浅谈山区高速公路大体积混凝土配合比设计与施工

摘 要:随着国民经济的高速发展,建筑技术也在飞速进步,高层、超高层建筑、大型设备基础、高速公路、大坝等大量出现,在这些结构中,大体积混凝土被广泛的使用。通过优选原材料、调整配合比、采取适当的施工和养护措施,对高速公路中大体积混凝土的温度裂缝进行了控制。研究结果表明:采用低热水泥和级配良好的骨料,降低水泥用量,掺入粉煤灰,采取适当的施工和养护措施,对大体积混凝土的裂缝控制具有积极的意义。

关键词:大体积混凝土;温度裂缝;原材料;配合比;施工养护

中图分类号： TV331 文献标识码： A

大体积混凝土是指现浇混凝土结构的几何尺寸较大，且必须采取技术措施以避免水泥水化热及体积变化引起的裂缝，这类结构称之为大体积混凝土。目前我国对大体积混凝土的鉴别有两个条件：一是混凝土浇筑量大于500m3时，二是混凝土结构实体最小尺寸大于或等于1m。根据工程实际情况，混凝土水泥用量较大，混凝土内外温差以及混凝土与外界温差大，易造成混凝土温度裂缝的工程，都可视为大体积混凝土工程。大体积混凝土有如下特点：1）结构厚、体形大、钢筋密，一次浇筑数量大。大体积混凝土工程一次性连续浇筑混凝土几百方至几千方。2）水化热大，温度场梯度大，极易产生裂缝。

根据大体积混凝土定义，结合其特点，以已建成通车的湖北沪渝高速为例，沿线魏家洲、鱼泉溪、龙潭河、铁罗坪、双河口、四渡河、野三河、马水河等特大桥的承台及支井河特大桥的拱座均为大体积混凝土（符合第一个条件），混凝土方量均在1000M3以上，地处喀斯特地貌，地质复杂、施工难度大，混凝土连续浇筑时间长，受环境影响大。如何确保混凝土具有很好的可泵性（流动性好，坍落度经时损失小，凝结时间较长，不离析、泌水）和抗裂性显得尤为突出。针对该类混凝土，在原材料优选、配合比设计、施工控制等方面工程技术人员均采取了有力点技术措施。

1.原材料技术指标

1）水泥品种的优选：选择大体积混凝土所用的水泥，要求水化热低，且应有适当的强度要求。宜选用矿渣硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥，并应对选用的水泥进行水化热测定。当选用普通硅酸盐水泥时，应适当提高粉煤灰掺量；水泥强度等级：应与混凝土强度等级匹配，一般C30以下（包含C30）承台混凝土宜选32.5级水泥。

2）粗细集料：砂宜选用细度模数在2.5～2.8之间，Ⅱ区中砂，含泥量、泥块含量严格控制在1.5％以内；粗集料宜选用5～31.5mm和5～25mm连续级配碎石，且按标准控制级配、针片状和压碎值。其含泥量控制在1％，泥块含量控制在0.5％以内。

3）外加剂：宜选用减水率高，缓凝效果好，坍落度经时损失小的高效缓凝减水剂或泵送剂。减水率宜大于25％，缓凝时间应满足施工要求。

4）掺合料：大体积混凝土宜掺加掺合料，掺合料宜选用I级或Ⅱ级粉煤灰，以降低混凝土水泥用量，降低水化热和降低混凝土早期强度的发展。掺合料掺量一般为水泥的20%～30%，可采用超量取代法。

2.配合比设计要点

大体积混凝土要求具有较低的水化热、良好的工作性和体积稳定性。大体积混凝土配合比设计的确定，必须通过试验优选。大体积混凝土配合比确定原则是：

1）在保证混凝土强度等级前提下，尽量少用水泥，多用掺合料，尽可能降低水胶比。经设计单位同意，可利用60d强度作为混凝土强度评定及混凝土配合比设计的依据。

2）在保证混凝土和易性、泵送性的前提下，尽量降低砂率，提高石子用量。砂率一般应在42%以下，宜为36%～40%。

3）在保证可泵性前提下，尽量降低混凝土用水量和坍落度，一般目标用水量最大不宜高于165kg/m3,坍落度经时损失后（1小时）宜控制在160～180mm。

4）混凝土初凝时间，室内检测值宜控制在20～30小时。

3.温控方案设计

应根据混凝土的水化热、入仓温度、气候条件、构筑物的平面尺寸以及混凝土的热学、力学性能计算浇筑后大体积混凝土内部“温度―应力”变化情况，并据此设计大体积混凝土施工温度控制方案并上报审批，必要时需对方案进行专家评审。进行温控设计是应考虑如下问题：

1）确定混凝土入仓控制温度，及保证措施。

2）确定合理的分层浇注厚度。

3）制订冷却水管及测温元件的布置方案。

4）制订混凝土养护方案。

5）制订详细的施工技术方案。

4.施工控制要点

1）降低混凝土入仓温度

混凝土入仓温度愈低愈有利于控制混凝土内外温差。一般混凝土入仓温度应控制不高于20℃为宜，尽可能选择气温较低的季节施工。在夏季施工大体积混凝土时，需对搅拌用水做降温处理，并尽可能采取措施降低水泥及砂、石材料的温度。

2）合理分层浇筑

每层混凝土的厚度不超过振动棒长的1.25倍；在振动上一层时，应插入下一层混凝土内约5cm，以消除两层之间的接缝；同时在振捣上层混凝土时，要在下层混凝土初凝之前进行。混凝土分层厚度除根据振动器的棒长和振动力的大小以外，尚需考虑混凝土供应量的大小、浇筑速度及配筋情况，在大体积混凝土工程中，一般可定为400mm左右，数量较少的混凝土工程中可取250～350mm。

3）防止混凝土离析

应降低混凝土自高处自由倾落高度。当倾落高度超过2m时，应采用串筒、溜槽、溜管等进行浇筑，以防止混凝土离析。

4）及时平仓

应及时将浇筑入仓内成堆混凝土，及时摊平成所要求的厚度。避免混凝土堆积过多，振捣不密实，出现大面积蜂窝、麻面等缺陷。

5）有序合理振捣

混凝土振捣应按一定的顺序有条不紊地进行，避免漏振，同时也应注意把握振捣方法和力度，以避免欠振和过振，尤其是机制砂混凝土。

6）及时收浆

大体积混凝土表面水泥浆比较厚，在混凝土浇筑后要认真处理。一般可在混凝土初凝前1～2h，先用2m左右的木刮尺按标高刮平，并除去多余浮浆，再用木楔打磨压实。

7）加强养护

①混凝土表面处理后，应立即采用塑料膜或草袋覆盖，进行保温、保湿养护，硬化后可采用蓄水养护。

②混凝土浇筑成型后，应按温控方案和施工技术方案，认真及时做好混凝土构造物整体的保温保湿养护工作，以提高混凝土表面及四周散热面的温度，缩小混凝土内外温差。同时，防止混凝土收缩开裂。

③混凝土拆模后，应按要求继续做好保温保湿养护工作。

8）注意施工缝处理

在施工缝处继续浇筑混凝土时，其底层混凝土的抗压强度不应小于1.2Mpa（可通过同条件养护试块试验决定）；在底层混凝土的表面，应清除水泥薄膜和松动石子或软弱混凝土层，并加以充分湿润和冲洗干净（但不得积水）；在浇筑前，施工缝处宜先铺10～15mm厚、与混凝土中成分相同的水泥砂浆，并应细致捣实，使新旧混凝土紧密结合。

5.典型配合比

根据以上要求，针对施工单位原配比，我们指导设计、优化了以下几个典型的配合比，以供相关标段参考。

6.工程应用

该类混凝土成功用于湖北沪渝高速魏家洲、鱼泉溪、龙潭河、铁罗坪、双河、四渡河、野三河、马水河、等连续刚构、悬索、斜拉特殊结构桥梁大体积承台；支井河、钢管拱结构桥梁拱座。经检测，混凝土结构满足设计与施工要求，外观质量符合质量评定要求，混凝土绝热温升符合温控要求，控抗裂性好。

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