大体积高耐久混凝土配比研究

大体积高耐久混凝土配比研究

李德坤 陈树林 辜飞 刘火明 魏爱生 向卫

中建八局西南公司，成都

[摘要] 高耐久混凝土是通过对原材料的优化控制，合理掺加优质矿物掺合料或复合掺合料，采用高效（高性能）减水剂制成的具有良好工作性、满足结构所要求的各项力学性能、且耐久性优异的混凝土。本文将介绍凤凰山体育中心的大体积高耐久混凝土的配合比研究，该研究在实际应用中取得了良好效果。

[关键词] 高耐久 补偿收缩 配合比 外加剂

0 引言

本文将介绍一种大体积高耐久混凝土配比研究，高耐久混凝土配合比设计难度大，因此，本文从配合比设计、原材料控制方面进行说明，为以后类似场馆提供参考和指导。

1 技术概况

凤凰山体育中心为大型城市体育综合体，看台设计为环形超长无缝现浇结构，混凝土强度等级为C40高耐久补偿收缩混凝土。为了让混凝土达到补偿收缩的性能要求，在高耐久补偿收缩混凝土内加入膨胀剂、纤维等外加剂及掺料。采用高耐久补偿收缩混凝土可有效控制混凝土的温度裂缝、收缩裂缝等，在解决超长环形看台结构开裂的同时还能有效提高看台结构的成型质量。

2 技术创新

1. 在普通混凝土的基础上添加膨胀剂，膨胀剂采用高性能镁质膨胀剂；

2. 为控制裂缝，在混凝土内添加聚丙烯纤维，聚丙烯纤维的平均长度为19mm；

3. 优化混凝土配合比，有效控制混凝土温度应力和收缩变形。

3 技术内容

3.1 配合比设计

表1 高耐久补偿收缩混凝土配合比

本项目看台能否达到补偿收缩效果，有效控制混凝土裂缝，混凝土的配合比设计至关重要，经项目部多次试配、调整及试验，最终确定本项目C40高耐久补偿收缩混凝土的配合比如上表1所示。

3.2 高耐久补偿收缩混凝土原材料选择

原材料的选择是否合理对保证高耐久补偿收缩混凝土质量非常关键，在保证补偿收缩性能的同时必须确保强度、耐久性等指标符合设计及规范要求。

1. 水泥

基于目前我国的原材料状况，水泥的主要问题是与外加剂的相容性、标准稠度用水量和强度问题，水泥与外加剂是否相适应，决定着能否配制出某个强度等级的高耐久补偿收缩混凝土，因此应选用较稳定的水泥。

经对比分析，本工程选择质量较好的 PO42.5 普通硅酸盐水泥。

2. 掺合料

粉煤灰掺合料是高耐久补偿收缩混凝土不可缺少的组成部分之一，它对高耐久补偿收缩混凝土的浇筑施工性能及耐久性影响非常大。具体要求如下：要求粉煤灰的细度模数与所采用的水泥相匹配，使粉煤灰颗粒与水泥颗粒在微观上应形成级配体系；粉煤灰中球形玻璃体含量要求高，因为球形玻璃体掺合料的减水效应显著，需水量比可大大降低。

经对比分析，本工程选择成都青江实业有限公司提供的平均细度 22.1%、烧失量 4.3％、需水比 101％、球形玻璃体含量高的 II 级粉煤灰。

3. 细骨料

高耐久补偿收缩混凝土应选择级配性能比细砂好的中砂。由于砂的含泥量和杂质，会使水泥浆与骨料的粘结力下降，需要增加用水量和增加水泥用量。因此要求所选择的中砂含泥量应≤3.0%，泥块含量应≤1.0%。经调查分析，本工程选择含泥量 2.1%，泥块含量 0.2%，平均细度模数 2.81的中砂。

4. 粗骨料

高耐久补偿收缩混凝土通常粗骨料的最大粒径一般以小于31.5mm为宜，并尽可能选用圆形且不含或少含针、片状颗粒的骨料。同时，粗骨料还应满足以下要求：

1. 含泥量应≤1.0%；

2. 泥块含量应≤0.50%；

3. 针片状颗粒含量应≤15%；

4. 压碎指标应≤12%。

5. 高性能镁质膨胀剂

与以钙矾石作为膨胀源的传统膨胀剂相比，高性能镁质膨胀剂具有水化需水量少、膨胀过程可调控、水化产物稳定的优点，适用于补偿大体积混凝土温降收缩、混凝土自收缩和干燥收缩，可应用于普通工业、民用建筑工程、地下工程及交通工程。防水混凝土抗渗的前提是抗裂，不裂就不渗，而普通防水混凝土不具有膨胀性能，没有抗裂的功能，即使抗渗性很高，混凝土一旦发生收缩开裂就会失去整体防水功能，所以说，具有微膨胀功能的防水混凝土才是结构自防水技术的关键，而高性能镁质膨胀剂具有延迟膨胀特性，利用氧化镁水化所释放的化学能转变为机械能，使混凝土产生自身体积膨胀，且膨胀速率与混凝土收缩的速率相匹配，抵消其降温过程中的体积收缩。也就是利用混凝土的限制膨胀补偿混凝土的限制收缩，从而解决混凝土的开裂问题，采用高性能镁质膨胀剂配制的防水混凝土的抗渗等级都较高，比普通防水混凝土高1～2倍；同时，氧化镁膨胀剂膨胀性能的特性可以有效补偿混凝土收缩，达到有效抗裂防渗的目的。

技术指标：

细度：比表面积≥200㎡/kg，初凝≥45min,终凝≤600min；

限制膨胀率：水中7d≥0.050%，水中7d转空气21d≥0.000%

应用范围：超长混凝土结构（体育场馆、大型广场、影剧院等）

优点：水化物稳定，需水量少，膨胀过程可调控，补偿收缩效果稳定，抗裂防水效果好。

6. 聚丙烯纤维

聚丙烯纤维是以改性聚丙烯（PP）为原料，经挤压、拉伸、表面改性处理、短切等工序加工而成。当纤维投入到混凝土后，可以增强纤维和混凝土的粘接力。大量纤维在混凝土中呈均匀分散分布后可提供承托作用，从根本上提高混凝土的抗裂、抗冲击、抗疲劳、抗磨损性能，大大提高混凝土的韧性及变形能力，从而大大提高混凝土工程质量。

性能参数：

功能：

1. 改善混凝土的匀质性，均匀的乱向支撑体系，能有效阻止混凝土的离析，减少混凝土的收缩裂缝，提高混凝土的抗渗性能与耐久性；

(b) 增强混凝土的耐火性能。

(c) 降低高强度混凝土的脆性，大大提高混凝土抗破碎力和韧性；

(d) 显著提高混凝土的抗冲击性能和耐磨性能及抗折强度；

(e) 提高混凝土的抗冻性能，在混凝土中加入聚丙烯纤维，可以缓解温度变化而引起的混凝土内部应力的作用，阻止温度裂缝的扩展；

(f) 提高混凝土制品的质量，有效保持制品边、角、表面的完整性，使制品内的钢筋不受腐蚀。

优点：

1. 聚丙烯纤维具有良好的化学稳定性，能抗酸、碱、盐腐蚀；

(b) 经防老化处理，免除长期日晒对纤维的影响，确保它在混凝土中长期功效；

(c) 使用操作安全、可靠、便利，节约施工时间；

(d) 对混凝土最小覆盖量没有限制。

相比于普通纤维的优点在于:

1. 分散性更好，此纤维在混凝土搅拌设备中更容易分散；

b) 握裹力更高，当纤维投入到混凝土后，均匀分散在混凝土中，增强了纤维和混凝土的粘接力。提高了抗裂能力、抗渗能力、抗冲击能力、耐磨能力、抗冻能力及韧性及延展性。

4 实施效果

凤凰山体育中心足球场和体育馆看台均采用现浇看台，混凝土为高耐久补偿收缩混凝土，经过实际应用证明本工程确定的高耐久补偿收缩混凝土配合比完全可以满足施工和设计需要，同时具有以下优点：

1. 保证了看台成型质量，有效控制了看台裂缝，经应用证明看台表面无明显裂缝。

2. 提高看台结构防水性能，为后期看台防水施工质量提供保障。

3. 可一定程度上降低工程整体造价。可大大降低后期维护成本、返工成本等。

4. 节约水泥用量，绿色环保。外加剂及添加剂的应用，可减少水泥用量，为环境保护做贡献。

5 结语

高耐久混凝土的特点是低水灰比，首先选用优质原材料，然后必须掺加足够的矿物集料和高效减水剂，其次减少水泥用量、混凝土内部孔隙率及体积收缩，从而提高混凝土强度和耐久。本文介绍了凤凰山体育中心项目的大体积高耐久混凝土配比研究，可以为后续类似工程提供参考意义。

参考文献

[1]和德亮,朱金华,杨超.高耐久补偿收缩预拌混凝土研制及工程应用[J].四川建材,2019,45(04):7-9+12..

[2]董成,张国强,惠明明,张萌.超长混凝土结构中混凝土的配合比研究与应用[J].青岛理工大学学报,2016,37(06):61-64.