超大體積混凝土配合比設計優化及 裂縫控制技術研究

趙懷霞

（江蘇天潤檢測有限公司， 江蘇 泰州 225300）

0 引言

某大橋主墩采用67m×35m、高7m 的矩形承臺，混凝土等級為C40，分兩次進行澆筑。本文通過配合比優化、礦物摻合料以及原材料等方面進行調整和優化，并對溫度進行實時監測，采用可行的控溫措施對不同階段的水化熱進行控制，通過以上兩種形式使超大體積混凝土的裂縫得以控制。

1 試驗所使用的原材料

本工程所使用的水泥為P.O 42.5 普通硅酸鹽水泥其比表面積為339g/cm3，粉煤灰為F 類Ⅱ級，粒化高爐礦渣粉的比表面積為432 m2/kg，長度為12mm 的聚丙烯纖維，細集料表觀密度為2713kg/m3、細度模數為2.6 的中砂，減水劑為緩凝型聚羧酸高效減水劑，粗集料表觀密度為2671kg/m3、級配為5～25mm 碎石。

2 大體積混凝土配合比的設計和性能

2.1 對大體積混凝土的配合比進行設計

項目最初設計的配合比為A0，為了使膠材總量降低，試驗人員又以A0 為基礎得出A1、A2、A3 三種配合比，配合比的具體情況和性能見表1 和表2。

表1 優化配合比

表2 混凝土性能指標

根據表2 可知，四種配合比混凝土均無泌水和離析出現，工作性能良好。但是當水泥用量減少時，初凝時間也會隨之增加，但是均在30～40h 的范圍要求內。且28 天抗壓強度均不小于48.2MPa，符合規范要求。

2.2 大體積混凝土的耐久性

在碳化和雨水滲透的作用下，大體積混凝土會使結構產生破壞，對4 種配合比混凝土28d 的碳化深度、28d 和56d 的電通量進行研究，表3 為回歸結果和試驗，其中表1 中的水泥量為x1，表1 中的粉煤灰量為x2，表1 中的礦渣粉量為x3，通過建立回歸方程得出相應的數據。

表3 大體積混凝土的耐久性

從表3 中可以看出，28d 時4 組混凝土的碳化深度均小于5mm，而28d、56d電通量均小于1000C 設計要求，符合規范。根據回歸方程系數可知，礦渣粉摻量是影響水泥混凝土碳化深度以及電通量的主要因素，粉煤灰的影響作用最小，其次為水泥。根據系數影響量可知，水泥摻量對水泥混凝土碳化深度以及電通量影響量為27.0%～27.8%，礦渣粉摻量影響量為60.8%～72.3%，而粉煤灰摻量影響量為0～14.4%。產生這種影響主要原因是，當水膠比不變的情況下，通過增加礦渣粉的產量可以對粉煤灰、水泥反應所產生的的空隙進行填充，使混凝土結構的密實度得以提高，進而保障水泥混凝土的耐久性。因此為了使混凝土的耐久性得以提高，應該在混凝土中添加一定量的礦渣粉。

2.3 膠凝材料的水化熱

在水泥發生反應的過程中，會產生大量的熱量，溫峰持續時間、溫峰的高度以及熱量的大小都會影響到大體積混凝土的溫度裂縫和溫度應力。在膠凝材料水化放熱的過程中，為了對緩凝劑聚羧酸減水劑和礦物摻合料的作用進行試驗，本文所使用的儀器為C80 微量熱儀。

表4 不同膠材體系水化放熱參數

（1）礦物摻合料的影響作用

對比100%水泥混凝土，當膠凝體系變為55%水泥+27%粉煤灰+18%礦渣粉時，水泥混凝土不同水化階段的水化熱以及最大放熱速率都會相應的減小，當最大放熱速率大幅降低時，水化熱的釋放量抑制效果尤為明顯。

（2）緩凝型聚羧酸減水劑的影響作用

以55%水泥+27%粉煤灰+18%礦渣粉為基礎，加入適量的減水劑可知，減水劑的添加可以延遲最大水化熱速率，將最大放熱速率降低53.7%，與此同時，水化熱也降低了31.3%，由此可知，緩凝型減水劑有效的抑制了水化熱的產生。

2.4 聚丙烯纖維對混凝土性能的影響

本工程采用A2 配合比，為了使混凝土表面的開裂程度降低，試驗人員以A2配合比為基礎，加入聚丙烯纖維，添加量為0.9kg/m3，添加聚丙烯纖維后將其澆筑在頂面30～50cm 的范圍內。添加纖維的配合比為AX。

根據試驗可知，對比A2，由于在混凝土中加入纖維起到了相互搭接和加筋的

作用，使混凝土的黏聚性能提高，進而降低坍落度。對靜力抗壓彈性模量以及抗壓強度進行分析可知，添加纖維后，雖然兩者數據均有所降低，但是降低量較小，且符合規范要求。對劈裂抗拉強度進行分析可知，添加聚丙烯纖維混凝土后，可以有效提高劈裂抗拉強度。

除此之外，與普通混凝土相比，在加入聚丙烯纖維后，混凝土的密實度以及耐久性能后悔相應提高，進而可以使碳化深度和電通量降低。

3 對大體積混凝土對溫度進行控制

3.1 溫控標準

對相關文獻進行分析可知，大體積混凝土的溫控主要指標如下：內表溫差應不超過25℃，降溫速率應不超過2.0℃/d，入模溫度應不超過26℃。

3.2 主要溫控措施

（1）對入模溫度進行控制所采取的措施以及對應的效果：

①采用通風冷卻、噴霧、搭設遮陽棚等措施對骨料進行處理，可以使入模溫度比現場氣溫低4～5℃；

②在拌和水中加入碎冰，溫度降低不會超過5℃；

③采用表面灑水降溫對金屬模板表面進行處理，可以使溫度降低8～10℃。

（2）為了消除溫峰、快速降溫，可以在快速溫升階段按照間距0.6m，水平和上下鋪設抗壓性能良好的鐵皮管。

（3）為了對混凝土降溫階段進行保溫，施工人員應該采用彩條布和土工布覆蓋的方式對混凝土進行保濕保溫處理。

3.3 實施溫控監測

將測溫傳感器安設在承臺混凝土底面上，得到如下測試結果：混凝土內部的最高內表溫差為18℃，最高溫度為57℃，與技術要求相符。在溫峰過后，關掉部分冷卻管、調整降溫管道中的蒸汽，對其進行降溫處理，使其符合2.0℃/d 的規范要求。

4 結語

（1）為了使大體積混凝土的溫度裂縫得到解決，本文一方面采用優化大體積混凝土配合比，達到延緩水化放熱速率、降低放熱量的目的；

（2）通過添加一定量的緩凝高效減水劑和合理劑量的礦渣粉，可以對溫峰持續時長、水化熱量進行控制，提高大體積混凝土的耐久性，除此之外，通過使用聚丙烯纖維，可以使大體積混凝土干裂收縮問題得到緩解。

綜上，在大體積混凝土的施工過程中，為了使裂縫得到控制，試驗人員應該采取有效的措施，減少裂縫的產生。