大体积混凝土配合比设计及工程应用

摘要：通过对翰林世家工程大体积混凝土配合比的设计实例，介绍了大体积混凝土配合比的设计和热工分析，并提出大体积混凝土温差控制和施工质量控制措施。

关键词：大体积混凝土；配合比；热工分析；温差控制

一、工程概况

湖州翰林世家1#地下室工程总建筑面积约为134989m2。地下两层约29574m2，地上5栋高层约为105415m2，分为1#、2#、3#（33层）；7#、8#（29层）。1#2#3#楼地下室底板厚度为1600mm，7#8#楼底板厚为1400mm，电梯井四周2～3.6m范围内底板厚度达3100mm，地下室底板面标高为-14.09m。底板混凝土设计等级为C35，抗渗等级为P8，补偿收缩混凝土性能指标，水中14d限制膨胀率≥1.5×10-4。其中1#楼底板长71m，宽17.8m。

二、混凝土原材料的选择

（一）水泥

采用湖州南方水泥有限公司生产的P.O 42.5级水泥，其主要性能指标见表1。

（二）粉煤灰

采用浙江省长兴华兴电力综合利用有限公司的Ⅱ级粉煤灰，其主要性能指标见表2。

（三）砂

采用湖州安吉县河砂，其主要性能指标见表3。

（四）碎石

采用湖州妙西碎石，其主要性能指标表见4。

（五）膨胀剂

采用武汉三源，其主要性能指标见表5。

（六）高效缓凝减水剂

采用湖州市建工加剂有限公司JG-J1B型减水剂，该减水剂具有高效减水，增强和改善混凝土和易性及可泵性。

三、 混凝土配合比设计及确定

根据《普通混凝土配合比设计规程》计算、试拌及调整确定基准配合比为：水泥：砂：石：水：膨胀剂=380：753：1040：175：30.4

（一）掺粉煤灰混凝土的配合比设计及配合比确定

随着混凝土技术的发展与进步，尤其是泵送施工和高性能混凝土的开发应用，粉煤灰已成为泵送混凝土与高性能混凝土所必需的一种独立组分和功能性材料。粉煤灰对提高混凝土强度、工作性、耐久性以及其他物理力学性能起到至关重要的作用；另一方面，相对于水泥而言，粉煤灰的早期水化活性较低，掺入粉煤灰可降低混凝土的绝热温升值，并推迟水化放热峰的到来时间。因此结合本工程结构截面尺寸大、一次性浇捣混凝土方量大的特点，决定在混凝土中掺入粉煤灰等矿物掺合料来替代部分水泥。

1.掺粉煤灰混凝土的配合比计算

（1）在计算中采用超代法，超量系数K取1.2～1.7，即用粉煤灰取代部分水泥，超量部分取代等体积的砂，计算步骤如下：

根据基准混凝土计算出各种材料用量(Co、Wo、So、Go)、粉煤灰取代水泥率(f％)和超量系数(K)，对各种材料进行计算调整。

（2）粉煤灰取代水泥量(F)、总掺量(Ft)及超量部分重量(Fe)应按下式计算；

F=Co×f(%)

Ft=K×F

Fe=(K-1)×F

（3）水泥的重量：C= Co-F

（4）粉煤灰超量部分的体积应按下式计算，即在砂中扣除同体积的砂重，求出调整后的砂重(Se)：

Se= So-Fe/γf×γs

（5）超量取代粉煤灰的各种材料用量为：C、Ft 、Se、Wo、G。

2.水泥取代率相同，采用不同超量系数的对比试验

在相同粉煤灰取代百分数下，随着水灰比的降低，粉煤灰降低混凝土绝热温升值的能力减小。但是如果增加超量系数K，可增加单方混凝土粉煤灰用量，降低混凝土的绝热温升值，起到了大体积混凝土浇筑时，凝结硬化前期的水化热释放速度。试验结果见表6。

从表6结果看出，编号2、3、4组配合比与基准配合比的强度对比，除7d强度略低于基准配合比外，28d强度基本接近，60d掺有粉煤灰的混凝土明显比基准混凝土高。经分析，以编号2为例，28d强度比基准提高5%，60d强度比基准提高8.4%，另外可节约水泥20%。

3.掺粉煤灰混凝土配合比确定

试验证明，粉煤灰混凝土在等稠度、等强度的情况下，混凝土的流动性、粘聚性、保水性都比基准混凝土有很大的改善。综合设计要求和经济合理考虑，确定地下室底板配合比为：水泥=302kg，粉煤灰=95kg，砂=735kg，碎石=1037kg，JG型外加剂=9.26kg，膨胀剂=24.16kg，水=175kg。

四、混凝土凝结硬化过程中温度控制指标及强度评定结果

（一）温度控制指标

浇筑完毕以后，根据预先埋设的测温点，进行每天的温度监测，监测结果如图1。

（二）混凝土现场检测结果

为了确保混凝土质量，在整个生产过程中，技术人员进行了跟踪检测，具体检测结果如表7。

（三）强度评定结果

用该配合比成型20组，具体数据及评定结果如图2、表8。

五、大积混凝土施工质量控制

（一）原材料品质

1.避免使用刚出厂的高温水泥。

2.采用级配良好、含碱量低的砂石骨料；使用前进行冲洗，一方面使之降温，另一方面降低其含泥量，以改善和易性和提高强度。

3.通过行之有效的试验方法确定与水泥相适应的化学外加剂品种、类型、掺量。

（二）拌和物质量

拌和混凝土前应对计量设备进行计量检定，误差应严格控制在规定的范围内。适当延长搅拌时间，使混凝土搅拌均匀，试验室工作人员随时检查混凝土拌和料的和易性和坍落度，保证混凝土强度。

（三）施工浇筑质量

本工程有些结构部位的截面尺寸很大，不能在下层混凝土初凝前浇筑完成上层混凝土时，将工作区域合理分段或分块跳仓施工，减小外部和内部约束，增加散热面，可有效减小温度和收缩应力，但对结构有一定影响的，必须经设计单位同意，连接面应符合后浇带、施工缝或其他有关规定。

（四）其他控制措施

根据测得的混凝土温度变化曲线，水化热引起的温度峰值，约在浇筑后的3天出现，故确定混凝土层施工周期以大于5天为宜。同时为了保证承台的整体性，增强其抗剪能力，各层之间的接缝除严格按工艺要求冲洗外，还采取了如下两项措施：

1.沿承台的纵横向每隔3.0m设置一条宽0.2m、深0.15m的剪力槽。

2.纵横向每隔0.5m预埋一条￠20mm的剪力筋。

通过以上一系列行之有效的措施，保证了混凝土的坍落度和良好的和易性，混凝土强度全部符合要求。混凝土测温和仔细的裂缝观测结果表明，混凝土温度均处于安全合理的范围，温度梯度较小，而且未出现危害性裂缝。

六、结束语

应用“双掺”技术及大量的对比试验，解决了大体积混凝土在凝结硬化过程中，早期水化速度快、水化热高，容易产生温度裂缝的矛盾，延长了混凝土初凝及终凝的时间，即节约了水泥，降低了工程造价，又确保了工程质量，取得了满意的效果。

参考文献：

1.DB33/T1024-2005,大体积混凝土工程施工技术规程[S].

2.DB/T1013-2004,混凝土矿物外加剂应用技术规程[S].

3.陈荣．预拌混凝土质量控制要点[J].混凝土．2009(9)．

4.韩建国,张闰,郝卫增．水胶比和粉煤灰对混凝土绝温升的影响[J].混凝土,2009(10)．

（作者单位：湖州市建工集团有限公司）