添加剂对大体积混凝土温度控制现场试验研究

应泽林，李淑红

(1.绍兴市水利局，浙江 绍兴 312000；2.绍兴市弘正水利工程质量检测有限公司，浙江 绍兴 312000)

混凝土是多相复杂的组合脆性材料,抗拉强度低,极限拉伸变形小,当混凝土块体温度变化产生的拉应力大于混凝土抗拉强度或拉应变超过混凝土的极限拉应变时,混凝土就会出现裂缝。温度裂缝不仅会影响结构的使用功能，降低其强度，还会影响到混凝土的耐久性[1-3]。

在大体积混凝土结构中,由于水泥水化放热,混凝土的内部温度往往要升高10～50 ℃,最高温度达到30～70 ℃[4-5]。大体积混凝土由于厚度大，水化热消散越慢，造成大体积混凝土内部温度过髙，混凝土内外温差大，引起大体积混凝土裂缝[6-8]。

目前一般从两个方面对大体积混凝土结构的温度与裂缝进行控制：一是在实际施工时采取必要的生产组织及温控措施，控制混凝土的绝热温升，控制内外温差和降温速率等指标，以减小由于温度变化率过快带来的温度应力；二是从原材料选择和配合比设计优化的角度降低混凝土自身放热，减少收缩率，提高抗裂和抵抗变形的能力[9-11]。本文在混凝土中分别掺入抑制剂和氧化镁，通过现场试验分析这些添加剂对混凝土温度变化造成的影响。

1 现场试验段布置

试验段整体为40 m×14 m×2 m长方体，分为三个试验块(7 m×6 m×2 m)，分别为近岩石区域(混凝土标号为C9020W6F50)、挖掘机通行区域及靠近坝体氧化镁、空白、抑制剂试验段的中央区域(见图1)。

图1 试验段区域划分

选择在靠近坝体中央的区域埋设温度线及应变计，布点位置以及现场测点布设分别(见图2)。其中A点中心位置布设横、纵应变计各一根，B点中心位置布设横、纵应变计各一根(与A点进行应变数据对比)，此外，在B、C、D、E四个点上(距上表面0.15 m处)、中(中心位置1 m处)、下(距底面0.15 m)位置各布设一根测温线，实时监测混凝土内部温度。

图2 温度线及应变计布点

2 试验过程控制

2.1 混凝土配合比

工程应用混凝土试验配合比(见表1)(水泥176 kg/m3，水灰比0.6，砂43%，减水剂掺量为水泥用量的1.9%)，在混凝土拌合过程中，严格控制原材料及外加剂用量的准确性。

表1 试验段及空白段混凝土配合比 kg/m3

备注：水泥——海螺PO42.5；粉煤灰——Ⅱ级，浙江天达环保股份有限公司乐清分公司；粗骨料——现场开采破碎；细骨料——现场开采粉磨制成；减水剂——HQ-3型高效缓凝减水剂，杭州奥飞建材科技有限公司；水化热抑制剂、镁质抗裂剂——武汉三源特种建材有限责任公司。

2.2 混凝土生产

混凝土搅拌站位于大坝上方山腰处，每小时出混凝土量40 m3左右。严格控制外加剂投料准确，为了减少投料过程中外加剂的损失，将外加剂与砂一起通过传送带输送至搅拌机。此外，与拌合楼工作人员协调将原60 s搅拌时间更改为120 s，尽可能确保外加剂搅拌均匀。

2.3 混凝土浇筑

拌和后的混凝土由溜槽和传送带运输至相应部位进行浇筑，运输至相应位置的混凝土通过挖掘机整平，后进行人工振捣密实。此次试验采取连续浇筑的方式，按施工原有配合比及工序进行施工。

2.4 混凝土养护

混凝土浇筑完后、初凝前进行潮湿养护，终凝后进行浇水养护，待混凝土到达温峰后，覆盖土工布进行保温养护。

3 温升实验数据分析

3.1 水化热抑制剂

测温线预先埋设于相应位置，埋设后确认测温线可以准确读数，温度数据1 h采集一次。考虑到中心点的温度最具代表性，因此选择B和D点中心位置、C和E点中心位置进行温度对比(见图3)，温度对比曲线(见图4—5)，表2为数据统计结果。

图3 温度和应力计布置示意图

图4 空白段和抑制剂段中心温度曲线对比(B和D)

图5 空白段和抑制剂段中心温度曲线对比(C和E)

表2 温度数据统计 ℃

综上所述，标号C15混凝土在冬季施工条件下，抑制剂段相对于空白段中心温度降温4.3 ℃和3.6 ℃，大大降低了产生温度裂缝的可能性。

3.2 氧化镁

空白段混凝土入模温度为13.6 ℃，纵向应变计4.0 d后混凝土中心达到峰值34.4 ℃，横向应变计4.0 d达到温峰34.7 ℃，差别不大(见图6)。横向纵向应变计均为23 d后降到室温18.7 ℃稳定，降温速率平均约为0.8 ℃/d。空白段混凝土刚入模时处于塑性状态应变计自由变化波动较大，14.4 h后混凝土开始硬化，应变计开始稳定计数，此时混凝土水化消耗大量水分，化学收缩产生自收缩，水灰比过大引起干燥收缩，应变计呈下降趋势，随着内部混凝土温度升高，混凝土自身膨胀补偿部分收缩，直至4 d后温峰出现，此后混凝土温度开始呈降低趋势直至室温(见图7)。横向应变与纵向应变相差不大，趋势相近。

掺入氧化镁混凝土入模温度为9.0 ℃，纵向应变计3.8 d后混凝土中心达到峰值24 ℃，横向应变计3.8 d达到温峰24.8 ℃，差别不大(见图8)。横向纵向应变计均为23 d后降到室温16.9 ℃稳定，降温速率平均约为0.4 ℃/d。刚入模时混凝土处于塑性状态应变计自由变化波动较大，由于入模温度较低，19 h后混凝土开始硬化，应变计开始稳定计数，混凝土应变初始呈增长趋势，混凝土干缩与自收缩消耗部分膨胀能，但始终为正应变，混凝土后期温降收缩消耗一部分膨胀能，但混凝土始终处于稳定微膨胀状态，大大降低了开裂风险。横向应变与纵向应变相差不大，趋势相近(见图8)。

图6 空白段混凝土温度曲线

图7 空白段混凝土应变曲线

图8 MgO试验段混凝土温度曲线

图9 MgO试验混凝土应变曲线

4 结论

(1)本次混凝土强度等级为C15，水泥用量低，抑制剂试验段相对于空白段降温4 ℃左右，抑制剂体现了较明显的降温效果。

(2)无论是空白段还是加入MgO试验段，混凝土内部温峰达到时间大致为浇筑后4 d左右，但是MgO试验段降温速率为0.4 ℃/d，明显低于空白段0.8 ℃/d。

(3)空白段混凝土中心部位产生了约-15～+20的微应变，掺镁质抗裂剂后，混凝土始终处于微膨胀状态，中心部位有25～35的微膨胀。