混凝土水化反應是水泥與水之間的化學反應,這是混凝土凝結硬化的關鍵過程。
??水化硅酸鈣凝膠是一種類似凝膠狀的物質,有很強的粘結性,它相互交織形成一種空間網(wǎng)狀結構,把混凝土中的砂石等骨料包裹并粘結起來。氫氧化鈣一部分會參與后續(xù)反應,一部分會溶解在孔隙溶液中。這些反應產物的共同作用使混凝土逐漸失去流動性,從漿體狀態(tài)轉變?yōu)楣腆w狀態(tài),.終硬化成為具有一定強度的建筑材料。
混凝土水化反應過程中會產生熱量,這些熱量對混凝土性能有以下影響:
一,有利影響
??促進早期強度發(fā)展:熱量有助于加快水泥的水化速度,使混凝土的早期強度能更快地發(fā)展。在適當?shù)臏囟葪l件下,混凝土能在較短時間內達到一定的強度,以滿足施工進度的要求,例如可以更快地進行模板拆除等后續(xù)施工工序。
二,不利影響
(1)產生溫度裂縫:
??由于混凝土內部水化熱產生的熱量難以散發(fā),而表面熱量散發(fā)相對較快,這會導致混凝土內外溫差過大。內部膨脹而外部收縮,這種不均勻的變形會使混凝土產生拉應力,當拉應力超過混凝土的抗拉強度時,就會出現(xiàn)裂縫。這些裂縫會降低混凝土的耐久性、抗?jié)B性等性能,并且裂縫一旦形成,還可能會進一步擴展。
(2) 降低混凝土的長期強度和耐久性:
??高溫環(huán)境下,水化反應過快可能會使混凝土內部結構不夠致密。例如,過快生成的水化產物可能來不及均勻分布,使得混凝土微觀結構存在缺陷。在長期使用過程中,這些有缺陷的結構會影響混凝土的強度和耐久性,導致混凝土提前損壞。
溫度裂縫產生主要有以下原因:
一,水泥水化熱
??水泥在水化過程中會釋放大量的熱量。對于大體積混凝土結構,由于混凝土內部熱量散發(fā)慢,而表面熱量散發(fā)快,就會形成內外溫差。當這種溫差產生的拉應力超過混凝土的抗拉強度時,就會產生裂縫。
二,外界氣溫變化
?? 當外界氣溫驟降時,混凝土表面溫度下降比內部快,導致內外溫度差增大,產生溫度應力,從而引發(fā)裂縫。在寒冷天氣,如果混凝土沒有適當?shù)谋卮胧?,這種情況更容易出現(xiàn)。
??相反,在高溫環(huán)境下施工,混凝土入模溫度過高,加上水泥水化熱,會使內部溫度升得更高,當后續(xù)溫度下降,也容易產生裂縫。
三,約束條件
?? 混凝土在澆筑過程中會受到內部和外部的約束。內部約束來自混凝土自身各部分之間的相互約束,比如內部溫度分布不均勻產生的約束。外部約束主要是混凝土結構與基礎或相鄰結構之間的約束。當溫度變化引起的變形受到這些約束限制時,就會產生裂縫。
控制水化熱產生的溫度裂縫可以從以下幾個方面著手:
一,材料選擇
(1) 水泥品種:
??優(yōu)先選用水化熱較低的水泥,比如大壩水泥、礦渣水泥等。這些水泥在水化過程中產生的熱量相對較少,能夠有效降低混凝土內部的溫升。
(2) 摻合料:
??在混凝土中摻入適量的粉煤灰、礦渣粉等摻合料。這些材料可以替代部分水泥,減少水泥用量,并且能夠改善混凝土的工作性能,降低水化熱。
二,配合比設計
- 降低水泥用量:
??通過合理的配合比設計,在保證混凝土強度等性能的前提下,盡量降低水泥用量。例如,采用高效減水劑,在保持混凝土坍落度基本不變的情況下,減少用水量,進而減少水泥用量,降低水化熱。
三,施工工藝
(1) 控制澆筑溫度:
??降低混凝土的澆筑溫度,避免在高溫時段進行澆筑??梢圆扇υ牧希ㄈ缂希┻M行遮陽、降溫,在混凝土中添加冰塊等措施。
(2) 分層、分塊澆筑:
??采用分層、分塊的澆筑方式,這樣有利于混凝土內部的熱量散發(fā)。比如大體積混凝土基礎,可以分層澆筑,每層厚度根據(jù)實際情況合理確定。
(3) 設置冷卻水管:
??在混凝土內部設置冷卻水管,通過循環(huán)冷卻水帶走混凝土內部的熱量。在混凝土開始澆筑后就可以通水,持續(xù)一段時間,根據(jù)混凝土內部溫度變化情況來調整通水時間和流量。
四,養(yǎng)護措施
保溫保濕養(yǎng)護:
??加強混凝土的養(yǎng)護,特別是早期養(yǎng)護。在混凝土表面覆蓋保溫材料(如草簾、棉被等)和保濕材料(如塑料薄膜),既可以減少混凝土表面熱量的散失,防止內外溫差過大,又能保持混凝土表面的濕度,避免混凝土因干燥收縮而產生裂縫。
減少混凝土內外溫差可以從以下幾個方面采取措施:
一,材料和配合比
(1) 選用低熱水泥:
??使用如礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質硅酸鹽水泥等低熱水泥,這類水泥在水化過程中產生的熱量相對較低,可減小內外溫差。
(2) 添加摻合料:
??在混凝土中摻入粉煤灰、礦渣粉等摻合料。這些摻合料可以降低水泥用量,減少水化熱,進而降低內外溫差。
二,施工過程控制
(1) 控制澆筑溫度:
?? 避免在高溫時段澆筑混凝土。如在夏季,可選擇在傍晚或夜間進行澆筑。
?? 對原材料進行降溫處理,例如對粗、細骨料搭建遮陽棚,避免陽光直射;在攪拌混凝土時加入適量冰塊代替部分水,降低混凝土的入模溫度。
(2) 分層、分塊澆筑:
?? 采用分層澆筑,如大體積混凝土基礎,分層厚度根據(jù)實際情況控制在30 - 50厘米左右,這樣有利于混凝土內部熱量散發(fā),減小內外溫差。
?? 分塊澆筑可以使每塊混凝土體積減小,熱量集中程度降低,塊與塊之間設置后澆帶,等混凝土收縮變形穩(wěn)定后再澆筑后澆帶,避免因溫度變化產生裂縫。
三,溫度控制措施
(1) 內部降溫:
??在混凝土內部設置冷卻水管,讓冷卻水循環(huán)帶走熱量,控制混凝土內部溫度升高幅度。冷卻水管的間距、管徑和通水時間等參數(shù)要根據(jù)混凝土結構尺寸、水泥品種和澆筑溫度等因素確定。
(2) 表面保溫:
??在混凝土表面覆蓋保溫材料,如保溫被、草簾等。在冬季,保溫能防止混凝土表面溫度過低;在夏季,能減緩表面溫度下降速度,從而減小內外溫差。
四,養(yǎng)護措施
?? 保濕養(yǎng)護:在混凝土表面覆蓋塑料薄膜等保濕材料,使混凝土在凝結硬化過程中保持濕潤狀態(tài)。因為水分蒸發(fā)會帶走熱量,保濕可以避免因表面水分散失過快而導致內外溫差過大。