1）在冬季低溫下澆筑水泥混凝土?xí)r，需要考慮水泥混凝土對(duì)低溫的敏感性，高早強(qiáng)水泥比普通水泥有更高的低溫敏感性。因此在寒冷天氣下施工的高早強(qiáng)水泥混凝土，根據(jù)混凝土的厚度，應(yīng)具有適用最低溫度。但是，在生產(chǎn)或運(yùn)輸過(guò)程中，加熱的骨料和加熱的水或兼?zhèn)鋬烧叨a(chǎn)生的混凝土最高溫度預(yù)計(jì)將超過(guò)32°C。（2）新拌混凝土在高于21°C的溫度下會(huì)出現(xiàn)了性能衰減的現(xiàn)象，這是由于在較高溫度下，混凝土的熱損失率較高。水泥混凝土溫度較高時(shí)，并不會(huì)完全促進(jìn)混凝土的硬化，免受寒冷天氣的危害，相反，高溫對(duì)于新拌混凝土?xí)斐刹焕挠绊憽＃?）經(jīng)試驗(yàn)觀(guān)察結(jié)果顯示，適當(dāng)提高拌合用水的溫度，可有效提高混凝土的和易性和坍落度。當(dāng)水溫不超過(guò)40°C是，混凝土坍落度約為80mm～100mm，而將溫度升高至60°C以上時(shí)，混凝土將會(huì)出現(xiàn)明顯的泌水現(xiàn)象，坍落度也急劇增大，所制備的混凝土試件也易出現(xiàn)裂縫。

4.3? 混凝土力學(xué)強(qiáng)度

（1）為了研究拌合水溫對(duì)混凝土力學(xué)性能的影響，需對(duì)混凝土進(jìn)行抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度試驗(yàn)，尤其是抗折強(qiáng)度對(duì)路面混凝土尤為重要。為此，本文測(cè)試了經(jīng)養(yǎng)護(hù)成型后試件的7天抗壓強(qiáng)度以及7天抗折強(qiáng)度。正如上文所說(shuō)，本研究選擇7天的力學(xué)強(qiáng)度，是因?yàn)樵诖蟛糠只炷翝仓佋O(shè)工程項(xiàng)目中，早期強(qiáng)度被認(rèn)為是混凝土連續(xù)鋪筑的關(guān)鍵因素。（2）根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，拌合水溫度45°C～50°C范圍內(nèi)達(dá)到最高力學(xué)強(qiáng)度。值得一提的是由于本研究中使用的水泥類(lèi)型存在較高的水化溫度，因此可忽略較低的水溫范圍。（3）根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，最佳水溫處于50±5°C的范圍內(nèi)，如果將水溫增加到55°C以上，混凝土的7天抗壓強(qiáng)度和7天抗折強(qiáng)度均呈現(xiàn)不增反降的現(xiàn)象，這表示過(guò)高的水溫在寒冷天氣下對(duì)混凝土的性能增強(qiáng)也不會(huì)有很好的效果。

4.4? 混凝土干縮性

（1）混凝土在成型硬化時(shí)，由于水化、溫度變化以及干濕變化等因素會(huì)造成體積的縮小，對(duì)混凝土的性能產(chǎn)生不利的影響。（2）本文依照現(xiàn)行《公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》，采用混凝土干縮測(cè)試應(yīng)變儀進(jìn)行測(cè)試。（3）最終依據(jù)水泥混凝土干縮試驗(yàn)結(jié)果可知 ：隨著水溫的升高，水泥混凝土的干縮值增大，抗干縮性能減弱。當(dāng)水溫從25°C升至55°C時(shí)，其干縮值變化程度不大，呈現(xiàn)緩慢上升的趨勢(shì);而水溫從55°C升至70°C時(shí)，干縮值急劇增大。因此從混凝土干縮方面考慮，水溫的范圍應(yīng)不超過(guò)55°C。

5? 結(jié)束語(yǔ)

（1）對(duì)于高早強(qiáng)水泥，在相同的配合比設(shè)計(jì)和試驗(yàn)條件下，拌合用水溫度越高，混凝土坍落度越高。隨著水溫升高，坍落度增加，混凝土?xí)霈F(xiàn)較高的泌水和離析。（2）當(dāng)拌合水溫度為50±5℃時(shí)，混凝土泌水現(xiàn)象最小。在力學(xué)性能方面，通過(guò)對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度的測(cè)定，確定了用高早強(qiáng)混凝土的最佳水溫范圍為50±5℃。（3）對(duì)于混凝土的抗干縮性能，水溫不超過(guò)55℃時(shí)，混凝土干縮現(xiàn)象處于可控范圍內(nèi)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李俊林.不同低溫溫度區(qū)間混凝土凍融循環(huán)作用性能試驗(yàn)研究[D].清華大學(xué)，2017.

[2] 王調(diào)平.鐵路橋梁混凝土冬季低溫施工技術(shù)[J].建材與裝飾，2018（7）：283.

[3]黃姣姣.硫鋁酸鹽水泥混凝土與普通硅酸鹽水泥混凝土性能對(duì)比研究[J].商品混凝土，2019（12）：46～47+28;

作者簡(jiǎn)介：

張?jiān)隽郑?978—）男，湖南懷化，路橋工程師，主要研究方向?yàn)楣窐蛄号c隧道質(zhì)量監(jiān)督。