[摘要]為降低地下車站結(jié)構(gòu)混凝土溫度收縮開裂風(fēng)險(xiǎn)，試驗(yàn)研究了基準(zhǔn)與摻加水化溫升抑制劑C3P8混凝土的水化放熱、強(qiáng)度、凝結(jié)時(shí)間等性能變化規(guī)律，結(jié)果表明，水化溫升抑制劑明顯降低早期水化放熱，摻量增加，抑制效果越顯著。當(dāng)摻量0.2%時(shí)，1d絕熱溫升降低率57.1%，7d絕熱溫升接近基準(zhǔn)，終凝時(shí)間推遲2.49h，3d強(qiáng)度降低17.7%，28d達(dá)到基準(zhǔn)的100.4%，構(gòu)件試驗(yàn)最高溫升降低5.9℃C，4d均降溫速率減小24.9%，控溫效果良好，為該產(chǎn)品在實(shí)體結(jié)構(gòu)規(guī)模化應(yīng)用提供參考。

　　[關(guān)鍵詞]溫度收縮：水化溫升抑制劑：絕熱溫升;凝結(jié)時(shí)間;開裂風(fēng)險(xiǎn)

　　Abstract: To reduce temperature shrinkagecracking risk of structural concrete of underground station, the hydration heat, compressive strength, setting time and other properties of C35P8 concrete with and without temperature rise inhibitor are experimentally studied. The results indicated that the temperature rise inhibitor obviously decreases hvdration rate at early age time, and the more dosage increases, the more significant inhibition effect is. When the content is 0. 2%, the adiabatic temperature rise at Id can decrease by 57. 1%, while which at 7d is close to the benchmark. In this case, the final setting time is delayed by 2. 49h, and the 3-day strength is reduced by 17. 7%, but he 28-day strength can reach to 100. 4%. Meanwhile, the maximum temperature rise of component test is reduced by

　　5.9℃, and the average temperature drop rate of 4d is reduced by 24. 9%. The temperature control effect is well, which provides reference for the large-scale application of product in entity structure.

　　Keywords: temperature shrinkage; temperature rise inhibitor ; adiabatic temperature rise; setting time; cracking risk

　　0引言

　　目前我國地下軌道交通工程建設(shè)正處在突飛猛進(jìn)的發(fā)展階段，相較于附屬結(jié)構(gòu)與區(qū)間隧道現(xiàn)澆襯砌，地下車站主體結(jié)構(gòu)混凝土因澆筑長度、結(jié)構(gòu)形式、約束等因素影響易在施工期就出現(xiàn)嚴(yán)重裂縫滲漏，降低結(jié)構(gòu)耐久性與服役壽命13。現(xiàn)代水泥顆粒普遍偏細(xì)，在獲得強(qiáng)度快速增長的同時(shí)，早期水化速率與放熱量劇烈，結(jié)構(gòu)溫升大幅增加，裂縫控制難度不斷提高。研究表明，地下車站側(cè)墻厚度僅0.7m，但在拆模之前就發(fā)生急劇的溫升與降溫過程，收縮變形受到底板的外約束形成拉應(yīng)力超過瞬時(shí)抗拉強(qiáng)度是引起結(jié)構(gòu)開裂的主要原因[，因此降低混凝土溫升，控制收縮應(yīng)力是控制地下車站結(jié)構(gòu)裂縫的關(guān)鍵。目前水工上主要采用中低熱水泥、混凝土控溫及鋪設(shè)冷卻水管等技術(shù)手段進(jìn)行混凝土的防裂施工6-，但在地鐵市政工程中受客觀條件所限無法實(shí)現(xiàn)，針對這些問題，近年來出現(xiàn)一項(xiàng)新的混凝土結(jié)構(gòu)溫控方法，通過水化溫升抑制劑在水泥水化堿性環(huán)境中可控溶解、吸附，調(diào)控加速期水化放熱歷程降低結(jié)構(gòu)混凝土溫升[4，與分階段全過程補(bǔ)償收縮技術(shù)、保溫保濕養(yǎng)護(hù)、分段澆筑等工藝的協(xié)同配合[10-2，可完全控制收縮開裂風(fēng)險(xiǎn)。

　　某在建地下2層一島一側(cè)式車站，埋深18.1m，主體規(guī)模465.645m x 27.225m，采用雙柱三跨現(xiàn)澆鋼筋混凝土箱型結(jié)構(gòu)體系，側(cè)墻、底板與頂板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)厚度為0.4m~1.2m，混凝土設(shè)計(jì)等級C35P8，側(cè)墻模板使用2.0mx4.5m大型組合鋼模，分段長度20m~30m，控制水化放熱是降低開裂與滲漏風(fēng)險(xiǎn)的重要方面。本文以此為研究背景，重點(diǎn)探討了不同摻量水化溫升抑制劑對地鐵工程用C35P8混凝土工作性、凝結(jié)時(shí)間、抗壓強(qiáng)度等性能影響規(guī)律與效果分析，以便指導(dǎo)該類產(chǎn)品在地鐵工程上應(yīng)用提供參考。

　　1試驗(yàn)研究

　　1.1 試驗(yàn)原材料

　　試驗(yàn)研究用原材料如下：P-042.5級水泥，比表面積372kg/m3;F類11l級煤灰，比表面積453kg/m3;S95礦粉，比表面積442kg/m3;細(xì)度模數(shù)為2.6的中河砂;粒徑5mm~10mm與10mm~26.5mm的級配碎石以2：8比例混合;A1聚羧酸高性能減水劑，固含量18.2%，減水率26.3%，江蘇蘇博特新材料股份有限公司SBT-CTRI水化溫升抑制劑，主要原材料基本性能見表1~表3。

　　1.2混凝土配合比

　　配合比設(shè)計(jì)應(yīng)滿足《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》(JGJ 55-2011)與《大體積混凝土施工標(biāo)準(zhǔn)》

　　(GB 50496-2018)相關(guān)規(guī)定，綜合經(jīng)濟(jì)性與技術(shù)原則考量，經(jīng)設(shè)計(jì)配合比基本參數(shù)見表4，其中SBT-CTRI水溫升抑制劑以0.15%，0.2%、0.25%與0.3%的比例外摻入膠凝材料中進(jìn)行試驗(yàn)。

　　1.3試驗(yàn)方法

　　1)水化放熱性能與絕熱溫升

　　膠凝材料放熱性能采用美國TA公司生產(chǎn)的TAM-AIR等溫微量熱儀，恒溫30℃，水膠比0.42，按照配合比中膠凝材料比例稱取物料，并摻入一定比例水化溫升抑制劑，加水后利用機(jī)械攪拌器先慢后快攪拌各1min，然后稱取適量漿體到試驗(yàn)瓶中，放入相應(yīng)通道內(nèi)測試。混凝土絕熱溫升試驗(yàn)依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》(DL/T 5150-2017)進(jìn)行。

　　2)工作性、凝結(jié)時(shí)間與抗壓強(qiáng)度

　　混凝土工作性、凝結(jié)時(shí)間依據(jù)《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50080-2016)，混凝土抗壓強(qiáng)度按《混凝土物理力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50081-2019)開展3)構(gòu)件模型試驗(yàn)制作2個(gè)試驗(yàn)?zāi)Ｐ停L寬高均為3.0m、0.8m和2.0m，見圖1，模型前后與側(cè)面分別采用鋼模與木模板作支護(hù)，在中心位置預(yù)埋測溫傳感器，采用江蘇蘇博特開發(fā)的SBT-CDMI混凝土無線監(jiān)測系統(tǒng)對溫度歷程實(shí)時(shí)采集與傳輸，具體工作原理[131見圖2，澆筑完成混凝土初凝后頂部抹面覆蓋帶有塑料內(nèi)膜的土工布保濕養(yǎng)護(hù)。

　　2試驗(yàn)結(jié)果與分析

　　2.1 水化溫升抑制劑對水化放熱性能與絕熱溫升影響

　　不同摻量水化溫升抑制劑膠凝材料放熱歷程測試結(jié)果見圖3。由圖可知，水化溫升抑制劑明顯降低了水化加速期放熱速率與累計(jì)放熱量，基準(zhǔn)組放熱速率峰值為4.38mW/g，摻加0.15%~0.3%的水化溫升抑制劑放熱速率峰值出現(xiàn)時(shí)間推遲，降幅分別為40.6%、64.2%，83.1%與90.8%，ld放熱量降低率依次為28.8%、53.2%、94.1%與98.9%，7d放熱量降幅為3.1%、4.4%、28.8%與43.8%，其作用機(jī)理是水化溫升抑制劑中存在長鏈聚合物分子延緩了水化產(chǎn)物CH-S等的形成。水化溫升抑制劑摻量提高，達(dá)到基準(zhǔn)組放熱持續(xù)時(shí)間延長，7d累計(jì)放熱量降幅較大，對混凝土其他性能可能產(chǎn)生較大影響。

　　在膠凝材料放熱性能研究基礎(chǔ)上，為表征水化溫升抑制劑對混凝土溫度歷程影響，測試了混凝土絕熱溫升，結(jié)果見圖4，由圖可知，摻入0.2%水化溫升抑制劑后，混凝土早期絕熱溫升顯著低于基準(zhǔn)組，到達(dá)快速水化期與穩(wěn)定期時(shí)間延遲，但最終溫升值基本相同，1d，3d絕熱溫升降低率57.1%與

　　8.3%，7d絕熱溫升降低率低于0.5%，可見水化溫升抑制劑對放熱的調(diào)控影響，降低了絕熱溫升速率，同時(shí)對放熱歷程延長，有利于結(jié)構(gòu)散熱，降低溫峰值，與膠凝材料水化放熱結(jié)果基本相吻合。

　　2.2水化溫升抑制劑對混凝土工作性能影響不同摻量水化溫升抑制劑混凝土工作性測試結(jié)果見表5。由表可知，相較于基準(zhǔn)組，摻加0.15%~0.3%的水化溫升抑制劑對混凝土工作性基本無顯著影響，摻量提高，初始坍落度與擴(kuò)展度有增加趨勢，1h經(jīng)時(shí)損失<20mm，含氣量在1.9%-2.4%范圍內(nèi)變化，實(shí)測容重偏差不超過12kg/m3，滿足設(shè)計(jì)與施工控制要求，可見水化溫升抑制劑還具有一定的減水、保坍作用，有利于提高混凝土工作性能。

　　2.3 水化溫升抑制劑對混凝土凝結(jié)時(shí)間影響水化溫升抑制劑主要調(diào)控水泥放熱性能，對混凝土凝結(jié)時(shí)間可能會產(chǎn)生影響，為此研究不同摻量水化溫升抑制劑混凝土凝結(jié)時(shí)間變化規(guī)律見圖5。由圖可知，隨著水化溫升抑制劑摻量增加，混凝土初凝與終凝時(shí)間不斷延遲，初終凝時(shí)間差呈現(xiàn)先縮短后開始增加的趨勢，摻加水化溫升抑制劑后混凝土早期放熱速率較小，相同養(yǎng)護(hù)齡期與養(yǎng)護(hù)條件，水化程度遠(yuǎn)低于基準(zhǔn)組，對凝結(jié)時(shí)間有一定影響，摻加0.15%~0.3%水化溫升抑制劑初凝時(shí)間比基準(zhǔn)組分別推遲2.66h、2.76h、4.59h與5.95h，終凝時(shí)間分別推遲2.1h.2.49h.3.45h與6.48h，水化溫升抑制劑存在最佳摻量范圍，0.15%與0.2%摻量初終凝時(shí)間基本接近，進(jìn)一步提高摻量終凝時(shí)間顯著延長。

　　2.4 水化溫升抑制劑對混凝土抗壓強(qiáng)度影響不同摻量水化溫升抑制劑混凝土抗壓強(qiáng)度見圖6，由圖可知，摻加水化溫升抑制劑明顯降低混凝土早期抗壓強(qiáng)度，且隨摻量增加降低趨勢越明顯，養(yǎng)護(hù)齡期越長，越接近基準(zhǔn)組，說明水化溫升抑制劑在不影響放熱總量情況下延緩早期放熱，前期強(qiáng)度發(fā)展較慢，后期逐漸趕超。摻加0.15%~0.3%水化溫升抑制劑3d強(qiáng)度降低率為10.2%、17.7%、28.1%與43.9%，14d齡期降低率為7.9%，11.9%、18.8%與20.2%，28d齡期時(shí)0.15%與0.2%水化溫升抑制劑趕超基準(zhǔn)組，滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度，0.25%與0.3%水化溫升抑制劑仍低于基準(zhǔn)組3-4MPa，則要更長養(yǎng)護(hù)齡期才能滿足要求。

　　2.5構(gòu)件模型試驗(yàn)研究

　　通過以上對不同摻量水化溫升抑制劑對混凝土性能影響研究發(fā)現(xiàn)，摻加0.15%與0.2%水化溫升抑制劑混凝土工作性、凝結(jié)時(shí)間與強(qiáng)度結(jié)果基本相同，滿足現(xiàn)場泵送施工與力學(xué)性能要求，從膠凝材料放熱性能來看，選擇0.2%水化溫升抑制劑水化調(diào)控效果較好，為評估實(shí)際施工澆筑混凝土泵送、力學(xué)性能與溫控效果，根據(jù)地下車站結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，制作2個(gè)構(gòu)件模型，長寬高尺寸為3m、0.8m與2m，澆筑前分別在模型中心預(yù)埋溫度傳感器，對比研究基準(zhǔn)混凝土(基準(zhǔn)組)與摻加水化溫升抑制劑混凝土(對比組)的溫升及溫降變化規(guī)律，試驗(yàn)結(jié)果見圖7。由圖7結(jié)合表6可知，混凝土入模溫度在24.1-24.3℃，終凝后膠凝材料水化放熱，結(jié)構(gòu)快速升溫，摻0.2%水化溫升抑制劑混凝土最高溫升比基準(zhǔn)低5.9 ℃，降低率達(dá)20.7%，達(dá)到溫峰時(shí)間延遲0.83d，溫升速率減小27.47℃/d，溫峰值后水化速率降低，中心溫度開始下降，4d均降溫速率比基準(zhǔn)混凝土低1.4C/d，降低率達(dá)24.9%，說明水化溫升抑制劑對水泥加速期水化礦物CA與C，S的放熱反應(yīng)速率的調(diào)控，優(yōu)化水化放熱歷程，對降低溫峰值與降溫速率有明顯效果，從而減少溫度應(yīng)力集中，為后續(xù)實(shí)際澆筑施工提供參考與依據(jù)。

　　3工程應(yīng)用

　　在試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，將水化溫升抑制劑應(yīng)用于某地下車站主體結(jié)構(gòu)負(fù)二層側(cè)墻結(jié)構(gòu)施工中，工程實(shí)踐與應(yīng)用表明，針對地下車站主體結(jié)構(gòu)混凝土施工現(xiàn)狀與特點(diǎn)，尤其是側(cè)墻結(jié)構(gòu)，最大開裂風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)(收縮拉應(yīng)力/抗拉強(qiáng)度)往往超過1.0，實(shí)際工程裂縫控制中，為有效抑制結(jié)構(gòu)混凝土溫度開裂現(xiàn)象，在水化溫升抑制劑對溫度歷程調(diào)控，降低開裂風(fēng)險(xiǎn)基礎(chǔ)上，與分階段補(bǔ)償收縮、保溫保濕養(yǎng)護(hù)等技術(shù)復(fù)合使用，可有效控制開裂，試驗(yàn)段兩面?zhèn)葔穸染鶠?.7m，澆筑長度20m，高4.5m，采用鋼模施工，施工前通過在結(jié)構(gòu)中心預(yù)埋溫度傳感器，測試了自澆筑后結(jié)構(gòu)混凝土的溫度變化歷程，監(jiān)測結(jié)果如圖8所示。

　　由圖8可知，混凝土入模溫度均為19.5℃左右，采用具有水化溫升抑制功能的混凝土最高溫升較基準(zhǔn)混凝土降低4.4℃，溫峰值出現(xiàn)時(shí)間延遲

　　0.2d，實(shí)體結(jié)構(gòu)混凝土表現(xiàn)出較高的溫度峰值，這可能受實(shí)際施工中環(huán)境溫度、工藝、結(jié)構(gòu)尺寸等因素與試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷牟町愑绊懀ㄟ^利用水化溫升抑制劑將普通硅酸鹽放熱速率調(diào)控類似于中低熱水泥，降低結(jié)構(gòu)混凝土溫峰，有利于減小實(shí)體結(jié)構(gòu)收縮拉應(yīng)力與開裂風(fēng)險(xiǎn)，提高其抗裂性。

　　4結(jié)論

　　1)水化溫升抑制劑能有效延緩加速期水化放熱歷程，摻量增加，抑制效果越顯著，放熱持續(xù)延長。摻加水化溫升抑制劑0.2%時(shí)，1d絕熱溫升降低率57.1%，7d絕熱溫升降低率低于0.5%，基本不影響最終的放熱總量。

　　2)水化溫升抑制劑對混凝土工作性能基本無顯著影響，在調(diào)控水化放熱性能的同時(shí)延長了初終凝時(shí)間，降低了早期抗壓強(qiáng)度，水化溫升抑制劑存在最佳的使用范圍，當(dāng)?量0.15%與0.2%時(shí)，終凝時(shí)間推遲2.1h與2.49h，3d抗壓強(qiáng)度降低10.2%與17.7%，28d齡期趕超基準(zhǔn)組，滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求。

　　3)構(gòu)件模型試驗(yàn)表明，摻加水化溫升抑制劑混凝土最高溫度降低約5.9℃，到達(dá)溫峰時(shí)間延遲0.83d，4d均降溫速率比基準(zhǔn)混凝土低1.4℃/d，降低率為24.9%，說明水化溫升抑制劑有良好的溫度場調(diào)控效果，在模型試驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)一步應(yīng)用于實(shí)際結(jié)構(gòu)溫峰值降低4.4C，降低率為17%，時(shí)間延遲0.21d，可顯著降低溫度收縮開裂風(fēng)險(xiǎn)，提高混凝土結(jié)構(gòu)抗裂性能。

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文章名稱： 水化溫升抑制技術(shù)在地下車站結(jié)構(gòu)混凝土中的應(yīng)用研究

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