大體積混凝土配制及性能研究

袁筱樂，張盛

（1. 揚(yáng)州市平維混凝土有限公司，江蘇揚(yáng)州225000；2. 江蘇誠(chéng)意工程技術(shù)研究院，江蘇徐州221131）

大體積混凝土配制及性能研究

袁筱樂1，張盛2

（1. 揚(yáng)州市平維混凝土有限公司，江蘇揚(yáng)州225000；2. 江蘇誠(chéng)意工程技術(shù)研究院，江蘇徐州221131）

大體積混凝土結(jié)構(gòu)容易產(chǎn)生溫度裂縫，而混凝土在硬化前后內(nèi)部及表面的溫度差是產(chǎn)生溫度裂縫的主要原因之一。本研究結(jié)合江蘇省華電揚(yáng)州發(fā)電有限公司工程項(xiàng)目基礎(chǔ)底板結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，從水化熱角度進(jìn)行了原材料優(yōu)選，同時(shí)進(jìn)行了大摻量粉煤灰混凝土配制及性能研究，提出了符合工程要求的大體積混凝土配合比。

大體積混凝土；水化熱；大摻量粉煤灰

0 引言

大體積混凝土是指混凝土結(jié)構(gòu)物實(shí)體最小幾何尺寸不小于1m 的大體量混凝土，或預(yù)計(jì)會(huì)因混凝土中膠凝材料水化引起的溫度和收縮而導(dǎo)致有害裂縫產(chǎn)生的混凝土[1]。大體積混凝土硬化期間，由于水泥水化過程釋放的水化熱所產(chǎn)生的溫度變化而產(chǎn)生的溫度應(yīng)力，往往導(dǎo)致大體積混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)有害裂縫。

采取合理措施降低水化熱，控制混凝土內(nèi)外溫差防止過大干縮是大體積混凝土質(zhì)量控制工作的重點(diǎn)。對(duì)于大體積混凝土，隨著澆筑厚度不同、采用水泥品種不同、摻合料品種及摻量不同、外加劑品種不同等，其水化溫度峰值也會(huì)有所不同，核心區(qū)絕熱溫升可達(dá)到60℃ 至 70℃ 甚至更高。所以控制混凝土的水化熱是降低大體積混凝土內(nèi)外溫度差的關(guān)鍵技術(shù)。

1 工程概況

江蘇華電揚(yáng)州發(fā)電有限公司工程位于全國(guó)歷史文化名城江蘇省揚(yáng)州市東北郊，京杭大運(yùn)河和古運(yùn)河交匯處，南鄰寧通高速，北接寧啟鐵路。江蘇華電揚(yáng)州2×400MW 級(jí)燃機(jī)工程 ，燃機(jī)汽機(jī)發(fā)電機(jī)基礎(chǔ)圖由中國(guó)東方電氣設(shè)計(jì)。其機(jī)島下部結(jié)構(gòu)，形式為不規(guī)則大體積底板基礎(chǔ)（示意圖見圖1），最小深度為2.5米，最大深度可達(dá)5.5米。基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為50 年，建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)。

圖1 底板基礎(chǔ)示意圖

2 原材料選擇與控制

2.1 水泥

水泥性能及用量是影響水化熱的關(guān)鍵因素。Burrows R W[2]總結(jié)，一味快速施工的需求導(dǎo)致了水泥在半個(gè)世紀(jì)以來細(xì)度增加了不止1倍，水泥細(xì)度增加，早期水化速度明顯加快，因此雖然增加了早期強(qiáng)度，卻導(dǎo)致早期的放熱速率也急劇增加。根據(jù)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)或指南，以及大量的研究工作總結(jié)，建議控制水泥比表面積≤350m2/kg，C3A≤8.0%，堿含量≤0.6%。工程采用揚(yáng)州亞東 P·O42.5級(jí)水泥，相關(guān)技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1 水泥技術(shù)指標(biāo)

2.2 粉煤灰

單從降低膠凝材料水化熱角度而言，摻粉煤灰的效果最佳[3]，工程采用揚(yáng)州華維II級(jí)粉煤灰，相關(guān)技術(shù)指標(biāo)見表2。

表2 粉煤灰技術(shù)指標(biāo)

2.3 細(xì)集料

選用江砂，細(xì)度模數(shù)2.6，表觀密度2660kg/m3，堆積密度1560kg/m3，含泥量 0.9%。

2.4 粗集料

選用石灰?guī)r碎石，粒徑5～31.5mm 連續(xù)級(jí)配，壓碎值指標(biāo) 7.8%，表觀密度2700kg/m3，針片狀含量6%，含泥量 0.3%。

2.5 外加劑

緩凝型高效減水劑能有效延緩水化熱的釋放，降低水化熱放熱峰值，使混凝土水化熱釋放趨于平緩，避免中心部位混凝土溫度急劇上升導(dǎo)致溫差增大[4]，同時(shí)由于延緩了混凝土的凝結(jié)時(shí)間，有利于在澆筑和振實(shí)大體積混凝土?xí)r不致形成施工冷縫。工程選用揚(yáng)州科杰 SPVI 緩凝型高效減水劑，其性能指標(biāo)見表3。

表3 外加劑性能指標(biāo)

3 大體積粉煤灰混凝土的配制與性能研究

按照規(guī)范要求在選定的原材料基礎(chǔ)上，開展了不同粉煤灰摻量對(duì)混凝土性能的影響試驗(yàn)研究，并進(jìn)行了相關(guān)性能檢測(cè)。

3.1 配合比

混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)在滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求的前提下（固定水膠比），盡可能的減少水泥用量，本次試驗(yàn)用水量設(shè)計(jì)為155kg/m3，以減少水泥的水化熱產(chǎn)生，從而降低混凝土的溫升。

3.2 混凝土拌合物性能

按照 GB/T50080—2011《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》將表 4進(jìn)行了混凝土拌合物性能檢測(cè)，性能指標(biāo)如表5所示。試驗(yàn)結(jié)果表明 C3輕微泌水，C1經(jīng)時(shí)坍損較大，C2 混凝土和易性滿足要求。

表4 不同粉煤灰摻量混凝土配合比

表5 混凝土拌合物性能

3.3 混凝土力學(xué)性能

根據(jù) JGJ55—2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》設(shè)計(jì)原則，可利用60d 或 90d 強(qiáng)度作為混凝土強(qiáng)度評(píng)定及混凝土配合比設(shè)計(jì)的依據(jù)。經(jīng)設(shè)計(jì)單位同意，本結(jié)構(gòu)工程大體積混凝土（表 4配合比）均采用60d 齡期作為混凝土強(qiáng)度評(píng)定的依據(jù)，混凝土力學(xué)性能檢測(cè)如表6所示。

表6 混凝土力學(xué)性能

從表6中可以看出，隨著粉煤灰摻量的增加，混凝土前期抗壓及劈拉強(qiáng)度明顯下降，但后期隨著粉煤灰與混凝土中的 Ca(OH)2進(jìn)行水化反應(yīng)，混凝土內(nèi)部更加密實(shí)，其抗壓及劈拉強(qiáng)度逐漸提高。

3.4 混凝土耐久性能

根據(jù) GB/T50080—2011《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行相關(guān)耐久性試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表 7所示。

表7 混凝土耐久性能

從表 7中反應(yīng)出3個(gè)配合比其抗?jié)B強(qiáng)度等級(jí)均滿足設(shè)計(jì)要求；混凝土收縮隨著粉煤灰摻量的提高而逐漸變小，說明粉煤灰可以改善混凝土收縮；隨著粉煤灰摻量的提高，混凝土抗碳化能力逐漸減弱；電通量所示結(jié)果表明，大摻量粉煤灰混凝土在56d 齡期后其抗氯離子滲透性能符合要求。

3.5 混凝土的絕熱溫升

從圖2 中可以看出 8d 最高絕熱溫升分別為37℃、34.2℃、31.5℃，隨著粉煤灰摻量的增加，混凝土的絕熱溫升明顯降低，有利于大體積混凝土的溫度控制。

圖2 不同粉煤灰摻量混凝土的絕熱溫升

3.6 大體積混凝土配合比選擇

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，綜合混凝土工作性能、力學(xué)性能、耐久性能及混凝土的絕熱溫升，江蘇華電揚(yáng)州發(fā)電有限公司燃機(jī)、汽機(jī)工程基礎(chǔ)底板等大體積混凝土結(jié)構(gòu)配合比選擇表 4中編號(hào) C2。

4 工程應(yīng)用情況

試配研究的混凝土配合比 C2 成功應(yīng)用于江蘇華電揚(yáng)州發(fā)電有限公司燃機(jī)、汽機(jī)工程基礎(chǔ)底板等大體積混凝土工程中。為了控制混凝土的內(nèi)外溫差，以便隨時(shí)采取相應(yīng)措施，需要對(duì)混凝土進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)和控制。

測(cè)溫點(diǎn)的布置測(cè)溫點(diǎn)根據(jù) GB50496—2009《大體積混凝土施工規(guī)范》相關(guān)要求布置。在基礎(chǔ)澆筑前，預(yù)埋測(cè)溫管沿著基礎(chǔ)的高度分上、中、下3層，按結(jié)構(gòu)部位分基礎(chǔ)周邊、中部、肋部布設(shè)，平面測(cè)點(diǎn)間距不大于 4m，高度方向測(cè)點(diǎn)距離為 0.5～0.8m，距上表面20cm、下距下表面20cm。以下是底板基礎(chǔ)測(cè)溫點(diǎn)布置示意圖見圖3。

圖3 測(cè)溫點(diǎn)布置

基礎(chǔ)混凝土澆筑完12 小時(shí)后立即進(jìn)行測(cè)溫，并做好詳細(xì)記錄，最終實(shí)測(cè)基礎(chǔ)底板混凝土成型前后的內(nèi)外溫度差在14.8～23℃，符合設(shè)計(jì)要求。工程應(yīng)用結(jié)果表明，混凝土工作性能、力學(xué)性能、耐久性性能均滿足規(guī)范及工程要求。

5 結(jié)論

（1）大體積混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)，在保證力學(xué)性能及耐久性能的前提下，應(yīng)重點(diǎn)從水化熱角度出發(fā)控制混凝土早期內(nèi)外溫度差，從而避免溫度裂縫的產(chǎn)生。控制水泥細(xì)度及用量，合理?yè)接梅勖夯遥x用緩凝性高效減水劑等方法是降低水化熱的有效途徑。

（2）隨著粉煤灰摻量的提高，混凝土的前期力學(xué)性能明顯降低，但60d 齡期力學(xué)性能均能滿足設(shè)計(jì)要求。

（3）粉煤灰的摻入可以減少混凝土的收縮，但其抗碳化能力逐漸減弱。

（4）粉煤灰摻量從30% 到50%，所配制的混凝土60d 抗壓強(qiáng)度均符合工程結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等級(jí)要求。

[1] GB50496—2009．大體積混凝土施工規(guī)范[S]．

[2] R W Burrows．廉慧珍等譯．混凝土的可見與不可見裂縫[M]．北京：中國(guó)水利水電出版社，2013．

[3] 吳景輝，董維佳．摻礦粉、粉煤灰對(duì)水泥水化熱的影響[J]．粉煤灰，2005(6):20-25．

[4] 黃允寶，劉建忠，毛水琳．大體積混凝土的配合比設(shè)計(jì)及其工程應(yīng)用[J]．江蘇建筑，2006(2): 47-49．

Study on the preparation and performance of massive concrete

Yuan Xiaole1, Zhang Sheng2
(1. Yangzhou Pingwei Concrete Co., Ltd., Yangzhou225000;2. Jiangsu Sincerity Engineering Technology Research Institute, Xuzhou221131)

The massive concrete structure is easy to produce temperature cracks, and the temperature difference between the inner and the outer surface of the concrete is the main cause of the temperature cracks. With the Jiangsu Huadian Yangzhou Power Generation Characteristics of Structural Engineering Project Foundation Limited, from the angle of hydration heat of raw materials are also carried out, and properties of high volume fl y ash concrete, massive concrete mix proportion is proposed in accordance with the requirements of the project.

massive concrete; hydration heat; high volume fl y ash

袁筱樂（1982—），女，本科，2004年畢業(yè)鹽城工學(xué)院材料工程專業(yè)，之后一直從事混凝土的原材控制、配合比配制及工程應(yīng)用等工作。

［通訊地址］江蘇省揚(yáng)州市華電路江蘇華電揚(yáng)州發(fā)電有限公司南門（225000）