基于水化热抑制剂的大体积混凝土温控技术

为完善现有大体积混凝土水化温升控制技术,并通过合理应用抑制剂温控措施来降低施工成本,基于水泥水化绝热温升曲线,提出了一种调节绝热温升方程中延迟放热时间的模型,进而控制混凝土掺入不同抑制剂的绝热温升过程。研究结果表明:延迟放热时间为0~3 d时,大体积混凝土内部温峰和内表温差呈不断减小的趋势;而在延迟放热时间为5~10 d时,由于延迟放热时间的增加,会导致多层浇筑混凝土的热量积蓄;选用延迟放热时间为3 d的浇筑混凝土,其温峰与内表温差均能达到温控目标;对于延迟放热时间为1 d的浇筑混凝土,若能将入模温度降低1~2℃,也能满足温控要求;本研究所提出的基于水化热抑制剂的混凝土温升调控技术,为大体积混凝土水化热温度场的调控提供了新的思路和方法。

水化热抑制剂的研究现状与应用前景

大体积混凝土由于水化放热量大会产生一系列裂缝危及结构的安全性,近年来采用添加水化热抑制剂的方式降低水泥水化的放热速率,从而控制温度裂缝的产生。本文总结了不同种类水化热抑制剂(尿素、糖类及其衍生物、淀粉糊精类、相变材料)的作用机理,以及对混凝土工作性能、力学性能和微观结构的影响规律,还有有限元模拟的研究现状。最后分析了水化热抑制剂现阶段存在的不足与问题,对未来的研究方向进行了展望。

水化热抑制剂与管冷对混凝土温控的影响

以尺寸1.6 m的C40混凝土正方体为试验对象,通过单用或联用水化热抑制剂、管冷两种温控措施,对混凝土温度实时监测;根据水化热测试、现场资料收集得到各项计算参数,采用MIDAS软件计算混凝土温度,对比实测值与计算值。结果表明:单用水化热抑制剂降低混凝土中心温度12.9℃,峰时延迟45 h;单用管冷可降低管周边温度,对降低混凝土中心温度不明显;联用水化热抑制剂、管冷降低混凝土中心温度18.3℃,峰时延迟44 h;混凝土中心温度实测值与MIDAS计算值吻合较好。说明混凝土温控关键是调控胶凝材料水化放热速率,管冷在较低放热速率下,进一步降低中心温度,且不影响温峰时间。

大型泵站混凝土施工期削峰强度与水化热抑制剂、冷却水管参数的关系探究

大型竖井贯流式泵站的结构比较复杂,各浇筑块的结构和尺寸不尽相同,温控指标也不同,特别是夏季施工时,温控防裂难度大。对于不同结构部位,应采用精细化的削峰强度指标。利用等效冷却算法分别模拟不同水化热抑制剂掺量和不使用水化热抑制剂情况下,长方体浇筑块在不同水管间距、通水水温、通水流量下的温度峰值削峰强度,提出了一系列定量公式。可根据水化热抑制剂的掺量和削峰强度指标,通过所提公式计算相应通水水温的冷却水管布置密度和通水流量。研究结果可为类似泵站在高温季节施工的定量温控措施制定提供参考。

水化热抑制剂对复合胶凝材料体系早期水化动力学的影响

本文研究了水化热抑制剂(TRI)对水泥-粉煤灰-矿渣复合胶凝材料早期水化过程。通过改变矿物掺合料在胶凝材料中的质量占比以及TRI的掺量,研究了胶凝材料的水化特性,并基于Krstulovic-Dabic水化动力学模型计算了反应速率常数、几何晶体生长指数等动力学参数。结果表明,矿物掺合料和TRI复合使用会延缓胶凝材料水化并降低最大放热速率;复合胶凝材料的水化过程均有结晶成核与晶体生长、相边界反应以及扩散3个阶段,Krstulovic-Dabic水化动力学模型能较好地模拟各复合胶凝材料的水化过程;矿物掺合料和TRI会影响复合胶凝材料水化产物的结晶成核以及晶体生长,并降低复合胶凝材料各阶段的水化速率。

水化热抑制剂掺量和结构厚度对水闸温度场和应力场影响分析

文章主要分析水化热抑制剂对于大体积混凝土的温度应力控制效果。通过建立水闸有限元模型,计算不同水化热抑制剂掺量和结构厚度下水闸温度场和应力场分布。研究表明,当抑制剂掺量达到胶凝材料的0.6%时,其能够明显降低结构的温度和应力峰值。但是当掺量较低时,无明显的温控效果。同时,随着结构厚度的减小,其降低温度峰值的效果越显著。研究为水化热抑制剂在工程中的应用提供了参考和建议。

水化热抑制剂在碾压混凝土工程的应用研究

碾压混凝土浇筑后,结构不易散热,内外温差形成温度应力,极易导致温度裂缝的产生。将水化热抑制剂应用于黄藏寺水利枢纽工程碾压混凝土中,研究其对混凝土工作性能、凝结时间、力学性能以及温升特性的影响。结果表明:水化热抑制剂的加入会一定程度降低混凝土的初始流动性,延长混凝土的凝结时间,降低混凝土的早期强度,但不影响后期强度。与传统缓凝剂只延缓凝结时间不同,水化热抑制剂可以有效降低混凝土早期的绝热温升速率,在一定散热条件下,水化热抑制剂掺量为1.0%的混凝土,相比基准混凝土和中热水泥配制的混凝土,温升降幅更大,达到12.6℃,温峰延迟时间更长,大大降低了产生温度裂缝的风险。

水化热抑制剂和氧化镁对水工自密实混凝土性能的影响

研究了掺加水化热抑制剂和(或)氧化镁的水工自密实混凝土工作性能、抗压强度、绝热温升、自生体积变形等性能发展规律。结果表明,外掺5%氧化镁对水工自密实混凝土抗压强度影响不大,掺有1%水化热抑制剂的水工自密实混凝土早期成熟度低,后期抗压强度与空白样相差无几。氧化镁的掺入使得水工自密实混凝土的最终绝热温升值略有增加,单掺水化热抑制剂混凝土早期绝热温升值较不掺抑制剂的水工自密实混凝土低约(10~20)℃,10d后与空白样相差不大。外掺氧化镁的水工自密实混凝土360d自生体积变形值可达147×10-6且依旧保持继续膨胀趋势,相比于单掺氧化镁混凝土,复掺氧化镁和水化热抑制剂混凝土的自生体积变形值约有15%的下降。

水化热抑制型膨胀剂在工程中的应用

随着胶凝材料体系的复杂化,混凝土早期放热量增加,混凝土结构体的冷缩量随之增加,地下室外墙因冷缩开裂的工程案例频频出现。HCSA-R水化热抑制型膨胀剂具有抑制水泥水化反应速率,推迟水化最高温峰的出现,同时降低水化最高温度的效果,在工程中使用能够起到控制冷缩开裂的效果。

水化热抑制剂和抗裂剂对混凝土基本性能的影响

研究了水化热抑制剂(0、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%)、抗裂剂(0、3%、5%、8%、10%)及其复合(水化热抑制剂1%+抗裂剂5%)对混凝土新拌性能、力学性能、温升特性及体积稳定性的影响规律。结果表明:水化热抑制剂会明显降低混凝土的出机坍落度和扩展度,缩短混凝土的坍落度保持时间,抗裂剂掺量在5%以内对新拌混凝土性能无明显影响;水化热抑制剂会显著降低混凝土1 d强度,其它龄期强度均有不同程度降低,抗裂剂对混凝土力学性能影响不明显;水化热抑制剂单掺会大幅度降低混凝土温升,复掺的降温效果不理想,抗裂剂会提高混凝土的温峰,但可以减少混凝土的收缩,水化热抑制剂会在一定程度上增加混凝土的收缩。

水化热抑制剂对大体积混凝土温度裂缝的影响研究

水泥水化热引起的混凝土温度裂缝问题在工程中不可小觑。以某工程地下室底板为例,采用midas Civil有限元软件对比分析了基准混凝土和掺入水化热抑制剂后大体积混凝土结构不同部位温度场、温度应力场的变化,提出采用水化热抑制剂可降低早期温度应力峰值,理论上可有效控制混凝土早期温度裂缝。

水化热抑制剂对大体积混凝土性能的影响研究

将两种不同品种水化热抑制剂用于大体积混凝土中,模拟研究实际生产中不同掺量的水化热抑制剂对大体积混凝土绝热温升、最高温度、力学性能及工作性能的影响,结果表明与空白试件对比,两种水化热抑制剂不同掺量条件下都能在一定程度上降低混凝土的绝热温升,对大体积混凝土的内部最高温度及裂缝控制起积极作用;随水化热抑制剂掺量增加,早期强度对比空白样品偏低,但28d及60d强度稍有增长。

水化热抑制剂对水泥水化的调控作用

采用水化热、混凝土绝热温升、混凝土抗压强度、TG-DSC、XRD,分析了水化热抑制剂对水泥水化的调控作用,并采用水泥净浆温升对比了常用缓凝剂与水化热抑制剂的差别。结果表明:水泥净浆温升中,常用缓凝剂仅推迟了温峰时间3~12 h,未明显降低温升,水化热抑制剂推迟温峰时间6 h,降低温升20.5℃;掺入水化热抑制剂,水泥的水化放热速率峰值从0.00259 W/g降至0.00178 W/g,峰时延迟5.7 h;基准、水工混凝土的绝热温升曲线分别在0~1.5 d、0~5 d时间段明显降低,对应的抗压强度分别在0~2 d,0~7 d有不同程度降低,但中后期强度增长均略高于空白试样;TG-DSC、XRD分析表明,水化热抑制剂延缓了水泥0~3 d的水化,对3 d后水化有一定促进作用。

水化热抑制剂对混凝土温度场效应分析

为了探索水化热抑制剂对大体积混凝土温度场截面尺寸效应的影响,对比研究了空白组及掺水化热抑制剂立方体混凝土试件在边长分别为0.5 m、1.0 m、1.5 m、2.0 m条件下,在不同龄期的温度变化及温度场的分布规律。结果表明:水化热抑制剂对尺寸小于2.0 m的混凝土试件均有明显的降低温峰和延迟温峰的效果,且温峰值分别降低了8.2℃、5.1℃、3.2℃、-3.1℃;还能有效地降低内部的温度梯度,减少裂缝的产生;当尺寸超过2.0m时,水化热抑制剂的降温效果减弱。

水化热抑制剂与缓凝剂对水泥单矿及水泥水化历程的影响

研究了水化热抑制剂与不同缓凝剂对水泥凝结时间、砂浆强度的影响,及水化热抑制剂与柠檬酸缓凝剂对水泥单矿(C_(3)A、C_(3)S、C_(2)S)与水泥体系水化历程的影响。结果表明:水化热抑制剂与缓凝剂对水泥的凝结时间均有一定的延缓,并使砂浆强度有所提高,其中柠檬酸与水化热抑制剂使28 d抗压强度分别提高了15.4%、12.9%;水化热抑制剂通过影响C_(3)A早期和C_(3)S的水化历程,对水泥早期水化热降低效果明显,3、7 d水化累计放热量分别减小了14.79%、10.55%;柠檬酸主要通过影响C_(3)A早期、C_(3)S早期和C_(2)S的水化历程,但其降低水泥水化热的效果有限,3 d、7 d水化累计放热量分别减小了4.2%、2.08%。

诱导轮空化及低温热抑制效应机理分析

以高速泵试验数据和数值仿真结果为基础,结合流体的物理特征和诱导轮运行特点,分析了诱导轮局部静压力迅速下降和温度差产生的原因,剖析了诱导轮空化机理;在相同运行参数下,对比诱导轮在低温液氧和常温水介质中空化的发生情况,定性和定量地分析了低温介质对空化的抑制效应。

水化热抑制剂在夏季浇筑复杂泵站中的应用仿真

清水河试量泵站结构形式复杂,且水平方向无分缝,属于超长超宽类结构,施工期易出现裂缝。部分结构在夏季浇筑,温控防裂难度很大。根据该泵站工程混凝土施工特点和施工进度计划,确定了初始条件和边界条件、热学和力学参数,建立了三维有限元模型。尝试将水化热抑制剂运用于温控防裂措施中,对比分析掺入抑制剂后,混凝土施工期温度场和应力场的变化。结果表明,掺入水化热抑制剂后,混凝土的水化反应速度减慢,浇筑块临空面和冷却水管可以有更加充分的时间散热,可更好地控制混凝土最高温,且温控措施可简化,有关措施可为类似工程提供借鉴。

水化热抑制剂对混凝土结构温度场的尺寸效应分析

水化热抑制剂通过改变水泥等胶凝材料的水化历程有利于减小结构的开裂风险,借助midasCivil有限元软件分析了不同截面尺寸的混凝土结构掺水化热抑制剂前后的温度场,通过比对温峰、降温速率、里表温差等指数的差异,发现水化热抑制剂具有很好的延迟温峰时间、降低温峰的效果,可以将降温速率和里表温差控制在标准范围内,有效控制结构的开裂风险。

鄂北地区水资源配置工程掺加水化热抑制剂控制混凝土裂缝试验研究

暗涵要承受荷载、抵抗地下水渗透破坏,必须具备耐久优良的质量。在暗涵施工过程中,防止裂缝产生对保证暗涵质量尤为重要。通过鄂北地区水资源配置工程两段暗涵侧墙混凝土浇筑施工试验,对比掺加水化热抑制剂和未掺加的混凝土温度和裂缝产生的效果,结果表明:掺加水化热抑制剂后能降低混凝土温峰值,推迟温峰时间,并能有效控制裂缝的产生。研究成果可为类似工程暗涵施工的裂缝控制提供参考。

水化热抑制剂对早龄期薄壁大体积混凝土结构温度应力的影响

大体积薄壁混凝土结构厚度较薄,由水化热造成的非均匀温度场,在结构受到约束时,将会产生较大的温度应力,从而导致温度裂缝的出现。混凝土水化热抑制剂能够抑制水化反应并减缓水化放热速率,可以起到温度控制的作用。但由于缺乏理论或者数值模拟的分析,其在工程中的应用受到了限制。通过拟合试验数据获得不同水化热抑制剂掺量的混凝土的热力学参数,并以隧洞衬砌为例,采用数值模拟方法,研究水化热抑制剂对于大体积薄壁混凝土温度场和应力场的影响。研究表明,水化热抑制剂的掺量达到胶凝材料含量的0.6%时,能够明显降低温度峰值,降低幅度为15.4%,而掺量较低时无法显著降低温度峰值。同时,在混凝土中添加水化热抑制剂后需要加强养护,防止出现严重的干燥收缩而产生巨大的拉应力。在养护较好时,随着抑制剂含量的增加,薄壁混凝土的应力峰值将会降低,掺量达到0.6%时,拉应力峰值将降低46.2%。