大体积混凝土配合比优化设计及裂缝控制技术探讨

大体积混凝土配合比优化设计及裂缝控制技术探讨

祁方园

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摘要：混凝土结构物实体最小几何尺寸不小于1m的大体量混凝土，或预计会因混凝土中胶凝材料水化引起的温度变化和收缩变形而导致有害裂缝产生的混凝土，称之为大体积混凝土。.由于这类混凝土体积庞大，结构厚实，混凝土用量大，工程条件复杂，水泥水化热较大，易使结构物产生温度变形。因而配合比设计要求极严、施工技术要求极高，如采取控制温度措施不当，当温度应力超过混凝土所能承受的拉力极限值时，则易产生裂缝，影响结构安全和施工质量。基于此，本文对大体积混凝土配合比优化设计及裂缝控制技术进行了简要的分析。

关键词：大体积混凝土；配合比优化设计；裂缝控制；技术探讨

引言：

大体积混凝土施工在桥梁工程中占据着极大的比重，做好大体积混凝土配合比优化设计是提高工程质量的关键一环。大体积混凝土施工中如未能在施工各个阶段采取有效的管理措施，极易导致裂缝的产生。因此，控制大体积混凝土裂缝，必须在配合比设计阶段提高混凝土的抗渗性、安全性，抗裂性、抗腐蚀性、耐久性、工作性、经济性、抗冻性。

1工程概况

本工程承台长18m，宽9m，高3.5m，混凝土浇筑方量约为567m³，属于大体积混凝土结构类型，设计强度等级为C40，抗渗等级P8。由于承台东西方向尺寸均较大，为减少混凝土硬化过程中的体积收缩引发收缩裂缝，承台大体积混凝土采用微膨胀抗裂混凝土配合比设计方案。

2设计思路

2.1配合比设计应依据《普通混凝土配合比设计规程》进行配合比设计和试验。

2.2大体积混凝土宜采用60d的强度作为配合比设计、强度评定及工作验收的依据。

2.3考虑混凝土的膨胀收缩和工作性能。

2.4充分利用粉煤灰和矿粉对降低混凝土水化热和混凝土中后期强度的贡献作用。

2.5控制水泥用量，因为水泥用量每减少10Kg，水化热升温可降低约1-1.2℃。

2.6全面考虑骨料对混凝土收缩的限制作用和对混凝土工作性和可泵性。

3原材料选用与控制

3．1水泥

普通P·O42.5硅酸盐的水泥；细度0.5%；标准稠度用水量28.1%；初凝155min；终凝198min；安定性合格；3d和28d抗压强度分别为25.2MPa和49.3MPa。

3．2粗集料

连续粒级5～31.5mm碎石；表观密度2650kg/m³；堆积密度1530kg/m³；压碎指标7.5%；含泥量0.5%；泥块含量0.1%；针片状颗粒含量5.2%。

3．3细集料

优先选用Ⅱ区中砂；表观密度2600kg/m³；堆积密度1470kg/m³；细度模数2.6；含泥量0.8%；泥块含量0.3%。

3．4粉煤灰

F类Ⅱ级粉煤灰；细度18.6%；安定性合格；需水量比94%；掺量15%。

3．5外加剂

聚羧酸缓凝型高效减水剂；减水率27%；PH值8.4%；密度1.186g/mL；含固量33.8%；掺量1.85%。

3．6矿粉

S95型矿粉；7d活性指数76%；28d活性指数98%；流动度比102%；掺量26%。

3．7拌合水

拌和水采用工业处理水；其PH值7.8；氯离子含量17%；碱含量15%；不溶物含量7%；可溶物含量142%。

4配合比设计与优化

根据大体积混凝土配合比相关要求：水胶比不宜大于0.55，用水量不宜大于175kg/m³；砂率为38%-42%，坍落度为180-220mm，在保证混凝土工作性能的前提下，尽可能减少胶凝材料中水泥用量。

经试配后确定基准水胶比为0.44。根据碎石的最大粒径，查用水量表当坍落度为180-220mm时，标准用水量为230kg/m³，掺入外加剂，按减水率为27％计算用水量为168kg/m³。根据工艺要求选用砂率40％。按要求确定基准配合比，水胶比以±0.05调整，相应调整砂率增加和减少1%，得出3个配合比如下表：

大体积混凝土配合比kg/m³

试配后各项检测结果性能

注：1、升温为水化热引起混凝土绝热最高升温值。

2、温差为混凝土中心与表面温度差。

经混凝土各项性能指标检测，同时综合考虑工作性、耐久性、经济性，决定序号A的配合比为优化后的最终配合比，满足设计要求。

5裂缝控制技术

1优化混凝土配合比

（1）大体积混凝土因其水泥水化热的大量积聚，易使混凝土内外形成较大的温差，而产生温度应力，因此应选用水化热较低的水泥，以较低水泥水化所产生的热量，从而控制大体积混凝土的温度升高。

（2）充分利用混凝土中后期的强度，尽可能降低水泥用量。

（3）严格控制集料的级配和含泥量。含泥量过大会增加混凝土的收缩，引起混凝土抗拉强度降低，对混凝土抗裂不利。

（4）选用合适的缓凝、减水等外加剂，以改善混凝土的性能。加入外加剂后，可延长混凝土的凝结时间。

（5）控制好混凝土塌落度，不宜过大，一般在180-220mm即可。

2浇筑与振捣措施

采取分层浇筑混凝土，利用浇筑面散热，以大大减少施工中出现裂缝的可能性。

（1）全面分层：

即在第一层全面浇筑完毕后，在回头浇筑第二层，此时第一层混凝土还未初凝，如此逐层连续浇筑，直至完工为止，分层厚度宜为1.5-2.0m。

（2）分段分层：

混凝土浇筑时，先从底层开始，浇筑一定距离后浇筑第二层，如此一次向前浇筑其他各层。

（3）斜面分层：

要求斜面的坡度不大于1/3，适用于结构长度大大超过厚度3倍的情况。

3养护措施

大体积混凝土养护的关键是保持适宜的温度和湿度，以便控制混凝土内外温差，在促进混凝土强度正常发展的同时防止混凝土裂缝的产生和发展。大体积混凝土的养护，不仅要满足强度增长的需要，还应通过温度控制，防止因温度变形引起混凝土开裂。

（1）混凝土的中心温度与表面温度之间、混凝土的表面温度与室外最低气温之间的差值均应小于20℃。

（2）混凝土拆模时，混凝土的表面温度与中心温度之间、表面温度与外界气温之间的温差不得超过20℃。

（3）采用内部降温法来降低混凝土内外温差。内部降温法是在混凝土内部预埋水管，通入冷却水，降低混凝土内部最高温度。冷却在混凝土浇筑刚完成时进行，还有常见的投毛石法也可以有效控制混凝土开裂。

（4）保温法是在结构外露的混凝土表面以及模板外侧覆盖保温材料（如草袋、锯末、湿砂等）在缓慢散热的过程中，保持混凝土的内外温差小于20℃。

（5）大体积混凝土湿润养护时间应不少于14d。

结束语

（1）大体积混凝土配合比设计中，选择合理的原材料最为关键。原材料选用不当将导致混凝土工程产生质量缺陷或裂缝，直接影响着整个工程结构的质量。

（2）合理的配合比，既能保证混凝土的工作性和浇筑过程的连续性，又能满足混凝土的力学性能和耐久性能的要求。

参考文献：

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