浅谈大体积混凝土

摘要：本文结合泉州晋江大桥的主塔墩2#承台的粉煤灰混凝土配合比设计及应用，对大型桥梁承台大体积混凝土的温度控制技术进行了研究。

关键词：C40混凝土、大体积、水化热、粉煤灰、配合比、。

中图分类号：TU37文献标识码：A 文章编号： 工程概况

泉州晋江大桥是省重点工程，是省道210线暨泉州沿海大通道上的关键项目，也是泉州迈向崭新泉州湾时代的重要交通基础设施。该工程由主桥和南北引桥及南北互通立交组成。大桥北端起点与市区泉秀东街相连，南岸连接晋江市、石狮市及沿海大通道。大桥全长2.74公里，跨越晋江，其中主桥长365米，桥宽38米，采用“开”字形独塔双索门式预应力混凝土斜拉桥结构，北引桥长1365米，南引桥长1010米；大桥南、北立交均采用八条匝道互通立交，北岸东海立交匝道全长5477米，南岸晋江江滨路立交匝道全长5260米，抗震设防为地震基本8度。工程概算总投资11亿元。其中主墩2#承台，长宽均为13米，高5米，为分离式承台，施工采取一次浇筑完成，浇筑混凝土为1690立方米，属于大体积混凝土。它建成后将承载主塔主梁等约4万吨荷载重量，为泉州晋江大桥第一大桥墩承台，也是水上主桥第一个外露工程。由于该桥混凝土方量大，而且墩身高度比较高，为了保证混凝土的质量，和加快现场施工速度，节约工期，综合多方面因素，采用泵送混凝土配合比设计。混凝土除了要满足强度要求之外，还要满足低水化热的要求。为了经济和施工方便，采用炼石P.O42.5水泥加二级粉煤灰掺高性能减水剂，采用粉煤灰超量取代法来进行配合比设计。

一、混凝土配合比理论设计

㈠、设计要求：

1．根据设计图纸，混凝土强度等级选为C40；

2．按图纸及《公路桥涵施工技术规范》要求，混凝土为滨海环境作用等级，则应满足混凝土最大水灰比0.50，最小水泥用量300kg/m3

3．施工工艺要求：混凝土坍落度为（180±20）mm，具有良好的和易性和流动性，低低水化热；

4．现场采用泵送施工；

㈡ 、设计依据：

1．《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55-2000

2．《公路桥涵施工技术规范》JTJ041-2000

㈢原材料的选择：

1．粉煤灰：用于混凝土的粉煤灰按其品质分为I、Ⅱ、Ⅲ3个等级，主要技术指标见表

   

桥梁结构混凝土配合比设计时，选择I、Ⅱ级粉煤灰，其中I级灰用于强度大于C40 MPa的混凝土，Ⅱ级灰用于混凝土强度等级不大于C40的桩基、承台、立柱、墩台帽工程，综合种种因素，选用漳州后石益材II级粉煤灰。

2．水泥：混凝土强度等级小于C30时，选用32．5或42．5的普通硅酸盐水泥；混凝土强度等级大于C30时，选用42．5或52．5的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，选用福建炼石水泥P·O42.5。

3．砂：满足Ⅱ类砂要求的条件下，优先选择级配良好的江砂或河砂。因为江砂或河砂含泥量少，砂中石英颗粒含量较多，级配一般都能满足要求，选用泉州董埔砂。

4．碎石：粗集料的强度、级配、颗粒形状、表面特征、杂质的含量、吸水率对混凝土强度及耐久性有着重要的影响。所用碎石应满足Ⅱ类碎石技术要求。碎石的压碎值通常被用来间接地判定岩石的强度，混凝土的强度等级与岩石抗压强度及碎石压碎值关系见表2。

   

碎石选择连续级配碎石，采用泉州马板山5-31.5mm二级配碎石 ，大石70%，小石30%。

5．减水剂：采用南京华迪NF-6高效减水剂施工时用后掺法来提高混凝土的坍落度和流动性，有效地保证了混凝土的强度。

6．水：拌合站地下水，经检验PH值为8.6，总硬度26.02。符合《公路工程水质分析操作规范》JTJ056-84要求。

㈣、混凝土配合比设计

 1．试配强度计算：

2．计算基础混凝土（不掺粉煤灰的混凝土）的各材料用量。

（1）水灰比计算：

A=0.46,B=0.07,水泥强度富余系数rc＝1.13

计算得：

（2）查塑性混凝土用水量表得用水量mwo=205kg/m3。按公式求得水泥用量：

o=2.27×205=465kg/m3

（3）查混凝土砂率表，取砂率为37%

（4）按质量法计算，得：取mcp=2373kg/m3

得mso=630kg/m3，mgo=1073kg/m3

（5）基准混凝土各材料用量为mco=465 kg/m3，mwo=205 kg/m3，mso=630 kg/m3，mgo=1073 kg/m3。

掺粉煤灰混凝土配合比设计。以基准混凝土为基础，用粉煤灰超量取代法进行计算调整。

（6）选择粉煤灰取代水泥百分率 值如表3-136所示。  

通常C30以下混凝土，取代率选择10%一15%（水泥为普通硅酸盐水泥）；C40以上混凝土，特别是有早期强度要求时，取代率不超过10%，取f=15%。。

（7）按公式和取代水泥百分率算出水泥用量mc:

mc=mco*(1-0.15)=395 kg/m3

（8）由表3-137选取粉煤灰超量系数：

K=1.5

按公式计算粉煤灰用量：

mF=K(mco-mc)=1.5(465-395)=105 kg/m3

（4）按公式计算水泥、粉煤灰、砂的绝对体积并扣除同体积用砂量。经试验得ρc=3.2，ρf=2.3，ρs=2.6并代入下公式

=630-

=567 kg/m3

（9）泵送混凝土用水量（mwa）：

未掺外加剂用水量:mw0=kg/m3

掺外加剂每立方米混凝土用水量:mwa＝227.5×(1-18%)=187 kg/m3

经初步试配基准混凝用水量为187 kg/m3时，混凝土工作性能满足要求。（10）基准混凝土外加剂用量计算：

（11）粗集料用量不变。mgo=1073 kg/m3

根据以上计算得出每立方米掺粉煤灰混凝土各材料用量（精确到1kg）：

mc=395，mF=105,mw=187,ms=567,mg=1073(单位：kg/m3)

经初步试拌后确定砂率为37％， 用绝对体积法算出各种材料用量.

3、配合比材料用量表

4、混凝土拌合物及力学性能

㈤、根据拌合物性能及力学性能检测结果分析，依据《公路桥涵施工技术规范》JTJ041-2000、《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55-2000、《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》JTG E30-2005规范要求,水胶比≤0.50，确定1#配合比为施工配合比。

㈥、混凝土总碱含量和总氯离子含量的计算：

二、粉煤灰混凝土施工注意事项

    （1）对每批进入施工现场的粉煤灰均需认真检验，测定粉煤灰的细度、烧失量、需水量比等。

    （2）掺粉煤灰的混凝土，施工中拌和时间要比基混凝土延长30 S，以便混凝土拌和均匀。

    （3）正确振捣，避免过振引起混凝土表面形成浮浆层。同时，须保证振捣密实，确保构件的外观质量与内在质量。

    （4）加强粉煤灰混凝土养护，保持混凝土表面湿润，通常潮湿养护14 d，热天或干燥气候潮湿养护不得少于21 d。

（5）对早期强度要求高的构件，冬季施工不宜采用粉煤灰混凝土配合比。因为冬季气温低，不利于粉煤灰的火山灰反应。

三、大体积混凝土的温控措施

大体积混凝土浇筑宜在温度较低时进行，但混凝土的入模温度应不低于5℃；热期施工时，宜采取措施降低混凝土入模温度，且其入模温度不高于28℃.大体积混凝土的温度控制宜按“照内降外保”的原则，对混凝土内部采取设置冷却水管通循环水冷却，对混凝土外部采取覆盖蓄热或蓄水保温等措施进行。在混凝土内部通水降温时，进出口水的温差宜小于或等于10℃，且水温与内部混凝土温差宜不大于20℃，降温速率不大于2℃/d；利用冷却水管中排出得降温用水在混凝土顶面蓄水养护时，养护温度与混凝土表面温度差值不大于15℃。

四、实际运用

本标段在进行C40泵送粉煤灰混凝土的施工时发现它对混凝土的振捣和现场养护条件有较高的要求，当现场养护合理时，它的强度与标准养护的强度基本吻合其试验数据如下表：

五、结论

水泥凝结时，会产生大量的水化热，由于混凝土是绝热材料，因此产生的水化热不能及时释放，导致大体积混凝土内部温度不断升高，形成混凝土的内外温差，当温差过大或升降速度过快时，混凝上就会出现温度裂缝。温度裂缝的产生会降低承台基础的承载能力，降低混凝土的耐久性，造成桥梁安全隐患，危害极大，因此，必须对大体积混凝土进行温度控制研究，粉煤灰超量取代法不失为一种有效解决这一问题的方法。

【参考文献】

[1]粉煤灰混凝土应用技术规范GBJ146-90

[2]公路桥涵施工技术规范JTG 041-2000