C55高強大體積混凝土的研制及其工程應(yīng)用

陳碧云

（中山市粵華混凝土有限公司）

C55高強大體積混凝土的研制及其工程應(yīng)用

陳碧云

（中山市粵華混凝土有限公司）

大體積混凝土的裂縫和溫度控制一直以來是混凝土行業(yè)關(guān)注和研究的課題，近年來高強大體積混凝土結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)更加大了該課題的難度。本文介紹了中山市古鎮(zhèn)利和商業(yè)中心4m厚C55大體積混凝土承臺基礎(chǔ)，從原材料的對比和選用到配合比的優(yōu)化，從混凝土入模溫度的控制到澆筑后保溫保濕養(yǎng)護(hù)，C55大體積混凝土成功運用到工程中，結(jié)構(gòu)升溫速率和幅度都在可控的范圍內(nèi)，有效地避免了可見裂縫的產(chǎn)生。

大體積混凝土；原材料；配合比；溫度；裂縫

1 前言

高層建筑在當(dāng)前城市建設(shè)中已成為常見的建筑形式，為保證高層建筑結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性，地基基礎(chǔ)的荷載強度、抗震能力等要求也非常高，基礎(chǔ)中采用高強大體積混凝土的結(jié)構(gòu)也越來越常見。裂縫和溫度的控制是高強大體積混凝土結(jié)構(gòu)施工上的重點和難點：⑴混凝土強度高，一般都在C50以上，有的工程甚至達(dá)到C60，這就要求配合比中的水膠比不能大，否則強度無法得到保證，但膠凝材料的水化熱是超大體積混凝土開裂的源頭，兩者存在矛盾；⑵一次性成型體積大，作為大型高層建筑的承臺基礎(chǔ)部位，最大截面高度大都在4m以上，混凝土本身是熱的不良導(dǎo)體，水化熱積聚在混凝土內(nèi)部不易散發(fā)，內(nèi)部溫度高達(dá)60～90℃，造成內(nèi)外溫差、里表溫差，產(chǎn)生溫度應(yīng)力，使混凝土前期強度較低時容易出現(xiàn)貫穿性裂縫。

2 工程概程

中山市古鎮(zhèn)利和商業(yè)中心4m厚C55大體積混凝土承臺基礎(chǔ)，因一次性成型的部位體積較大且混凝土強度高，混凝土的溫度控制是本工程的重點和難點。國內(nèi)同類項目一般采用降低措施有：預(yù)埋冷卻水管，利用循環(huán)水降溫，但該方法對預(yù)埋水管的深度和密度，以及循環(huán)水的水溫控制有一定難度，如控制不好反而會造成冷卻水管周邊產(chǎn)生溫度裂縫；對生產(chǎn)用水進(jìn)行加冰降溫處理，但混凝土配合比中水的用量很少，即便是全部水都用冰水來取代，其降溫效果并不顯著。

經(jīng)反復(fù)研究，并得到建設(shè)方、設(shè)計方、監(jiān)理方的同意，最后決定在不影響結(jié)構(gòu)日后安全性、耐久性等功能的前提下，對該大體積部位分兩次進(jìn)行澆筑，第一次澆筑約1.8m厚，保溫保濕養(yǎng)護(hù)7天后進(jìn)行第二次澆筑余下2.2m厚，第一層的混凝土終凝前可對表面進(jìn)行鑿毛處理，并于第二層澆筑前對松動的混凝土沖洗清凈，以加強兩層粘結(jié)力。從生產(chǎn)上，通過各種手段盡可能降低混凝土的入模溫度；從施工過程中要做好充分的施工組織，并加強混凝土澆筑后的保溫保濕養(yǎng)護(hù)。

3 原材料的選用

原材料應(yīng)選用水化熱熱量較低、放熱速率較慢的水泥。活性礦物摻合料是大體積混凝土不可缺少的組分，可加大優(yōu)質(zhì)粉煤灰和礦粉使用摻量，以60天強度做評定。摻用高性能聚羧酸系減水劑，可以降低水膠比，減少膠凝材料用量，對于降低混凝土的絕對溫升和化學(xué)收縮、推遲水化反應(yīng)的開始時間、放緩升溫速率都具有顯著的效果。砂、石骨料在混凝土中占80%，骨料的溫度才是影響混凝土的入模溫度重點，因此要用遮陽覆蓋、預(yù)埋冰塊等措施對骨料進(jìn)行有效降溫。

3.1 水泥

影響混凝土溫度應(yīng)力的主要因素是水泥的水化熱，應(yīng)優(yōu)先選用礦渣水泥或中熱、低熱水泥。但在廣東市場上，大部分水泥廠都以生產(chǎn)早強型水泥為主，水化反應(yīng)在早期已經(jīng)非常劇烈，水化熱也很高。少數(shù)廠家提供的所謂“非早強型水泥”，實際上已經(jīng)達(dá)到早強水泥的指標(biāo)，主要是因為其使用的熟料是一樣的，只是在粉磨過程或摻合物摻量上稍作調(diào)整，因此出現(xiàn)要不就是水化熱降低的效果不明顯，要不就會直接影響水泥的后期強度。

表1 各品牌非早強水泥性能指標(biāo)匯總

我們對幾個水泥廠家所提供的非早強水泥進(jìn)行了一系列的對比試驗，結(jié)果如表1。

另外，膠砂水化熱溫度試驗法是我公司自創(chuàng)的一種試驗法，按照GB/T17671-1999《水泥膠砂強度》中標(biāo)準(zhǔn)膠砂的比例水泥:水:ISO標(biāo)準(zhǔn)砂=1:0.5:3攪拌成約2L的膠砂，裝進(jìn)保溫隔熱性良好的熱水瓶內(nèi)。試驗過程中，如膠砂與熱水瓶的玻璃內(nèi)膽直接接觸，凝結(jié)過程中會造成玻璃內(nèi)膽破裂，影響試驗效果，因此，水泥膠砂應(yīng)用保鮮袋裝好再放入熱水瓶內(nèi)，用玻璃棒將膠砂均勻插搗，以保證各個樣品試驗條件基本一致，每小時測溫一次（見圖1）。以此方法測試水泥、摻加礦粉、摻加粉煤灰的水化熱升溫曲線（見圖2），以及各品牌非早強水泥樣品的水化熱升溫的曲線（見圖3）。

從圖2的曲線對比分析得，摻入礦粉或粉煤灰對降低水泥水化熱、延遲水化熱峰值出現(xiàn)都起到很好的效果，其中粉煤灰的作用效果比礦粉更明顯；另又從圖3曲線走勢可以看出，英德海螺和中材天山水泥的膠砂樣品升溫最高值都超過為70℃，且在加水后17小時內(nèi)已經(jīng)到達(dá)，升溫速率較快。而江門海螺和臺泥水泥的最高溫值都在65℃左右，但江門海螺升溫及降溫的速率更趨于緩慢。再結(jié)合表一中水泥細(xì)度、強度、需水量等其他指標(biāo)的結(jié)果，初定選用江門海螺P.O42.5水泥作為本次主材。

3.2 其他原材料

⑴粉煤灰：廣東珠海電廠的II級粉煤灰，過45um方孔篩篩余為18.0%，需水量比為94.5%，燒失量為2.4%，28天活性指數(shù)為78.2%；

⑵礦粉：廣東中山市輝旺礦粉廠生產(chǎn)的S95礦粉，需水量比為102.4%，燒失量為5.6%，28天活性指數(shù)為100%左右；

⑶集料：選用連續(xù)級配的中砂，細(xì)度模數(shù)為2.7；碎石為中山某石場5～25mm連續(xù)顆粒級配碎石，含泥量和泥塊含量分別為0.2%和0.1%，壓碎指標(biāo)9.5%；

圖1

圖2

圖3

⑷外加劑：聚羧酸緩凝減水劑，濃度11%，摻量為1.6%～2.2%。

4 混凝土的試配試驗

⑴根據(jù)幾次前期試配，確定用水量為165，外加劑摻量為2.0%，制定以下試配方案（表2）：

表2 試驗配合比

⑵通過試驗結(jié)果的對比，考慮到混凝土的工作性能、坍落度損失、強度增長情況、體積穩(wěn)定性，選定0.311為本試配的最佳水膠比。而通過S02、S05、S07、S08四組結(jié)果的對比，選用優(yōu)質(zhì)粉煤灰和礦粉作為摻合料，增加摻合料的摻量，不但能提高混凝土的工作性能，還能有效延緩凝結(jié)時間，混凝土早期強度降低，水化反應(yīng)和放熱速率都得到放緩，但混凝土后期強度增長顯著，到60天強度基本持平，能滿足設(shè)計強度的要求。

⑶參考天津高銀117大廈的C50P8超大體積筏板的配合比研究［1］，建立了高強大體積混凝土配合比的評價體系，除了滿足工作性能及力學(xué)性能的要求外，還應(yīng)對配合比的水化熱性能以及耐久性作評價。其中，耐久性指標(biāo)應(yīng)滿足：抗?jié)B性能≥P8；抗氯離子滲透性，按ASTM C1202，56d電通量＜1000C；抗硫酸鹽侵蝕，干濕循環(huán)試驗達(dá)到150次，抗壓強度耐侵蝕系數(shù)大于75%；抗堿骨料反應(yīng)，混凝土體系中堿總含量小于3kg/m3；抗鋼筋銹蝕，混凝土體系中氯離子總含量小于0.06%；抗凍融循環(huán)性能，經(jīng)300次凍融循環(huán)后混凝土的相對動彈性模量≥60%；質(zhì)量損失率≤5%的要求；收縮性能，混凝土7d自收縮小于1.5×10-4，28d自收縮小于2×10-4。

根據(jù)本工程的具體情況，選擇對混凝土的抗?jié)B強度、氯離子含量、堿總含量以及收縮性能等指標(biāo)作檢測。測得結(jié)果如表4，各項指標(biāo)均符合相關(guān)技術(shù)要求，可推定其耐久性滿足要求。

5 施工工藝控制

5.1 原材料組織

庫存準(zhǔn)備好8000m3混凝土的材料用量，并與材料供應(yīng)商協(xié)商好，水泥、礦粉、粉煤灰等粉料生產(chǎn)后必須存放不少于14天，以保證有效降至室溫；砂、石骨料采取遮陽、自來水澆淋等方式進(jìn)行有效降溫；生產(chǎn)用水則進(jìn)行加冰處理。

5.2 生產(chǎn)和運輸組織

三條生產(chǎn)線設(shè)備，實際生產(chǎn)能力120方/條，50臺12方混凝土攪拌運輸車；對生產(chǎn)、質(zhì)檢、后勤、現(xiàn)場技術(shù)跟蹤等工作進(jìn)行明確分工，各司其職相互配合，實現(xiàn)生產(chǎn)用過程嚴(yán)格監(jiān)控。

5.3 施工組織

將施工時間安排在晚上22：00開始，三臺泵車同時運作，計劃在次日10：00前澆筑完畢，避白天高溫天氣；底板混凝土采用斜面分層連續(xù)澆筑的方式，混凝土到現(xiàn)場坍落度為180±20mm，攪拌車在卸料前高速攪拌30s，避免運輸途中顛簸導(dǎo)致混凝土分層；混凝土振搗及時充分，不得漏振、過振；混凝土初凝前后應(yīng)進(jìn)行二次收面，以及時愈合早期塑性裂縫；施工現(xiàn)場準(zhǔn)備足量的混凝土外加劑，以便及時在現(xiàn)場對混凝土的坍落度進(jìn)行調(diào)整。

表3 試驗結(jié)果

表4

5.4 養(yǎng)護(hù)工藝

終凝前開始進(jìn)行淋水養(yǎng)護(hù)，全部達(dá)到終凝后進(jìn)行蓄水養(yǎng)護(hù)，蓄水深度0.5m，養(yǎng)護(hù)不少于14天。

6 總結(jié)

本次通過研究分析膠凝材料對混凝土水化熱的影響，優(yōu)選出合理的膠凝體系、膠凝總量及各膠凝材料的比例，明確外加劑種類及用量，從而提出合理的配合比；通過各品牌水泥對比試驗、加大礦物摻合料摻量、摻用緩凝劑等方式，有效降低混凝土水化熱和延緩混凝土水化熱峰值。確定原材料、設(shè)計配合比后，參照高強大體積混凝土配合比評價體系，對混凝土的工作性能、力學(xué)性能以及耐久性能作出評定，最終確定工程上使用的配合比，用于中山市古鎮(zhèn)利和商業(yè)中心工程的C55高強大體積混凝土，再結(jié)合施工過程中對骨料減溫、生產(chǎn)用水加冰、后期蓄水養(yǎng)護(hù)等手段，最終順利實現(xiàn)本次施工任務(wù)，水化熱溫度和升溫速度都得到有效控制，實體結(jié)構(gòu)沒有出現(xiàn)顯著裂縫。為今后高強大體積工程施工提供參考和借鑒。●

［1］余地華，艾心熒，侯玉杰，葉建，袁啟濤，賴國梁.天津高銀117大廈C50P8超大體積筏板混凝土配合比評價體系研究［J］.預(yù)拌混凝土，2015，（5）.

［2］陳建大.超大體積超厚C50混凝土的研制及其工程應(yīng)用［J］.江西建材，2014，（12）.