分析大体积混凝土真实温度场演化规律试验

分析大体积混凝土真实温度场演化规律试验

周红伟

张明冬李伟陈海波张建平黄友芬

中国核工业二四建设有限公司

摘要：拌制混凝土往往需要等待抗压强度28天龄期或更久的时间才能确定所拌制混凝土的强度，这大大影响了混凝土配合比试验周期，为更好解决这一问题，此实验证明在高温216℃、高压2.0MPa、饱和水蒸汽100%的环境下使混凝土抗压强在1天内达到其标号强度，以此来判定混凝土配合比的抗压强度是否满足要求

关键词：高温；高压；饱和水蒸汽；抗压强度

在混凝土配合比拌制的过程中需要等待其标号抗压强度满足龄期28天或56天的强度要求后才能确定此配合比是否可用。这使得混凝土配合比实验周期时间过长。

由于混凝土水化热反应速度的问题，在高温高压饱和水蒸汽的环境下，可以加速水化热反应速度，进而使混凝土抗压强度在短时间内得到快速提升。这对于压缩混凝土施工工期和压缩混凝土配合比拌制周期有着重要的影响。往往混凝土试块需等待28d或56d才能达到所要求的强度，但经过高温高压饱和水蒸汽的环境中1d-2d就可以使混凝土试块的抗压强度达到其要求值，这项研究可以压缩混凝土试配拌制的周期，如果条件允许也可以减少施工周期。

水泥矿物中的有效成分：硅酸三钙、三改、铝酸三钙、铁铝酸四钙

①硅酸三钙水化：硅酸三钙在常温下的水化反应生成水化硅酸钙（C-S-H凝胶）和氢氧化钙。

3CaO?SiO2+nH2O=xCaO?SiO2yH2O+（3-x）Ca（OH）2

②硅酸三钙水化

β-C2S的水化与C3S相似，只不过水化速度慢而已。

2CaO?SiO2+nH2O=xCaO?SiO2yH2O+（2-x）Ca（OH）2

③铝酸三钙的水化

铝酸三钙的水化迅速，放热快，其水化产物组成和结构受液相CaO浓度和温度的影响很大，先生成介稳状态的水化铝酸钙，最终转化为水石榴石（C3AH6）

在有石膏的情况下，C3A水化的最终产物与起石膏掺入量有关。最初形成的三硫铝酸钙，简称钙矾石，常用Aft标示。若石膏在C3A完全水化前耗尽，则钙矾石与C3A作用转化为单硫型水化硫铝酸钙（AFm）。

④铁相固溶体的水化

水泥熟料中铁相固溶体可用C4AF作为代表。它的水化速率比C3A略慢，水化热较低，即使单独水化也不会引起快凝。其水化反应及其产物与C3A很相似。

1.原材料、配合比和仪器设备

1.1原材料

本次实验所用水泥是山东青岛山水P.I42.5级硅酸盐水泥，该水泥铝酸三钙含量小，3天、7天水化热低、28天富裕强度高，安定性良好、凝结时间正常，和易性好等特点，此水泥应用在山东海阳AP1000压水堆核电站、荣成石岛湾高温气冷堆核电站和荣成CAP1400国核示范压水堆核电站核岛混凝土的建设。粉煤灰选用威海关于Ｉ级灰，细骨料选用黄磊河天然中砂、粗骨料最大粒径为31.5mm。

1.2配合比

本实验所采用混凝土标号为C35，混凝土每立方米的配合比及其性能指标见表1。

表1混凝土配合比C35

水泥/Kg?m-3水/Kg?m-3粉煤灰/Kg?m-3砂/Kg?m-3小石/Kg?m-3大石/Kg?m-3减水剂/%

302165917363527160.9

1.3、仪器设备

本实验所用仪器YZF-2A型压蒸釜，整个釜体采用了优质材料制造，能耐高温、高压、饱和水蒸气，锅身上装有两组加热器（600W和1200W）锅盖上装有压力表，安全阀和放气阀，配有温度和压力的自动调节与控制系统，①.釜体内径：160mm。②.釜体容积：0.0085m3。③.最大工作压力：不大于2.5MPa。④.标准升压时间：60-120分钟锅内压力升至2.0MPa（相当釜内体温为216℃）。⑤.安全阀开启压力2.0—2.3MPa，范围内可调。⑥.压力自动精致的波动范围：不大于±0.05MPa。⑦.额定工作电力：220V。

2、试验结果与分析

混凝土试块抗压强度在高温、高压、饱和水蒸汽的环境下最短的时间内达到标准养护所要求的强度。选择合理的制品预养时间放入蒸压环境中对抗压强度产生的影响和选择合适的蒸压时间对抗压强度产生的影响是问题的关键所在。

2.1、制品预养时间对抗压强度的影响

制品预养时间指的是从混凝土搅拌成型到放入蒸压釜的时间，根据此配合比混凝土终凝时间为20小时，预养时间分别选定12h、16h、20h、24h、28h、32h、36h、40h、44h、48h进行试验，在温度216℃，压力2.0MPa、饱和水蒸汽环境下3小时环境下进行蒸压，养护结束后立即进行抗压强度测试，并取相同预养期间的试块抗压强度作为对比，以研究制品在不同预养时间放入蒸压釜对抗压强度的试验结果影响，试验结果见图1.

图1制品放入时间对抗压强度的影响

图2预养期间抗压强度

由图1所见，在相同的高温高压饱和水蒸汽的环境和时间下，试块终凝前放入蒸压釜中所产生的强度达不到预期强度，在终凝后4小时的预养试块在蒸压釜养护中所能达到强度最高值，随着预养时间的延长，所减弱的强度以时间间隔每小时0.56MPa递减。

根据图2的预养试块抗压强度分析，其原因是试块终凝前其本身没有产生足够的水化产物，在216℃和压力2.0MPa的环境中使得试块内部出现损坏，对试块的抗压强度造成了很大的影响，在试块终凝4小时的混凝土具备了一定的初始强度，这时的试块强度在高温高压饱和水蒸汽的环境下能得到最大的提升，而随着终凝时间的增加预养期间的试块在水化热作用下使得本身强度逐渐提升，混凝土密实度提高，高温高压饱和水蒸汽的环境下对试块的作用逐渐减弱，因此选择合理的制品预养时间直接影响到混凝土在高温高压饱和水蒸汽环境下水化热反应速度的快慢，水化反应速度的快慢直接影响到试块抗压强度结果。

2.2制品预养时间对混凝土安定性的影响

本试验采用的是100mm×100mm×100mm立方体抗压试块，研究高温高压饱和水蒸汽环境下对混凝土安定性的影响，对养护在高温高压饱和水蒸汽环境下的混凝土发展至关重要，选定预养时间12h、16h、20h、24h、28h、32h、36h、40h、44h、48h的混凝土制品，在温度216℃，压力2.0MPa、饱和水蒸汽环境下3小时环境下进行蒸压。测试不同制品预养时间对混凝土安定性的影响，试验结果见图3.

图3制品放入时间对混凝土安定性的影响

由图3可见，预养时间在终凝前的制品在蒸压釜中测试的结果，其界面尺寸发生了膨胀，随着制品预养时间大于终凝时间20h，其界面尺寸基本上保持在100mm，没有发生膨胀，其原因是混凝土在没终凝时，根据图2显示，其强度一直为0MPa，自身密实度较小，经过3小时高温高压饱和水蒸汽的环境下，混凝土中的水泥及其骨料之间的界面出现不同程度的微裂纹，钙矾石可能在微裂纹中形成并生长，促使生成微裂纹，同时在高温、高压环境中水泥水化所生成的C-S-H凝胶会变得相对粗糙，水化产物分散不均匀，硬化后混凝土孔隙率较大，导致混凝土体积膨胀，选择一个最优预养时间对混凝土安定性影响至关重要。

2.3蒸压时间对混凝土强度的影响

由图1所示，选定预养时间为终凝后4小时的试块放入蒸压釜中，分别经过1h、2h、3h、4h、5h、6h、7h、8h、9h蒸压后测试出抗压强度数据。研究选定最优预养时间的混凝土试块在高温216℃、高压2MPa、饱和水蒸汽的环境下不同蒸压时间对混凝土试块强度的影响，并与相同标号的试块在标准养护的条件下3d、7d、28d、56d、90d的强度对比。

图5预养C35试块强度

由图4可见，最优预养时间的制品放入蒸压釜中进行蒸压，4小时后试块强度达到峰值，大于4小时的蒸压时间对混凝土试块强度增长率影响微小，由图5可见，蒸压釜中的试块强度峰值与试块在标准养护龄期作为比较；其数值在标准养护试块强度56天与90天之间。

3.结语

（1）选择一个适当的混凝土预养时间放入蒸压釜中会有益于混凝土的安定性。

（2）选择一个适当的混凝土预养时间放入蒸压釜可提高混凝土抗压强度。

（3）终凝后4小时的混凝土试块在蒸压釜中4小时后的抗压强度可以当做56天试块龄期的参考值，这样可以大大缩短混凝土配合比实验中确定水泥用量的多少。能更快的得出配合比实验结果。

参考文献：

[1]沙克，黄艳春，蒸养时间对粉煤灰混凝土抗压强度的影响。[文章编号]1001-6864（2011）08-0007-02.2011-05-03