超大体积混凝土配合比设计优化及 裂缝控制技术研究

赵怀霞

（江苏天润检测有限公司， 江苏 泰州 225300）

0 引言

某大桥主墩采用67m×35m、高7m 的矩形承台，混凝土等级为C40，分两次进行浇筑。本文通过配合比优化、矿物掺合料以及原材料等方面进行调整和优化，并对温度进行实时监测，采用可行的控温措施对不同阶段的水化热进行控制，通过以上两种形式使超大体积混凝土的裂缝得以控制。

1 试验所使用的原材料

本工程所使用的水泥为P.O 42.5 普通硅酸盐水泥其比表面积为339g/cm3，粉煤灰为F 类Ⅱ级，粒化高炉矿渣粉的比表面积为432 m2/kg，长度为12mm 的聚丙烯纤维，细集料表观密度为2713kg/m³、细度模数为2.6 的中砂，减水剂为缓凝型聚羧酸高效减水剂，粗集料表观密度为2671kg/m³、级配为5～25mm 碎石。

2 大体积混凝土配合比的设计和性能

2.1 对大体积混凝土的配合比进行设计

项目最初设计的配合比为A0，为了使胶材总量降低，试验人员又以A0 为基础得出A1、A2、A3 三种配合比，配合比的具体情况和性能见表1 和表2。

表1 优化配合比

表2 混凝土性能指标

根据表2 可知，四种配合比混凝土均无泌水和离析出现，工作性能良好。但是当水泥用量减少时，初凝时间也会随之增加，但是均在30～40h 的范围要求内。且28 天抗压强度均不小于48.2MPa，符合规范要求。

2.2 大体积混凝土的耐久性

在碳化和雨水渗透的作用下，大体积混凝土会使结构产生破坏，对4 种配合比混凝土28d 的碳化深度、28d 和56d 的电通量进行研究，表3 为回归结果和试验，其中表1 中的水泥量为x1，表1 中的粉煤灰量为x2，表1 中的矿渣粉量为x3，通过建立回归方程得出相应的数据。

表3 大体积混凝土的耐久性

从表3 中可以看出，28d 时4 组混凝土的碳化深度均小于5mm，而28d、56d电通量均小于1000C 设计要求，符合规范。根据回归方程系数可知，矿渣粉掺量是影响水泥混凝土碳化深度以及电通量的主要因素，粉煤灰的影响作用最小，其次为水泥。根据系数影响量可知，水泥掺量对水泥混凝土碳化深度以及电通量影响量为27.0%～27.8%，矿渣粉掺量影响量为60.8%～72.3%，而粉煤灰掺量影响量为0～14.4%。产生这种影响主要原因是，当水胶比不变的情况下，通过增加矿渣粉的产量可以对粉煤灰、水泥反应所产生的的空隙进行填充，使混凝土结构的密实度得以提高，进而保障水泥混凝土的耐久性。因此为了使混凝土的耐久性得以提高，应该在混凝土中添加一定量的矿渣粉。

2.3 胶凝材料的水化热

在水泥发生反应的过程中，会产生大量的热量，温峰持续时间、温峰的高度以及热量的大小都会影响到大体积混凝土的温度裂缝和温度应力。在胶凝材料水化放热的过程中，为了对缓凝剂聚羧酸减水剂和矿物掺合料的作用进行试验，本文所使用的仪器为C80 微量热仪。

表4 不同胶材体系水化放热参数

（1）矿物掺合料的影响作用

对比100%水泥混凝土，当胶凝体系变为55%水泥+27%粉煤灰+18%矿渣粉时，水泥混凝土不同水化阶段的水化热以及最大放热速率都会相应的减小，当最大放热速率大幅降低时，水化热的释放量抑制效果尤为明显。

（2）缓凝型聚羧酸减水剂的影响作用

以55%水泥+27%粉煤灰+18%矿渣粉为基础，加入适量的减水剂可知，减水剂的添加可以延迟最大水化热速率，将最大放热速率降低53.7%，与此同时，水化热也降低了31.3%，由此可知，缓凝型减水剂有效的抑制了水化热的产生。

2.4 聚丙烯纤维对混凝土性能的影响

本工程采用A2 配合比，为了使混凝土表面的开裂程度降低，试验人员以A2配合比为基础，加入聚丙烯纤维，添加量为0.9kg/m³，添加聚丙烯纤维后将其浇筑在顶面30～50cm 的范围内。添加纤维的配合比为AX。

根据试验可知，对比A2，由于在混凝土中加入纤维起到了相互搭接和加筋的

作用，使混凝土的黏聚性能提高，进而降低坍落度。对静力抗压弹性模量以及抗压强度进行分析可知，添加纤维后，虽然两者数据均有所降低，但是降低量较小，且符合规范要求。对劈裂抗拉强度进行分析可知，添加聚丙烯纤维混凝土后，可以有效提高劈裂抗拉强度。

除此之外，与普通混凝土相比，在加入聚丙烯纤维后，混凝土的密实度以及耐久性能后悔相应提高，进而可以使碳化深度和电通量降低。

3 对大体积混凝土对温度进行控制

3.1 温控标准

对相关文献进行分析可知，大体积混凝土的温控主要指标如下：内表温差应不超过25℃，降温速率应不超过2.0℃/d，入模温度应不超过26℃。

3.2 主要温控措施

（1）对入模温度进行控制所采取的措施以及对应的效果：

①采用通风冷却、喷雾、搭设遮阳棚等措施对骨料进行处理，可以使入模温度比现场气温低4～5℃；

②在拌和水中加入碎冰，温度降低不会超过5℃；

③采用表面洒水降温对金属模板表面进行处理，可以使温度降低8～10℃。

（2）为了消除温峰、快速降温，可以在快速温升阶段按照间距0.6m，水平和上下铺设抗压性能良好的铁皮管。

（3）为了对混凝土降温阶段进行保温，施工人员应该采用彩条布和土工布覆盖的方式对混凝土进行保湿保温处理。

3.3 实施温控监测

将测温传感器安设在承台混凝土底面上，得到如下测试结果：混凝土内部的最高内表温差为18℃，最高温度为57℃，与技术要求相符。在温峰过后，关掉部分冷却管、调整降温管道中的蒸汽，对其进行降温处理，使其符合2.0℃/d 的规范要求。

4 结语

（1）为了使大体积混凝土的温度裂缝得到解决，本文一方面采用优化大体积混凝土配合比，达到延缓水化放热速率、降低放热量的目的；

（2）通过添加一定量的缓凝高效减水剂和合理剂量的矿渣粉，可以对温峰持续时长、水化热量进行控制，提高大体积混凝土的耐久性，除此之外，通过使用聚丙烯纤维，可以使大体积混凝土干裂收缩问题得到缓解。

综上，在大体积混凝土的施工过程中，为了使裂缝得到控制，试验人员应该采取有效的措施，减少裂缝的产生。