降低大体积混凝土水化热的措施探讨

毋慧玲

（台州市皓强建材有限公司，浙江 台州 318000）

0 前言

混凝土是由胶凝材料、砂石骨料和水、外加剂等各组分经物理和化学反应形成的多相体材料，在基础设施建设中扮演了极为重要的角色，混凝土质量也关乎工程实体的安全和服役寿命，因此如何保证混凝土工程各环节的质量控制也成为参建各方关注的重点。大体积混凝土浇筑方量大、施工紧凑，混凝土集中放热，造成混凝土内外温差增大，在养护不良的情况下极易出现结构裂缝，从而带来混凝土结构强度和耐久性下降等系列问题[1]。降低大体积混凝土水化热，要对引起混凝土水化热升高的因素进行分析，进而从原材料、施工及温控技术各方面着手，做到综合管控。

本文通过对引起混凝土水化热升高的因素进行分析，并对降低大体积混凝土水化热的方法进行探讨，以期为工程实际提供参考。

1 引起混凝土水化热升高的因素

1.1 胶凝材料

水泥和矿粉、煤灰等矿物掺和料共同组成了混凝土的胶凝组分，遇水拌和后发生水化反应，生成水化硅酸钙、氢氧化钙以及钙矾石等水化产物，并在反应过程中释放大量热量，使得混凝土内部温度升高。因此胶凝材料是影响混凝土水化热升高最直接的材料因素。水泥熟料组成结构、细度和温度都会对水泥水化热产生影响[2]。重庆大学王冲等[3]人通过研究发现，水泥比表面积增加，混凝土升温速率和水化放热总量均增加，水泥组分中碱含量也使得早期放热量集中，适当提高石膏用量可以延缓水泥水化放热速率，从而降低混凝土结构内部温升值。

水泥熟料中 C3A 和 C3S 水化反应快，放热较为集中，因此水泥中 C3A 和 C3S 含量较高时混凝土内部水化放热较快[2]，更容易出现温度裂缝。热水泥的应用也使得混凝土内部水化放热集中，水泥水化放热峰值大幅提前[4]，见图 1。

粉煤灰和矿粉等矿物掺和料的加入不仅能节约水泥用量，同时也有利于降低水泥水化热[5,6]。罗树强[7]的研究发现粉煤灰的加入可以降低混凝土早期温升速率，削减混凝土温峰值，且掺量增加混凝土内部放热速率放慢。适当细度的粉煤灰能够进一步延缓水泥放热峰的出现。磨细矿粉同样可以改变水泥的水化历程，延缓水泥放热速率，但其效果不如粉煤灰。双掺矿粉和煤灰可以起到协同效应（图 2），降低混凝土内部早期温升[5]。而硅灰对水泥水化热的研究则出现掺量的差异，郝俊娟等人[8]认为低掺量下硅灰可以促进水泥水化反应，水化热增加，掺量高时会降低水泥水化热。

图1 水泥温度对水化放热速率的影响[4]

图2 单、双掺矿物掺和料对混凝土内部温度的影响

1.2 混凝土配合比

混凝土配合比在设计的过程中，要充分考虑大体积混凝土自身放热特点，尽可能的少用水泥或采用低热水泥，增加矿物掺和料的比例，同时采用缓凝型的减水剂，降低大体积混凝土早期绝热温升。

重庆大学王冲[9]通过在 C150 超高强混凝土中改变矿物掺和料比例，研究混凝土内部的温升以及内外表面温差值，发现在设计混凝土配比时加入活性矿物掺和料完全可以控制混凝土温升值，并应用于大体积混凝土。

其他条件相同时，水胶比越低、混凝土的绝热温升达到的峰值越高，这说明水分欠缺时水泥水化正向反应速度加快，促进水化产物的大量生成，导致早期水化放热较快。此外缓凝型外加剂在混凝土配合比的应用可以延缓水化放热速率，降低温升值，郑克仁等[10]研究发现缓凝剂可以有效延缓水泥早期的水化进程，而对后期水化程度无影响。

1.3 施工因素

混凝土从生产到浇筑入模，每一个环节对于大体积混凝土的温升和开裂都至关重要。作为施工方，做好与材料供应单位的要料衔接，在施工过程中分层振捣可以提高混凝土工作范围，增加混凝土散热面积。

施工环境同样重要。高温天气下，水泥水化过快，短时间释放大量水化热，由于混凝土是热的不良导体，从而出现内外温差较大，出现温度应力，混凝土开裂风险较大。因此要避免在高温天气（35℃ 以上）浇筑大体积混凝土，以减少混凝土内部温升。

混凝土浇筑完成后要及时进行覆膜、降低水分散失，同时通过蓄水和洒水养护、养护剂养护等养护方法，减少混凝土内部游离水的蒸发速率。良好的养护可以为水泥持续水化提供充足的水分，降低早期水化放热速率，同时降低内外温差，温度裂缝的发生几率也会大幅减少[11]。

2 防治措施

2.1 严选混凝土原材料

混凝土原材料的筛选是从源头控制大体积混凝土温升的第一步，胶凝材料是主要的水化热来源，因此在进行水泥选择时，不能只考虑施工工期而选择早强水泥，这样会使得混凝土早期水化热集聚在混凝土内部，产生温度应力增大工程开裂风险，因此要控制水泥细度，通过水泥标稠试验进行入场验收标准，采用熟料 C3A 含量低的水泥，降低水泥早期水化反应速率。

优质的矿物掺和料可以削弱水泥水化放热峰值，延缓水泥反应速率，对混凝土内部温升提高有效调控的作用。在机制砂普遍使用的今天，要对机制砂的各项指标进行严格控制，包括机制砂的细度、含粉、MB 值等，尤其是机制砂 MB 值，高 MB 值机砂能够吸收较多的水分，和外加剂分子形成竞争吸附[12]造成大体积混凝土早期开裂风险增加。

2.2 做好生产管理及运输

混凝土搅拌站作为大体积混凝土的供应方，要合理设计混凝土配比，尽量扩大活性矿物掺和料的使用比例，采用缓凝型外加剂，同时做好混凝土运输过程中的保温，减少混凝土在运输过程中的坍落度损失，对出站混凝土进行内部温度监测，并安排大体积混凝土浇筑专人值守，查找混凝土出站和入模混凝土温升差别原因，及时反馈给生产管理人员和技术人员，做好过程衔接。

2.3 做好施工管理和及时养护

混凝土施工方要做好要料衔接，减少混凝土的待料时间，同时对入模前的模板和钢筋采用喷淋降温，降低混凝土入模温度。在夏季施工期间，要积极采用降温新技术，在混凝土内部预设冷却导管，通过控制水流来降低混凝土内部温升，同时根据施工需要，增设后浇带，分层浇筑，降低混凝土集中放热，采用跳仓法施工，减少温度裂缝的发生[13]。

同时工地要做好混凝土温度动态监测，及时调整生产工序，保证混凝土内外温差值在限制范围。及时做好混凝土养护，通过覆膜、喷淋、养护剂等做好混凝土养护，保证养护周期，达到养护强度后方可拆模。

2.4 积极利用混凝土降温新技术

混凝土施工技术和外加剂技术的发展使得大体积混凝土温升控制变得可行。骨料风冷和冰水拌和技术使得混凝土内部放热速率大为减慢。而低热或中热水泥自身较低的早期水化热和较好的后期强度增长使得其在大型水利水电工程或海防工程中得以应用[14,15]，并带来了显著的经济和社会效益。

外加剂技术的蓬勃发展，使得从原材料端头抑制水泥水化热多了更多选项。水化抑制剂的掺入使得混凝土早期温升大幅降低，但会对混凝土的初始工作性能和经时保坍性能造成不良影响，混凝土早期和后期强度均下降[16]。但总的来说，为大体积混凝土降低内部水化热提供了技术参考。

3 结论

大体积混凝土水化放热量控制的核心在于降低水泥水化速率或者降低胶凝体系总的水化放热量，但原材料的控制、混凝土生产企业良好的管理以及施工方有序的施工组织及养护都会对降低大体积混凝土温升有所裨益。控制大体积混凝土水化热还要依靠新技术，通过技术创新和新材料应用为大体积混凝土温控及裂缝控制提供更多参考。