干熱條件下施工的混凝土特性試驗研究

盧 軍 鄒德華

（新疆水利水電勘測設計研究院 烏魯木齊 830000）

1 概述

北疆供水工程是我國西部地區長距離跨流域供水工程，據統計，工程需澆注混凝土約136萬m3。新疆夏季的自然條件是溫度高、濕度低、風速大，在這樣的特殊環境下施工，混凝土的性能與通常情況下的性能有所不同。本工程對混凝土的抗凍耐久性要求高，且有些部位的混凝土處于較強的硫酸鹽侵蝕環境，為了提高混凝土的抗硫酸鹽侵蝕能力，施工階段，混凝土配合比采用了摻用磨細礦渣粉的措施。混凝土的施工質量關系到渠道的安全運行，由于特殊的施工環境，為了確保工程質量，施工期間，本工程對典型配合比（C20W6F200）進行了干熱條件下混凝土特性的專門試驗研究。

2 試驗研究的內容

模擬新疆干熱條件下施工的混凝土特性研究主要包括以下內容：

a.選取一種典型混凝土，模擬新疆干熱條件（溫度35℃左右，相對濕度50%左右）施工，進行混凝土拌和、成型和養護試驗。

b.研究模擬干熱條件下混凝土拌和物的坍落度損失、含氣量損失和凝結時間。

c.研究模擬干熱條件下施工的混凝土干縮變形。

d.研究模擬干熱條件下施工養護的混凝土抗壓強度發展規律。

e.研究模擬干熱條件下施工養護的混凝土極限拉伸值、抗滲和抗凍耐久性。

3 試驗研究成果

3.1 混凝土拌和物性能試驗

干熱條件下混凝土特性研究以三級配C20W6F200混凝土作為典型進行。具體配合比下表1。

混凝土拌和物的性能試驗按20+2℃的標準實驗室條件和試驗室模擬干熱條件（35℃左右，相對濕度50%左右，模擬新疆干旱氣候施工）分別進行，試驗按《水工混凝土試驗規程》（SD105—83）進行操作，試驗包括坍落度損失、含氣量損失和凝結時間。

表1 典型三級配混凝土配合比

3.1.1 混凝土拌和物坍落度試驗

混凝土拌和物的坍落度損失試驗結果見表2和表3。混凝土拌和物試驗表明：在靜置條件下，無論是在標準的20℃，還是在35℃干熱環境下，都會產生較大的坍落度損失，其損失量隨著靜置時間的延長而增大，在35℃干熱條件下的坍落度損失大于標準條件下的坍落度損失。在靜置90min后，雖然混凝土拌和物的坍落度僅為5～15mm，但在振動臺上仍能被震動液化。混凝土拌和物在初凝前的流動特性符合賓漢姆體的規律特點。

混凝土拌和物在澆筑點的坍落度大小由施工工藝決定，而機口初步坍落度的大小應考慮澆筑點的坍落度要求和混凝土在運輸途中的坍落度損失，經現場測試后確定。調整混凝土初始坍落度的有效辦法是調整混凝土中減水劑的用量。

表2 標準條件下混凝土坍落度損失試驗結果

表3 干熱條件下混凝土坍落度損失試驗結果

3.1.2 混凝土拌和物含氣量試驗

混凝土拌和物的含氣量損失試驗結果見表4和表5。

表4和表5的試驗結果表明：混凝土拌和物的含氣量隨著靜置時間的延長而減少，干熱條件比標準條件下的含氣量損失略大。兩種條件下混凝土拌和物靜置30min后含氣量勉強滿足要求，60min后含氣量已不能滿足要求。因此，在干熱條件下，應適當增加機口混凝土拌和物的初始含氣量，調整含氣量的有效方法是調整AE劑的摻量。

表4 標準條件下混凝土含氣量損失試驗結果

表5 干熱條件下混凝土含氣量損失試驗結果

3.1.3 混凝土拌和物凝結時間試驗

混凝土拌和物的凝結時間試驗結果見表6。表6的試驗結果表明：混凝土在干熱條件下的干縮時間大大縮短，其初凝時間僅為標準條件下的1/3左右。對混凝土拌和物凝結時間T的要求，主要取決于澆筑混凝土構件所需的時間T0，以使在澆筑混凝土時，先澆筑的混凝土尚未初凝。

調整混凝土拌和物初凝時間的有效辦法是調整外加劑中緩凝成分的含量。混凝土拌和物的坍落度損失、含氣量損失和凝結時間的變化與環境溫度、濕度、風速、日曬、運輸方式，以及放置時間等密切相關,施工時要注意做好控制。

3.2 混凝土物理力學性能試驗

混凝土的物理力學性能試驗主要包括3天、7天、28天的抗壓強度，28天的軸拉強度、抗拉彈模和極限拉伸值，1天、3天、7天、14天、28天和60天的干縮等。

3.2.1 混凝土力學性能試驗

標準條件下（20+2℃）試件的成型和養護按《水工混凝土試驗規程》（SD105—83）進行。試驗室模擬干熱條件（35℃左右，相對濕度50%左右，模擬新疆干旱氣候施工）試件的成型、制作控制在30min內完成，成型后的試件經抹面后，送入模擬箱，2天后編號拆模，拆模后的試件放在搪瓷盤中，用塑膜覆蓋（模擬現場養護），繼續放入模擬箱養護至各齡期進行各項性能試驗。

混凝土的力學性能試驗結果見表6和表7。

表6 標準養護混凝土的力學性能試驗結果

表7 模擬現場施工養護混凝土的力學性能試驗結果

表6和表7的試驗結果表明：模擬現場35℃施工養護的混凝土，3天和7天的抗壓強度有大幅提高，特別是礦碴粉混凝土，3天的抗壓強度比標準養護提高約2倍。模擬現場35℃養護的混凝土28天的抗壓強度、軸拉強度、彈性模量和極限拉伸值均比標準20℃養護有不同程度的提高。

3.2.2 混凝土干縮試驗

混凝土干縮試驗分標準條件和試驗室模擬干熱條件分別進行，比較混凝土試件在不同條件下的干縮性能。試驗結果見表8。

表8 混凝土干縮試驗結果 單位：10-6

混凝土在干熱條件下的干縮大于標準條件下的干縮，特別是在早期，1天和7天的干縮平均增加59%和74%，隨著齡期的延長，干熱條件下14天后與標準條件下干縮值趨于一致。因此，干熱條件下混凝土養護時間至少14天，一般不低于21天。

3.2.3 混凝土耐久性試驗

混凝土的耐久性試驗主要包括養護28天混凝土試件的抗滲和抗凍。

20+2℃標準條件下試件的成型和養護完成按《水工混凝土試驗規程》（SD105—83）進行。試驗室模擬干熱條件（35℃左右，相對濕度50%左右，模擬新疆干旱氣候施工）試件的成型、制作控制在30min內完成，成型后的試件經抹面后，送入模擬箱，2天后編號拆模，拆模后的試件放在搪瓷盤中，用塑膜覆蓋（模擬現場養護），繼續放入模擬箱養護至各齡期進行各項性能試驗。

混凝土的抗滲和抗凍試驗結果見表9和表10。當混凝土中的含氣量滿足要求時，混凝土的抗凍性能就能滿足要求，標準養護與35℃養護的混凝土性能和抗凍性能相差不大，都能滿足設計要求。

表9 混凝土抗滲試驗結果

表10 混凝土抗凍試驗結果

4 結語

通過試驗可以得出以下結論：

a.混凝土拌和物在靜置條件下，在標準20℃和35℃干熱環境中，都會產生較大的坍落度損失，其損失量隨靜置時間的延長而增大，在35℃干熱條件下的坍落度損失大于標準條件下的損失。

b.混凝土拌和物靜置90min后的坍落度為5～15mm，拌和物在澆筑點的坍落度大小由施工工藝決定，而機口初始坍落度的大小應考慮澆筑點的要求和在運輸途中的損失，經現場測試后確定。

c.混凝土拌和物的含氣量隨靜置時間的延長而減少，干熱條件下比標準條件含氣量損失略大。兩種條件下混凝土拌和物靜置30min后含氣量勉強滿足要求，60min后含氣量已不能滿足要求。因此，在干熱條件下，應適當增加機口混凝土拌和物的初始含氣量，調整含氣量的有效方法是調整AE劑的摻量。

d.在干熱條件下混凝土拌和物的凝結時間大大縮短，其初始凝結時間為5～8h，為標準條件下的1/3左右。凝結時間大小由施工工藝決定。

e.模擬現場施工養護的混凝土力學性能，比標準養護有不同程度的提高，3天和7天的抗壓強度有大幅提高，特別是礦碴粉混凝土，3天的抗壓強度比標準養護提高約2倍。

f.混凝土在干熱條件下的干縮大于標準條件下的干縮，特別是在早期，1天和7天的干縮平均增加59%和74%，隨著齡期的延長，干熱條件下14天后與標準條件下干縮值趨于一致。因此，干熱條件下混凝土養護時間至少14天，一般不低于21天。

g.當混凝土的含氣量滿足要求時，混凝土抗凍性能就可滿足要求，標準養護和模擬現場35℃施工養護的試件，其抗滲性能和抗凍性能相差不大，都能滿足設計要求。