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机场大体积混凝土道面板水化热分析及施工控制 (1)

2014-08-29 11:30:21  作者:  来源:互联网  文字大小:【】【】【
简介:摘 要:混凝土凝结和硬化过程中会因多种物质反应放出大量热,这与外界条件协同作用产生温度应力,极易破坏混凝土的整体结构性,本文综合分析了水化热对混凝土道面板质量和性能的影响,总结了业内专家历年在混凝 ...
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摘 要:混凝土凝结和硬化过程中会因多种物质反应放出大量热,这与外界条件协同作用产生温度应力,极易破坏混凝土的整体结构性,本文综合分析了水化热对混凝土道面板质量和性能的影响,总结了业内专家历年在混凝土水化热研究方面提出的一些先进理论,并根据国内外最新研究进展和自己的施工经验介绍了混凝土生产施工中降低水化热的具体措施。
  关键词:混凝土;箱梁;水化热;裂缝
  水泥混凝土道面是世界范围机场的优选道面类型,具有较高的刚度、强度、耐磨、水稳定性和温度稳定性,既耐老化又无污染,特别是在暴雨及短浸水条件下,仍能够确保飞行安全。一次建成后养护成本低,平整度保持期长,尤其在大型客机、运输机等重载交通机场优势更加明显。近几年,机场基础设施进入爆发式增长期,激增的交通需求不断冲击着到面板强度的设计极限,特别是在起落段为满足其刚度需求道面板普遍加厚,从而导致混凝土用量增多、体积增大,而这也对混凝土设计施工不断带来新的挑战。业内众所周知,混凝土凝结和硬化过程中会因多种物质反应放出大量热,这与外界条件协同作用产生温度应力,极易破坏混凝土的整体结构性,此外,大多数情况下硬化水泥浆体和混凝土的早期体积变形也与水化热有极大关系,因此降低水泥混凝土的水化热是保证混凝土施工质量防止裂缝的有效途径。
  1.预应力箱梁水化热作用机理
  1.1分析水化过程离子作用原理。当水泥加水拌和后,形成能粘结砂石寂寥的可塑性浆体,随后逐渐失去塑性而凝结为具有一定强度的石状体。在此过程中,伴随着水化放热、体积变化,并发生一系列复杂的物理、化学变化。水泥颗粒分开来说就是多重矿物质的聚合体,工业熟料中矿物不是纯粹的硅酸三钙(C3S)、β型硅酸二钙(β—C2S)、铝酸三钙(C3A)和铁铝酸四钙(C4AF)等常见矿物质,而是Alite和Belite等有限固溶体,微量元素的固溶使得晶格排列的规律受到影响。对于硅酸三钙来说,结构中钙离子的配位数为6,但配位不规则,有五个氧离子在一侧而另一侧仅有一个氧离子,在氧离子少的一个形成“空洞”使水容易进入发生反应;对于β型硅酸二钙,钙离子的配位数有一半是6,一半是8,其中氧离子与钙离子的距离不等,配位不规则,结构不稳定,可以水化,但是速度相对较慢。铝酸三钙中铝的配位数为4和6,而钙离子的配位数为6和9,其中配位数为9的钙离子周围的氧离子排列极为不规则,结构有巨大“空洞”因此水化较快。此外铁铝酸四钙结构中同样存在“空洞”,也较易水化。
  1.2总结水化过程离子反应规律。
  试验选取普通硅酸盐水泥为研究对象,通过标记后离子水化反应跟踪监测,可以将整个水化反应过程可分为钙矾石形成阶段、硅酸三钙水化阶段和结构形成发展期,其中铝酸三钙、硅酸三钙前期同步发展,但铝酸三钙形成产对于硅酸三钙有明显抑制作用,整个进程与现有文献提出的快速水化期、潜伏期、加速器、减速期和衰退期的理论一致。
  钙矾石的形成阶段:C3A首先水化并在有石膏存在的条件下迅速形成钙矾石,出现集中放热,即所谓的快速水化期,但该时期同时伴随着硅酸三钙的部分水化,此后由于钙矾石的形成时的后续反应速度减缓,从而减缓了整个反应进程,因此产生潜伏期。
  硅酸三钙水化阶段:在水泥熟料中硅酸三钙的含量大约占到50%,有时高达60%,其反应方程可简写为C3S+Nh=C-S-H+(3-x)CH,其水化产物为C-S-H凝胶和氢氧化钙,有时也称之为水化硅酸钙,该物质组成不定,其CaO、SiO2和H2O、SiO2分子比都在较大范围内变动,最终凝胶组成与所处的环境的Ca(OH)2有关。具体反应了又可以分为水化早期、水化中期、水化后期,水化早期开始于加水拌合时,反应迅速放热,持续时间在15min左右,而此后到初凝时间内水化速率受到抑制极其缓慢。水化中期反应速率重新加快,在4-8h内反应速率也随着时间而增长,出现第二个放热高峰,随后反应速率开始减慢,水化产物CH和C-S-H开始结晶,包裹在C3S表面,所以水化作用受水通过产物层的扩散速率控制。水花后期,反应速率很低,基本处于稳定阶段,水化作用完全通过扩散速率控制。整个反应期内,C3S水化较快,放热较多,早期强度高,而且后期强度增进率较大,28天强度可以达到一年期强度的70%-80%。
  结构的形成与发展:此阶段的放热速率基本趋于稳定,随着各种水化产物增多,填入原先又水占据
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责任编辑:whlg01

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