大體積承臺混凝土配合比設計及溫度監控分析★

周耀旭 張亞峰 姜 磊

(云南建投綠色高性能混凝土股份有限公司，云南 昆明 650000)

0 引言

大體積混凝土是指混凝土結構實體最小尺寸不小于1 m的大型混凝土，或預計會因混凝土中膠凝材料水化引起的溫度變化和收縮而導致有害裂縫產生的混凝土。云南某橋主墩分為6號和7號墩，主墩承臺為25顆群樁承臺，且主墩承臺均為整體式承臺，承臺結構尺寸：29.2 m×29.2 m×6 m。單個承臺混凝土設計量為5 115.81 m3，承臺混凝土等級為C30，屬于典型的大體積混凝土結構，且施工時正值春季，當地平均氣溫25.4 ℃，最高氣溫40 ℃，晝夜溫差大，大風天氣多，因此易引起大體積混凝土結構開裂，這些裂縫往往會給工程的質量帶來危害，必須采取措施，控制溫度裂縫，確保結構安全性和耐久性[1-4]。

1 原材料

水泥采用P.O42.5級水泥，其物理力學性能指標見表1；礦物摻合料采用S75級粒化高爐礦渣粉(簡稱礦渣粉)，其技術指標見表2；細骨料采用細度模數為2.8的河砂；粗骨料采用4.75 mm～25 mm連續級配碎石；外加劑采用聚羧酸高性能減水劑，其技術指標見表3；水為自來水。

表1 水泥的物理力學性能

表2 礦渣粉性能指標

表3 高性能聚羧酸減水劑性能指標參數

2 配合比

綜合大體積混凝土施工特點，同時考慮工程環境特點，論文采用摻加一定比例的礦渣粉和高效減水劑，以增加混凝土的和易性、降低混凝土早期的水化熱，依據JGJ 55—2011普通混凝土配合比設計規程設計配合比，保持膠凝材料及容重不變，以0，25%，35%，45%的礦渣粉摻量作為試驗配合比，進行工作性、抗壓強度、抗裂性能以及絕熱溫升的測試，試驗配合比如表4所示。

3 混凝土的性能

依據GB/T 50080—2002普通混凝土拌合物性能試驗方法標準、GB/T 50081—2002普通混凝土力學性能試驗方法標準及GB/T 50082—2009普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法所述方法，對C30大體積承臺混凝土進行工作性、力學性能及抗開裂性能的測試，結果如表5所示。

表4 C30大體積承臺混凝土試驗配合比 kg/m3

表5 C30大體積承臺混凝土工作性及力學性能

由表5可知，相較于未添加礦渣粉的混凝土，添加礦渣粉有助于提高混凝土的流動性，并且隨著礦渣粉的增加，混凝土的流動性呈逐漸增大的趨勢，混凝土的粘聚性良好，然而混凝土的抗壓強度隨著礦渣粉摻量的提高而降低，在礦渣粉摻量為35%時，混凝土的工作性良好，滿足大體積承臺混凝土泵送的施工要求，60 d抗壓強度為39.4 MPa，達到設計強度的131%，也滿足規范以及設計強度等級的要求。

而且由表5可知，相對于K1基準組，礦渣粉的摻入有效減少了混凝土單位面積上的總開裂面積及最大裂縫寬度，且隨著礦渣粉摻量的增加，單位面積上的總開裂面積和最大裂縫寬度呈現先減小后增大的趨勢，當礦渣粉摻量為25%時，混凝土單位面積上的總開裂面積與最大裂縫寬度最小。但當礦渣粉摻量達到45%時，混凝土單位面積上的總開裂面積迅速增加，開裂風險明顯增大。

4 混凝土的絕熱溫升

根據表4配合比，利用混凝土絕熱溫升測定儀對不同礦渣粉摻量下混凝土的溫升值進行檢測。結果如表6所示。

由表5和圖1可知，未添加礦渣粉的基準組混凝土早期絕熱溫升高且升溫速率較快，而相對于基準組礦渣粉的加入可以有效降低混凝土的絕熱溫升，且隨著礦渣粉的增加，混凝土的絕熱溫升逐漸降低，每立方米混凝土中水泥用量每減少10 kg，混凝土的絕熱溫升下降1.4 ℃左右。這是由于礦渣粉的加入，一方面取代部分水泥，水泥用量減少，另一方面，能夠有效的延緩膠凝材料的整體水化放熱速率和降低水化放熱總量，因此絕熱溫升降低且發展緩慢，并且摻量越高效果越明顯。

表6 不同礦渣粉摻量下混凝土的絕熱溫升 ℃

綜合考慮混凝土的工作性、力學性及耐久性，結合工程環境，在礦渣粉摻量為35%時，承臺大體積混凝土既有良好的工作性、力學性和抗裂性能，又可以有效降低混凝土的水化熱。

5 承臺大體積混凝土的溫控措施

5.1 冷卻水管及測溫點布置

大體積承臺采用冷卻循環水的降溫方式，根據GB 50496—2009大體積混凝土施工規范中的規定，混凝土澆筑體中心溫度和表面溫度的監測點布置在每層澆筑體的對稱軸的半條軸線上，結合工程實際環境，確定冷卻水管以及測溫點的布置，冷卻水管6層，上下層間距100 cm，水平間距100 cm，冷卻水管及測溫點如圖2,圖3所示。

5.2 溫度監控結果

如圖4所示為承臺部分特征觀測點溫度記錄，承臺澆筑期間氣溫為25 ℃左右，通入冷卻水對混凝土進行散熱降溫，減小內部與混凝土表面溫度差。施工期間嚴格控制冷卻水的進水溫度和時間，進水溫度控制在與混凝土中心溫度相差20 ℃左右，在混凝土的升溫階段即可通水，一般是當混凝土覆蓋冷卻管時，即可通水，以保證混凝土的溫控質量，通過圖2可知，承臺內部與表面的溫度在0 h～60 h上升速度較快，在75 h左右達到最高溫升，之后在冷卻水的作用下逐漸降溫，降溫速率趨于平穩，降溫速率不超過2 ℃/d，且混凝土內外溫差不高于25 ℃，同時混凝土表面溫度與大氣溫差小于20 ℃，各項溫度指標均保持在規范所要求的范圍內，可見采取冷卻水管的降溫方法以及溫度監測點的布置是合理的。

6 結語

1)摻入礦渣粉可以有效的降低混凝土的水化放熱量和絕熱溫升，改善混凝土的和易性和開裂性能；滿足混凝土工作性能和力學性能要求的前提下，礦渣粉的最佳摻量為35%，同時混凝土具有良好的抗開裂性能和較低的水化熱。

2)布置合理的循環冷卻水管可以有效的降低混凝土內部溫升和混凝土芯表溫差，最大芯表溫差為24 ℃左右，芯部最高溫度為54 ℃左右，均符合大體積混凝土溫度控制要求。