水化温升抑制技术在地下车站结构混凝土中的应用研究

　　[摘要]为降低地下车站结构混凝土温度收缩开裂风险，试验研究了基准与掺加水化温升抑制剂C3P8混凝土的水化放热、强度、凝结时间等性能变化规律，结果表明，水化温升抑制剂明显降低早期水化放热，掺量增加，抑制效果越显著。当掺量0.2%时，1d绝热温升降低率57.1%，7d绝热温升接近基准，终凝时间推迟2.49h，3d强度降低17.7%，28d达到基准的100.4%，构件试验最高温升降低5.9℃C，4d均降温速率减小24.9%，控温效果良好，为该产品在实体结构规模化应用提供参考。

　　[关键词]温度收缩：水化温升抑制剂：绝热温升;凝结时间;开裂风险

　　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

　　目前我国地下轨道交通工程建设正处在突飞猛进的发展阶段，相较于附属结构与区间隧道现浇衬砌，地下车站主体结构混凝土因浇筑长度、结构形式、约束等因素影响易在施工期就出现严重裂缝渗漏，降低结构耐久性与服役寿命13。现代水泥颗粒普遍偏细，在获得强度快速增长的同时，早期水化速率与放热量剧烈，结构温升大幅增加，裂缝控制难度不断提高。研究表明，地下车站侧墙厚度仅0.7m，但在拆模之前就发生急剧的温升与降温过程，收缩变形受到底板的外约束形成拉应力超过瞬时抗拉强度是引起结构开裂的主要原因[，因此降低混凝土温升，控制收缩应力是控制地下车站结构裂缝的关键。目前水工上主要采用中低热水泥、混凝土控温及铺设冷却水管等技术手段进行混凝土的防裂施工6-，但在地铁市政工程中受客观条件所限无法实现，针对这些问题，近年来出现一项新的混凝土结构温控方法，通过水化温升抑制剂在水泥水化碱性环境中可控溶解、吸附，调控加速期水化放热历程降低结构混凝土温升[4，与分阶段全过程补偿收缩技术、保温保湿养护、分段浇筑等工艺的协同配合[10-2，可完全控制收缩开裂风险。

　　某在建地下2层一岛一侧式车站，埋深18.1m，主体规模465.645m x 27.225m，采用双柱三跨现浇钢筋混凝土箱型结构体系，侧墙、底板与顶板结构设计厚度为0.4m~1.2m，混凝土设计等级C35P8，侧墙模板使用2.0mx4.5m大型组合钢模，分段长度20m~30m，控制水化放热是降低开裂与渗漏风险的重要方面。本文以此为研究背景，重点探讨了不同掺量水化温升抑制剂对地铁工程用C35P8混凝土工作性、凝结时间、抗压强度等性能影响规律与效果分析，以便指导该类产品在地铁工程上应用提供参考。

　　1试验研究

　　1.1 试验原材料

　　试验研究用原材料如下：P-042.5级水泥，比表面积372kg/m3;F类11l级煤灰，比表面积453kg/m3;S95矿粉，比表面积442kg/m3;细度模数为2.6的中河砂;粒径5mm~10mm与10mm~26.5mm的级配碎石以2：8比例混合;A1聚羧酸高性能减水剂，固含量18.2%，减水率26.3%，江苏苏博特新材料股份有限公司SBT-CTRI水化温升抑制剂，主要原材料基本性能见表1~表3。

　　1.2混凝土配合比

　　配合比设计应满足《普通混凝土配合比设计规程》(JGJ 55-2011)与《大体积混凝土施工标准》

　　(GB 50496-2018)相关规定，综合经济性与技术原则考量，经设计配合比基本参数见表4，其中SBT-CTRI水温升抑制剂以0.15%，0.2%、0.25%与0.3%的比例外掺入胶凝材料中进行试验。

　　1.3试验方法

　　1)水化放热性能与绝热温升

　　胶凝材料放热性能采用美国TA公司生产的TAM-AIR等温微量热仪，恒温30℃，水胶比0.42，按照配合比中胶凝材料比例称取物料，并掺入一定比例水化温升抑制剂，加水后利用机械搅拌器先慢后快搅拌各1min，然后称取适量浆体到试验瓶中，放入相应通道内测试。混凝土绝热温升试验依据标准《水工混凝土试验规程》(DL/T 5150-2017)进行。

　　2)工作性、凝结时间与抗压强度

　　混凝土工作性、凝结时间依据《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》(GB 50080-2016)，混凝土抗压强度按《混凝土物理力学性能试验方法标准》(GB 50081-2019)开展3)构件模型试验制作2个试验模型，长宽高均为3.0m、0.8m和2.0m，见图1，模型前后与侧面分别采用钢模与木模板作支护，在中心位置预埋测温传感器，采用江苏苏博特开发的SBT-CDMI混凝土无线监测系统对温度历程实时采集与传输，具体工作原理[131见图2，浇筑完成混凝土初凝后顶部抹面覆盖带有塑料内膜的土工布保湿养护。

　　2试验结果与分析

　　2.1 水化温升抑制剂对水化放热性能与绝热温升影响

　　不同掺量水化温升抑制剂胶凝材料放热历程测试结果见图3。由图可知，水化温升抑制剂明显降低了水化加速期放热速率与累计放热量，基准组放热速率峰值为4.38mW/g，掺加0.15%~0.3%的水化温升抑制剂放热速率峰值出现时间推迟，降幅分别为40.6%、64.2%，83.1%与90.8%，ld放热量降低率依次为28.8%、53.2%、94.1%与98.9%，7d放热量降幅为3.1%、4.4%、28.8%与43.8%，其作用机理是水化温升抑制剂中存在长链聚合物分子延缓了水化产物CH-S等的形成。水化温升抑制剂掺量提高，达到基准组放热持续时间延长，7d累计放热量降幅较大，对混凝土其他性能可能产生较大影响。

　　在胶凝材料放热性能研究基础上，为表征水化温升抑制剂对混凝土温度历程影响，测试了混凝土绝热温升，结果见图4，由图可知，掺入0.2%水化温升抑制剂后，混凝土早期绝热温升显著低于基准组，到达快速水化期与稳定期时间延迟，但最终温升值基本相同，1d，3d绝热温升降低率57.1%与

　　8.3%，7d绝热温升降低率低于0.5%，可见水化温升抑制剂对放热的调控影响，降低了绝热温升速率，同时对放热历程延长，有利于结构散热，降低温峰值，与胶凝材料水化放热结果基本相吻合。

　　2.2水化温升抑制剂对混凝土工作性能影响不同掺量水化温升抑制剂混凝土工作性测试结果见表5。由表可知，相较于基准组，掺加0.15%~0.3%的水化温升抑制剂对混凝土工作性基本无显著影响，掺量提高，初始坍落度与扩展度有增加趋势，1h经时损失<20mm，含气量在1.9%-2.4%范围内变化，实测容重偏差不超过12kg/m3，满足设计与施工控制要求，可见水化温升抑制剂还具有一定的减水、保坍作用，有利于提高混凝土工作性能。

　　2.3 水化温升抑制剂对混凝土凝结时间影响水化温升抑制剂主要调控水泥放热性能，对混凝土凝结时间可能会产生影响，为此研究不同掺量水化温升抑制剂混凝土凝结时间变化规律见图5。由图可知，随着水化温升抑制剂掺量增加，混凝土初凝与终凝时间不断延迟，初终凝时间差呈现先缩短后开始增加的趋势，掺加水化温升抑制剂后混凝土早期放热速率较小，相同养护龄期与养护条件，水化程度远低于基准组，对凝结时间有一定影响，掺加0.15%~0.3%水化温升抑制剂初凝时间比基准组分别推迟2.66h、2.76h、4.59h与5.95h，终凝时间分别推迟2.1h.2.49h.3.45h与6.48h，水化温升抑制剂存在最佳掺量范围，0.15%与0.2%掺量初终凝时间基本接近，进一步提高掺量终凝时间显著延长。

　　2.4 水化温升抑制剂对混凝土抗压强度影响不同掺量水化温升抑制剂混凝土抗压强度见图6，由图可知，掺加水化温升抑制剂明显降低混凝土早期抗压强度，且随掺量增加降低趋势越明显，养护龄期越长，越接近基准组，说明水化温升抑制剂在不影响放热总量情况下延缓早期放热，前期强度发展较慢，后期逐渐赶超。掺加0.15%~0.3%水化温升抑制剂3d强度降低率为10.2%、17.7%、28.1%与43.9%，14d龄期降低率为7.9%，11.9%、18.8%与20.2%，28d龄期时0.15%与0.2%水化温升抑制剂赶超基准组，满足设计强度，0.25%与0.3%水化温升抑制剂仍低于基准组3-4MPa，则要更长养护龄期才能满足要求。

　　2.5构件模型试验研究

　　通过以上对不同掺量水化温升抑制剂对混凝土性能影响研究发现，掺加0.15%与0.2%水化温升抑制剂混凝土工作性、凝结时间与强度结果基本相同，满足现场泵送施工与力学性能要求，从胶凝材料放热性能来看，选择0.2%水化温升抑制剂水化调控效果较好，为评估实际施工浇筑混凝土泵送、力学性能与温控效果，根据地下车站结构特点，制作2个构件模型，长宽高尺寸为3m、0.8m与2m，浇筑前分别在模型中心预埋温度传感器，对比研究基准混凝土(基准组)与掺加水化温升抑制剂混凝土(对比组)的温升及温降变化规律，试验结果见图7。由图7结合表6可知，混凝土入模温度在24.1-24.3℃，终凝后胶凝材料水化放热，结构快速升温，掺0.2%水化温升抑制剂混凝土最高温升比基准低5.9 ℃，降低率达20.7%，达到温峰时间延迟0.83d，温升速率减小27.47℃/d，温峰值后水化速率降低，中心温度开始下降，4d均降温速率比基准混凝土低1.4C/d，降低率达24.9%，说明水化温升抑制剂对水泥加速期水化矿物CA与C，S的放热反应速率的调控，优化水化放热历程，对降低温峰值与降温速率有明显效果，从而减少温度应力集中，为后续实际浇筑施工提供参考与依据。

　　3工程应用

　　在试验研究的基础上，将水化温升抑制剂应用于某地下车站主体结构负二层侧墙结构施工中，工程实践与应用表明，针对地下车站主体结构混凝土施工现状与特点，尤其是侧墙结构，最大开裂风险系数(收缩拉应力/抗拉强度)往往超过1.0，实际工程裂缝控制中，为有效抑制结构混凝土温度开裂现象，在水化温升抑制剂对温度历程调控，降低开裂风险基础上，与分阶段补偿收缩、保温保湿养护等技术复合使用，可有效控制开裂，试验段两面侧墙厚度均为0.7m，浇筑长度20m，高4.5m，采用钢模施工，施工前通过在结构中心预埋温度传感器，测试了自浇筑后结构混凝土的温度变化历程，监测结果如图8所示。

　　由图8可知，混凝土入模温度均为19.5℃左右，采用具有水化温升抑制功能的混凝土最高温升较基准混凝土降低4.4℃，温峰值出现时间延迟

　　0.2d，实体结构混凝土表现出较高的温度峰值，这可能受实际施工中环境温度、工艺、结构尺寸等因素与试验模型的差异影响，通过利用水化温升抑制剂将普通硅酸盐放热速率调控类似于中低热水泥，降低结构混凝土温峰，有利于减小实体结构收缩拉应力与开裂风险，提高其抗裂性。

　　4结论

　　1)水化温升抑制剂能有效延缓加速期水化放热历程，掺量增加，抑制效果越显著，放热持续延长。掺加水化温升抑制剂0.2%时，1d绝热温升降低率57.1%，7d绝热温升降低率低于0.5%，基本不影响最终的放热总量。

　　2)水化温升抑制剂对混凝土工作性能基本无显著影响，在调控水化放热性能的同时延长了初终凝时间，降低了早期抗压强度，水化温升抑制剂存在最佳的使用范围，当।量0.15%与0.2%时，终凝时间推迟2.1h与2.49h，3d抗压强度降低10.2%与17.7%，28d龄期赶超基准组，满足设计强度要求。

　　3)构件模型试验表明，掺加水化温升抑制剂混凝土最高温度降低约5.9℃，到达温峰时间延迟0.83d，4d均降温速率比基准混凝土低1.4℃/d，降低率为24.9%，说明水化温升抑制剂有良好的温度场调控效果，在模型试验基础上进一步应用于实际结构温峰值降低4.4C，降低率为17%，时间延迟0.21d，可显著降低温度收缩开裂风险，提高混凝土结构抗裂性能。

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文章名称： 水化温升抑制技术在地下车站结构混凝土中的应用研究

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