“雙摻法”在大體積混凝土中的應用

占建軍，高志剛，劉成剛

（中建八局（廈門）建設有限公司，福建 廈門 361000）

0 引言

超高層建筑一般采用板厚較厚的筏板基礎，需一次性澆筑大量混凝土，若未采取有效降溫措施，水泥水化熱產生大量熱量，混凝土內部溫度與表面溫度形成較大溫差，使混凝土結構內部出現溫度應力，形成裂縫，超高層建筑筏板基礎的施工關鍵在于降低水泥水化熱，控制溫度裂縫。本文結合永同昌北站項目，在混凝土配合比設計中主要通過采用“雙摻法”，輔以降低水泥用量方法降低水化熱。

1 工程概況

永同昌北站項目位于福建省廈門市，總建筑面積17.7 萬m2，最大建筑高度148.65m。3 號樓主樓采用鋼管混凝土框架柱、鋼筋混凝土核心筒結構，核心筒范圍內筏板最厚達1.5m、主樓范圍內筏板厚度為1.0m，一次澆筑混凝土量較大，約為4 578m3。

2 混凝土用主要原材料

1）水泥 P·O42.5 水泥，Q3=252kJ/kg，Q7=283kJ/kg。

2）河砂 主要為中砂，細度模數指標為2.5，含泥量約為1.3%。

3）碎石 粒徑5～25mm 碎石。

4）摻合料 Ⅱ級粉煤灰和S95 級礦粉。

5）外加劑 緩凝型高效減水劑。

3 混凝土配合比試驗與確定

根據大體積混凝土相關規范標準要求，該大體積混凝土配合比設計應符合以下要求：水膠比（W/B）≤0.5；用水量≤175kg/m3；砂率宜為35%～45%；膠凝材料用量≥320kg/m3；絕熱溫度上升值不大于50℃；采用150mm×150mm×150mm標準試件，60d 齡期強度。

3.1 正交試驗計算

綜合以上條件選擇正交試驗因素。根據本項目特點，在筏板基礎大體積混凝土澆筑過程中，主要通過在混凝土中摻入礦粉、粉煤灰的“雙摻法”方式降低混凝土水化熱，減少結構裂縫；在混凝土工作性能影響指標中，砂率和水膠比起關鍵性作用，如表1 所示。

3.2 混凝土配合比試驗

L9（34）正交試驗表如表2 所示。通過正交試驗表計算出相對應的混凝土配合比，如表3 所示。

表1 正交試驗因素和水平 %

表2 L9（34）正交試驗表 %

表3 L9（34）正交試驗相應混凝土配合比 （kg/m3）

由L9（34）正交試驗混凝土配合比，通過反復試拌得出新拌混凝土60d 抗壓強度、坍落度，并通過計算得出混凝土絕熱溫度上升值。試驗數值結果如表4，5 所示。

表4 不同摻量摻合料水化熱調整系數

表5 抗壓強度、坍落度、混凝土絕熱溫度上升值

根據表5 中的數據進行極差計算，如圖1～3 所示。

圖1 混凝土坍落度的影響因素指標

圖2 各因素對混凝土抗壓強度的影響因素指標

混凝土配合比影響因素水平變化過程中，極差R 的值直接影響混凝土配合比的變化，其值越大，影響也越大。從圖1可看出：混凝土坍落度影響因素中，影響最大的是水膠比，其次分別為砂率、礦粉，粉煤灰因素最小。水平試驗中，通過對同一水平和值Ki進行分析，可知影響因素的最優水平配合比為：粉煤灰量20%，礦粉量15%，水膠配合比0.45，砂率45%，用水量170kg/m3。

圖3 各因素對混凝土絕熱溫度上升值的影響因素指標

由圖2 可知：由于水膠比極差最大，因此對混凝土60d 抗壓強度影響因素進行分析，影響最大的是水膠比，其次分別是礦粉、砂率，粉煤灰的影響最小。由于混凝土結構的抗壓強度受水泥凝膠與骨料間的黏結作用影響，在較大的黏結力下，混凝土抗壓強度得到較大提高，即混凝土抗壓強度與水膠比成反比。水平試驗中，通過對同一水平和值Ki進行分析可知，影響因素的最優水平配合比為粉煤灰量20%，礦粉量15%，水膠配合比0.35，砂率45%，用水量170kg/m3。

由圖3 可知：水膠比極差最大，在對混凝土絕熱溫度上升值影響因素分析中，影響最大的是水膠比，其次分別是礦粉、粉煤灰，砂率影響最小。影響因素中礦粉摻量因素極差與水膠比因素極差相接近，這是由于礦粉的化學成分相較粉煤灰更接近硅酸鹽水泥。大體積混凝土絕熱溫度上升值主要與膠凝材料水化放熱有關，“雙摻法”取代部分水泥，有利于使整體水化熱降低。此外，摻入緩凝型高效減水劑在一定程度下能有效降低水化熱，延緩水泥水化熱的時間。

水平試驗中，通過對同一水平和值Ki進行分析可知，在最優水平配合比情況下，混凝土絕熱溫度上升值最大，大體積混凝土結構內部出現較大溫差，結構內出現溫度應力裂縫。當混凝土絕熱溫度上升值最小時Ki值最小，最優組合應為：粉煤灰量20%，礦粉量20%，水膠比0.45，砂率40%，用水量170kg/m3。

3.3 施工配合比及其工作性能

通過對大體積混凝土進行多次重復試攪拌試驗，實時動態調整混凝土和易性、黏聚性及強度穩定性。最終確定在大體積混凝土澆筑施工中，其最優施工配合比為∶水泥∶砂∶碎石∶水∶粉煤灰∶礦粉∶外加劑=252∶795∶1 011∶167∶78∶58∶9.7。

根據最優施工配合比，現場進行混凝土坍落度、坍落擴展度及抗壓強度檢測，檢測結果如表6 所示。

4 結語

1）采用“雙摻法”，可在減少水泥用量和降低施工成本的情況下，有效降低混凝土水化熱，減少結構裂縫的發生。

表6 混凝土的工作性能及抗壓強度值

2）混凝土配合比最終確定為：膠凝材料：砂：碎石：水：外加劑=1：2.05：2.61：0.43：0.025，“雙摻法”粉煤灰替代量為20%，礦粉替代量為15%。

3）在0～20%范圍內，混凝土絕熱溫度上升值與粉煤灰、礦粉摻量成反比。

4）在對混凝土坍落度、抗壓強度、絕熱溫度上升值影響因素分析中，水膠比起主要作用。