淺談大體積混凝土配合比設計分析

摘 要:本文闡述了大體積混凝土配合比設計過程中充分考慮對混凝土的耐久性、水化熱反應、絕熱溫升等性能的分析、控制。

關鍵詞:大體積混凝土配合比混凝土耐久性水化熱反應絕熱溫升

中圖分類號:U7T3文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)07(c)-0045-01

1 概述

馬鞍山長江公路大橋位于安徽省東部，起自巢湖市和縣姥橋鎮省道206，接規劃中的馬鞍山至合肥高速公路，跨江后進入馬鞍山市，終點止于馬鞍山市當涂縣牛路口(皖蘇界)，與規劃中的馬鞍山至溧水公路(江蘇段)相接，路線全長約36.14km。大橋左汊主橋邊塔基礎采用54根Ф2.5m鉆孔灌注樁，樁長80m，承臺為矩形，厚為6m，平面尺寸為69.6×32.1m，設計混凝土強度為C35，澆筑體積為12757m3，為大體積混凝土工程。對于馬鞍山長江大橋這樣的超大型工程，混凝土工程的耐久性，內、外表面裂縫的有效控制，是質量控制的重中之重。因此，在本工程大體積混凝土配合比設計工作中，除了混凝土拌和物工作性、強度等指標外，應必須考慮提高混凝土耐久性，降低膠凝水化熱，減小混凝土的絕熱溫升，減少混凝土的化學收縮和干縮，提高其抗收縮性能，提高混凝土本身的抗變形、抗開裂等性能。

2 配合比設計方案

混凝土配合比設計是混凝土工程的首要環節，大體積混凝土尤為重要，要求混凝土具有低水化熱，絕熱溫升小，低收縮抗裂，抗氯離子擴散性能好，總堿含量盡可能低，同時混凝土拌和物的工作性，如流動性、保水性、凝結時間等會直接影響到施工的難易程度，也應當充分考慮。根據上述性能要求，本工程大體積混凝土配合比設計方案為采用(P.O 42.5+I級FA)和(P.O 42.5+I級FA+S95礦粉)兩種不同的膠凝材料及不同摻配比例的多方案設計。

3 混凝土性能檢試

3.1 混凝土拌合物的工作性能測試

各組混凝土的強度發展均較快，7d強度均達到了設計強度的80%以上，28d抗壓強度均達到相應等級的強度要求，后期強度能持續增長。

3.2 混凝土耐久性性能

氯鹽引起的鋼筋腐蝕，在世界范圍內對鋼筋混凝土基礎設施等造成極大破壞。我國存在著廣泛的氯鹽環境，氯鹽引起的鋼筋腐蝕也是引起我國混凝土耐久性問題的最大潛在因素。本配合比設計采用RCM法(混凝土氯離子擴散系數測定法)測定氯離子滲透系數。

3.3 混凝土的水化熱與絕熱溫升

3.3.1 膠凝材料水化熱

采用與表1相同的水膠比和外加劑產量，不摻砂和石材料，使用美國產EN 302 TAM AIR等溫量熱儀，測得20±0.1℃下混凝土的水化熱曲線如圖1所示。由于使用緩凝型外加劑，漿體的放熱時間較長，故將水化熱測試時間延長至10d，且在此之后，漿體仍然有著輕微的水化放熱。

除雙摻粉煤灰和礦渣微粉C35F20S15組的最大放熱時間較早為84h～160h，最高放熱峰時間在98h以外，各組配合比的最大放熱峰發生在130h～190h。出現最大放熱峰時間:B03-1(C35F25組)為137h，B03-2(C35F30)為136h，B03-3(C35F35)為141h。在相同的單位用水量下，隨著粉煤灰摻量從25%增大至30%，水膠比從0.39略降至0.35時，其單位漿體質量的放熱量相近;水泥用量相近，增加粉煤灰用量至35%，單位漿體的放熱量7d前變化不大，10d前后有所增加。同時雙摻粉煤灰與礦渣微粉的單位漿體放熱量最高。可見礦渣微粉大大提高了水化速度，增加了放熱總量。

3.3.2 混凝土絕熱溫升

對優選的混凝土配合比C35F35進行了混凝土絕熱溫升試驗，試驗結果列于表1。

4 結語

根據以上試驗結果，可得出以下的結論:

(1)所設計的各組配合比工作性及28d抗壓強度滿足設計要求。28d抗壓強度，在41.8～46.0MPa之間，且混凝土后期強度仍能持續增長。

(2)從氯離子擴散性能來看，單摻粉煤灰的各組相近，略高于4.0×10-12m2/s，而雙摻礦渣微粉和粉煤灰可以大幅度降低氯離子擴散系數。各組混凝土的自由氯離子含量比較相近。馬鞍山長江大橋所處的環境條件，應屬于C級的氯離子含量不高水下區或土中區，本試驗中測得的，28d齡期氯離子擴散系數DRCM，單摻粉煤灰的C35F25、C35F30、C35F35各組配合比擴散系數相近，28d在4.0～4.4×10-12m2/s之間，56d在2.1～2.8×10-12m2/s之間，滿足D類環境要求。而采用雙摻粉煤灰和礦渣微粉的C35S20F15組的氯離子擴散系數更低。

(3)所配制的混凝土干燥收縮率較小，28d干燥收縮率在0.015%～0.22%之間，90d干燥收縮率小于0.025%。摻粉煤灰的混凝土干燥收縮低于粉煤灰和礦粉雙摻的混凝土，且隨粉煤灰摻量的提高，混凝土干燥收縮有所降低，C35F35組混凝土干燥收縮率最低。

(4)從單位漿體放熱量和放熱總量來看，單位漿體的放熱量7d前變化不大，10d前后有所增加。同時雙摻粉煤灰與礦渣微粉的單位漿體放熱量最高，而C35F35單位漿體放熱量較低。混凝土采用了大緩凝的高性能減水劑與I級粉煤灰延緩了放熱時間，降低了早期(7d前)水化放熱。

(5)各組配合比的Cl-含量在0.03%，而堿含量在1.6～1.7kg/m3之間，滿足馬鞍山長江大橋承臺混凝土抗裂性和耐久性等設計要求。

(6)C35F35組配合比的最大絕熱溫升為40℃。前2天絕熱溫升較低，混凝土內部溫度不超過5℃，從2d到5d混凝土內部的溫度迅速增長。到8d以后，混凝土溫度已基本不變。

綜上所述，大摻量礦物摻合料與高性能外加劑雙摻，能有效降低水化熱，延緩放熱速率，提高耐久性，這些對大體積橋梁承臺混凝土工程來說是很必要的。在本工程承臺大體積混凝土施工過程中，采用第三組C35F35作為承臺混凝土配合比，嚴格按溫控措施的要求進行施工，在歷時近二個月溫控監測中，段面均溫最大值41.9℃，內表溫差最大值24.4℃，未出現有害溫度裂縫，達到了預期的質量控制目標。

參考文獻

[1]普通混凝土配合比設計規程JGJ55-2000.中國建筑工業出版社.

[2]混凝土結構耐久性設計規范GB/T 50476-2008.中國建筑工業出版社.

[3]公路橋涵設計規范JTG D62-2004 人民交通出版社.