大体积混凝土强度增长规律研究.docx

大体积混凝土强度增长规律研究吕建福1巴恒静2 (1哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院1 50001：2哈尔滨工业大学土木工程学院1 50006)摘 要：通过实测大体积混凝土的温度场，利用大体积混凝土表面和中心温度增长曲线 制定混凝土的匹配养护制度。在标准和不同最高温度的匹配养护条件的情况下，混凝土强 度增长规律有很大的区别。关键词：温度场分布；匹配养护；力学生fig；强度发展规律程、最高温升值大小和温升值出现时间和内部应力发刖吾展过程和实验室在标养的情况下区别很大 】，随着混当混凝土置于升高的温度环境中，高的温度可以 凝土的体积增大，这种差别就更加显著。因此，笔者 加速混凝土中水泥的水化，以及由于水泥水化产物的 通过实测大体积混凝土的温度分布进行温度匹配养 快速形成覆盖在水泥颗粒的表面导致水化产物的不 护制度的确定，在实验室内利用可调节温度的多功能均匀分布”2】。这将提高早期强度和后期混凝土强度养护箱进行混凝土的匹配养护，使得到的混凝土强度的降低，以及增大后期混凝土的孔隙率【341。水泥中的增加规律更接近于真实情况。 矿物掺合料如天然火山灰，粉煤灰或粒化高炉矿渣1原材料和配合比能够减小水化动力，减少水化热和生成新的水化硅酸钙产物|5】。对于普通的波特兰水泥，混凝土最终强度 11原材料 随着养护温度的升高几乎呈线性降低【6l。目前人们对结合工程的材料需求特点和哈尔滨地区的砂石情 混凝土强度的评价，一般是采用标准养护条件下进行况，粗集料根据建筑用卵石、碎石(GBT14685 实验，所得到的强度性能和实际的情况有很大的差2001)选用质地坚硬、表面粗糙的辉绿岩碎石，粒径 别。也有人们采用同条件养护，得到混凝土的强度， 为5mm一20mm，连续级配，其中5mm一10mm占40， 进行混凝土施工的拆模和结构强度的评价卜9l。而K 10mm20mm占60。细集料根据建筑用砂(GB Ezziane et al的实验结果，不管是否掺加火山灰，其混T146842001)选用砂子为中砂，细度模数26，级区 凝土在不同温度的情况下，强度一直在增长【1 01。由于 中砂，各项指标符合标准的规定，符合试验要求。根据 忽略了水泥水化热对混凝土的性能的影响，所以同条 实际工程所用的水泥，哈水R0425散装水泥。试验所用 件养护得到的各种性能仍然无法反映混凝土结构体 的粉煤灰为哈尔滨第三电厂的I级粉煤灰。矿渣采用哈 内真实的水化过程和强度增加规律。尤其是现在越来尔滨铁厂磨细矿渣粉，经008mm方孑L筛筛分，其筛余为 越多的大体积混凝土的出现，混凝土中的水泥水化过 3，比表面积为4200cm2g。超缓凝泵送剂采用哈尔滨1722013092729珠海工业大学建科化学建材有限公司生产的新型的SN改性入标准养护室内进行后续养护。 脂肪酸族高效减水剂，内掺有适量的缓凝、引气组分，从图1和图2中可以看出，承台表面混凝土的温度达 配制而成的超缓凝泵送剂。到最高温升值比承台中心混凝土达到最高温升值要推12混凝土配合比迟约6h，这是由于承台中心水化热量散失慢，内部温度 为了获得能反映工程的实际情况，在现场取搅拌 高，促进了水泥水化加快，使混凝土的最高温升值出现好的混凝土，进行成型，在实验室内进行标准养护和匹 的时间提前。配养护。混凝土配合比见表1。3混凝土的力学性能试验及结果讨论2混凝土的匹配养护制度根据大体积混凝土表面和中心温度变化曲线，对以往科研人员对于混凝土的强度性能测试，都是混凝土试件进行匹配养护，测试各龄期的抗压强度和采取温度为201(或203)、相对湿度为95的 劈裂抗拉强度；另外在标养条件下，也测试了上述的力表1某大厦22承台大体积混凝士的实际单位体积用料(kgm3)标准养护。大量的工程实践表明，标准养护混凝土的 强度和实际混凝土的强度相差很大。人们提出混凝土一p一的同条件养护试块，即是指混凝土试块与其的混凝土 倒娟结构在组成成分、养护条件等方面基本一致，它反映了结构实体的实际养护情况以及施工现场的湿度、温度 钙巧加坫帕5o等气候变化情况。但是，没有考虑混凝土中水泥的内部水化放热对混凝土水化速率和混凝土的强度增长的影龄期【h)图1承台表面混凝士匹配养护的温度制度响。用此评价实际工程的结构构件混凝土强度和是否达到施工工艺要求，有非常大的偏差。因为30。C时水 泥水化的速度约比20cc时快1倍，而40。C时为30时的 24倍，由此，现存方法测定的混凝土强度并不是混凝土的实际强度”。因此，本文采用承台大体积混凝土的 温度变化曲线进行匹配养护，测得混凝土的强度增加 规律。笔者提出的匹配养护制度为，根据混凝土实测的 温度曲线，在养护箱内进行混凝土试件的养护。温度随 龄期的变化规律如图1、图2所示，此后，混凝土试件放图2承台中心混凝土匹配养护的温度制度第三届全国混凝土配合比设计和质量控制技术交流会1 73学性能。土各龄期的劈裂抗拉强度发展规律如图4所示。31混凝土的抗压强度的发展从图4可以看出，混凝土的劈裂抗拉强度的发展比采用普通混凝土力学性能试验方法标准(GB抗压强度对温度更敏感。其规律也是早期发展非常快， T500812002)对混凝土抗压强度进行评价。对匹配养在7天时达到极值，此后，降低幅度较大，直到28天时其 护的混凝土，抗压强度实验是在从养护箱中拿出，立即劈裂抗拉强度值仍然低于7天时的劈裂抗拉强度值。到 进行破型实验，使其尽可能的和实际工程的条件相吻 了180天时其值超过了7天时的值，这是由于混凝土内部合。各种养护制度下混凝土各龄期的强度发展规律如掺合料的二次水化，修复混凝土内部的微裂缝，内部水 图3所示。化产物堆积更加合理，减少了产生应力集中的可能性。从图3中可以看出，匹配养护和标准养护混凝土强 而在标准养护下，混凝土内部水化产物生成较慢，排列 度增长规律很不相同，匹配养护混凝土的早期强度迅 符合最低能量原理，堆积比较致密。混凝土的劈裂抗 速升高，并且随着匹配养护的最高温度升高，其强度 拉强度逐渐增加，到了180天时，其值比匹配养护下混 发展速率就越来越快。而由于早期的强度发展太快， 凝土的劈裂抗拉强度都高。导致中心温度匹配养护的混凝土结构不致密，内部出结论现微裂缝，而在14天后出现微小的强度倒缩。而在表面温度匹配养护的混凝土强度早期虽然快，但是混凝通过现场实测承台大体积混凝土的温度规律土强度没有倒缩。后期，混凝土的内表温度差减小，温度应力减小；另一方面，矿物掺合料的二次水化，使混 凝土的内部结构致密，强度进一步提高，抵抗破坏的一面Q能力增加。但是，由于早期温度应力的损伤和快的水至一恒化速度导致水化产物形成的结构不合理，在180天时，鼎幽螺匹配养护混凝土的强度都比标准养护混凝土的抗压强度要低。加0O306090120150 18032混凝土劈裂抗拉强度的发展龄期(d)采用普通混凝土力学性能试验方法标准劈裂图3混凝土各龄期的抗压强度抗拉强度试验GBT500812002对混凝土劈裂抗拉强度8进行评价。7由于本文中采用试件为非标准试件，其尺寸 65lOOmmlOOmmlOOmm，所以测得劈裂抗拉强度值应 43乘以尺寸换算系数085。2一乱：一世吾翅辑i曦猷 1对于匹配养护的混凝土，混凝土劈裂抗拉强度实0验是在从养护箱中拿出，立即进行破型实验，使其尽可 能的和实际工程的条件相吻合。各种养护制度下混凝图4混凝土各龄期的劈裂抗拉强度1742013092729珠海曲线，制定了混凝土的匹配养护制度，用此温度去参考文献此案进行混凝土的匹配养护，得到混凝土强度结1】Esealante-Garcia儿，Sharp JHThe microstructure and mechanicalproperties of blended cements hydrated at various temperatures果如下。Cement and Concrete Research，2001，31：695-702(1)匹配混凝土早期强度发展很快，即使是在大【2】2 Roy DM，Idorn GMHydration，structure，and properties of blast掺合料和超缓凝剂的复合应用后。中心温度匹配养护furnace slag cements，mortars and concreteACI J，1982，6：444457混凝土的3天强度可达28天强度的84，表面温度匹配3】Brooks JJ，Kaisi AFEarly strength development of Portland and slagcement concretes cured at elevated temperatureACI Mater J，1990，养护也可达28天强度的67，而标准养护的混凝土只是875)：503-50728天强度的23。4Kim J-K，Han SH，Park SKEffect of temperature and aging onthe mechanical properties of concrete，part h experimental results(2)混凝土早期的劈裂抗拉强度随着养护温度升Cement and Concrete Research，2002，32：10871094 高，发展速度也越快。3天几乎可以达到了混凝土的设【5】Ma W，Sample D，Martin R，Brown PWCalorimetric study of 计强度。到了7d混凝土强度达到最高值，在匹配养护制cement blends containing fly ash，silica fume and slag at elevatedtemperaturesCement and Concrete and Aggregates，CCAGPD，1 994；度下，在7。14天期间，混凝土劈裂抗拉强度下降幅度较16(2)：9398大，到了28天劈裂抗拉强度仍较7天小，直到180天时，【6Carino NJ，Lew HSTemperatu re effect on st rengthmaturity其值超过了7天时的极值。并且标准养护的值都较匹配relations ofmortarsACI J，1983，80(3)：177182养护的值要大。【7】姚黎红浅析同条件养护试件留置、养护与评定福建建设科 技，2000(1)：5456(3)通过以上数据可以发现，此混凝土的强度超8白生翔，程志军同条件养护混凝土试件抗压强度的价值T程质出混凝土的实际强度大于IOMPa。此后，有矿物掺合量，2003(1)：610料混凝土配合比，尤其是大体积混凝土，在设计大体【9】朱爱民同条件养护试块的几个问题监督实务与检测技术，2004，(4)：8284积混凝土的配合比时，要考虑到矿物掺合料的二次水【10KEzziane，ABougara a，AKadri et a1Compressive strength of化作用和混凝土的内部温升对混凝土的强度发展速mortar containing natural pozzolan under various curing temperatureCement and Concrete Composites，2007，29：587593率的促进作用，减少胶凝材料的用量