干热条件下施工的混凝土特性试验研究

卢 军 邹德华

（新疆水利水电勘测设计研究院 乌鲁木齐 830000）

1 概述

北疆供水工程是我国西部地区长距离跨流域供水工程，据统计，工程需浇注混凝土约136万m3。新疆夏季的自然条件是温度高、湿度低、风速大，在这样的特殊环境下施工，混凝土的性能与通常情况下的性能有所不同。本工程对混凝土的抗冻耐久性要求高，且有些部位的混凝土处于较强的硫酸盐侵蚀环境，为了提高混凝土的抗硫酸盐侵蚀能力，施工阶段，混凝土配合比采用了掺用磨细矿渣粉的措施。混凝土的施工质量关系到渠道的安全运行，由于特殊的施工环境，为了确保工程质量，施工期间，本工程对典型配合比（C20W6F200）进行了干热条件下混凝土特性的专门试验研究。

2 试验研究的内容

模拟新疆干热条件下施工的混凝土特性研究主要包括以下内容：

a.选取一种典型混凝土，模拟新疆干热条件（温度35℃左右，相对湿度50%左右）施工，进行混凝土拌和、成型和养护试验。

b.研究模拟干热条件下混凝土拌和物的坍落度损失、含气量损失和凝结时间。

c.研究模拟干热条件下施工的混凝土干缩变形。

d.研究模拟干热条件下施工养护的混凝土抗压强度发展规律。

e.研究模拟干热条件下施工养护的混凝土极限拉伸值、抗渗和抗冻耐久性。

3 试验研究成果

3.1 混凝土拌和物性能试验

干热条件下混凝土特性研究以三级配C20W6F200混凝土作为典型进行。具体配合比下表1。

混凝土拌和物的性能试验按20+2℃的标准实验室条件和试验室模拟干热条件（35℃左右，相对湿度50%左右，模拟新疆干旱气候施工）分别进行，试验按《水工混凝土试验规程》（SD105—83）进行操作，试验包括坍落度损失、含气量损失和凝结时间。

表1 典型三级配混凝土配合比

3.1.1 混凝土拌和物坍落度试验

混凝土拌和物的坍落度损失试验结果见表2和表3。混凝土拌和物试验表明：在静置条件下，无论是在标准的20℃，还是在35℃干热环境下，都会产生较大的坍落度损失，其损失量随着静置时间的延长而增大，在35℃干热条件下的坍落度损失大于标准条件下的坍落度损失。在静置90min后，虽然混凝土拌和物的坍落度仅为5～15mm，但在振动台上仍能被震动液化。混凝土拌和物在初凝前的流动特性符合宾汉姆体的规律特点。

混凝土拌和物在浇筑点的坍落度大小由施工工艺决定，而机口初步坍落度的大小应考虑浇筑点的坍落度要求和混凝土在运输途中的坍落度损失，经现场测试后确定。调整混凝土初始坍落度的有效办法是调整混凝土中减水剂的用量。

表2 标准条件下混凝土坍落度损失试验结果

表3 干热条件下混凝土坍落度损失试验结果

3.1.2 混凝土拌和物含气量试验

混凝土拌和物的含气量损失试验结果见表4和表5。

表4和表5的试验结果表明：混凝土拌和物的含气量随着静置时间的延长而减少，干热条件比标准条件下的含气量损失略大。两种条件下混凝土拌和物静置30min后含气量勉强满足要求，60min后含气量已不能满足要求。因此，在干热条件下，应适当增加机口混凝土拌和物的初始含气量，调整含气量的有效方法是调整AE剂的掺量。

表4 标准条件下混凝土含气量损失试验结果

表5 干热条件下混凝土含气量损失试验结果

3.1.3 混凝土拌和物凝结时间试验

混凝土拌和物的凝结时间试验结果见表6。表6的试验结果表明：混凝土在干热条件下的干缩时间大大缩短，其初凝时间仅为标准条件下的1/3左右。对混凝土拌和物凝结时间T的要求，主要取决于浇筑混凝土构件所需的时间T0，以使在浇筑混凝土时，先浇筑的混凝土尚未初凝。

调整混凝土拌和物初凝时间的有效办法是调整外加剂中缓凝成分的含量。混凝土拌和物的坍落度损失、含气量损失和凝结时间的变化与环境温度、湿度、风速、日晒、运输方式，以及放置时间等密切相关,施工时要注意做好控制。

3.2 混凝土物理力学性能试验

混凝土的物理力学性能试验主要包括3天、7天、28天的抗压强度，28天的轴拉强度、抗拉弹模和极限拉伸值，1天、3天、7天、14天、28天和60天的干缩等。

3.2.1 混凝土力学性能试验

标准条件下（20+2℃）试件的成型和养护按《水工混凝土试验规程》（SD105—83）进行。试验室模拟干热条件（35℃左右，相对湿度50%左右，模拟新疆干旱气候施工）试件的成型、制作控制在30min内完成，成型后的试件经抹面后，送入模拟箱，2天后编号拆模，拆模后的试件放在搪瓷盘中，用塑膜覆盖（模拟现场养护），继续放入模拟箱养护至各龄期进行各项性能试验。

混凝土的力学性能试验结果见表6和表7。

表6 标准养护混凝土的力学性能试验结果

表7 模拟现场施工养护混凝土的力学性能试验结果

表6和表7的试验结果表明：模拟现场35℃施工养护的混凝土，3天和7天的抗压强度有大幅提高，特别是矿碴粉混凝土，3天的抗压强度比标准养护提高约2倍。模拟现场35℃养护的混凝土28天的抗压强度、轴拉强度、弹性模量和极限拉伸值均比标准20℃养护有不同程度的提高。

3.2.2 混凝土干缩试验

混凝土干缩试验分标准条件和试验室模拟干热条件分别进行，比较混凝土试件在不同条件下的干缩性能。试验结果见表8。

表8 混凝土干缩试验结果 单位：10-6

混凝土在干热条件下的干缩大于标准条件下的干缩，特别是在早期，1天和7天的干缩平均增加59%和74%，随着龄期的延长，干热条件下14天后与标准条件下干缩值趋于一致。因此，干热条件下混凝土养护时间至少14天，一般不低于21天。

3.2.3 混凝土耐久性试验

混凝土的耐久性试验主要包括养护28天混凝土试件的抗渗和抗冻。

20+2℃标准条件下试件的成型和养护完成按《水工混凝土试验规程》（SD105—83）进行。试验室模拟干热条件（35℃左右，相对湿度50%左右，模拟新疆干旱气候施工）试件的成型、制作控制在30min内完成，成型后的试件经抹面后，送入模拟箱，2天后编号拆模，拆模后的试件放在搪瓷盘中，用塑膜覆盖（模拟现场养护），继续放入模拟箱养护至各龄期进行各项性能试验。

混凝土的抗渗和抗冻试验结果见表9和表10。当混凝土中的含气量满足要求时，混凝土的抗冻性能就能满足要求，标准养护与35℃养护的混凝土性能和抗冻性能相差不大，都能满足设计要求。

表9 混凝土抗渗试验结果

表10 混凝土抗冻试验结果

4 结语

通过试验可以得出以下结论：

a.混凝土拌和物在静置条件下，在标准20℃和35℃干热环境中，都会产生较大的坍落度损失，其损失量随静置时间的延长而增大，在35℃干热条件下的坍落度损失大于标准条件下的损失。

b.混凝土拌和物静置90min后的坍落度为5～15mm，拌和物在浇筑点的坍落度大小由施工工艺决定，而机口初始坍落度的大小应考虑浇筑点的要求和在运输途中的损失，经现场测试后确定。

c.混凝土拌和物的含气量随静置时间的延长而减少，干热条件下比标准条件含气量损失略大。两种条件下混凝土拌和物静置30min后含气量勉强满足要求，60min后含气量已不能满足要求。因此，在干热条件下，应适当增加机口混凝土拌和物的初始含气量，调整含气量的有效方法是调整AE剂的掺量。

d.在干热条件下混凝土拌和物的凝结时间大大缩短，其初始凝结时间为5～8h，为标准条件下的1/3左右。凝结时间大小由施工工艺决定。

e.模拟现场施工养护的混凝土力学性能，比标准养护有不同程度的提高，3天和7天的抗压强度有大幅提高，特别是矿碴粉混凝土，3天的抗压强度比标准养护提高约2倍。

f.混凝土在干热条件下的干缩大于标准条件下的干缩，特别是在早期，1天和7天的干缩平均增加59%和74%，随着龄期的延长，干热条件下14天后与标准条件下干缩值趋于一致。因此，干热条件下混凝土养护时间至少14天，一般不低于21天。

g.当混凝土的含气量满足要求时，混凝土抗冻性能就可满足要求，标准养护和模拟现场35℃施工养护的试件，其抗渗性能和抗冻性能相差不大，都能满足设计要求。