复掺矿物掺合料大体积混凝土研究浅析

【摘 要】通过某桥梁工程C40大体积混凝土主塔承台施工工程实例，分析采用S95级矿粉与I级粉煤灰复掺取代水泥的混凝土制备技术在大体积混凝土施工中的应用情况，阐述了双掺技术在提高大体积混凝土工作性能的同时，改善混凝土的后期强度、降低水化温升的作用。

【关键词】大体积混凝土；掺合料；复掺；矿渣微粉；粉煤灰；温升

大体积混凝土是指混凝土结构实体中最小尺寸 lm，或预计会因水泥水化热引起混凝土内外温差过大而导致裂缝的混凝土。近年来，随着建筑行业的发展，大体积混凝土施工愈来愈普及，大体积混凝土施工有结构厚实、混凝土量大、工程条件复杂、施工技术要求高等特点，而其中控制由水泥水化热而引起的混凝土温度变形裂缝，从而提高混凝土的抗渗、抗裂、抗侵蚀性能，以提高建筑结构的耐久年限为大体积混凝土施工的突出任务。大体积钢筋混凝土与地基浇筑在一起，当结构产生温度变形时，受到地基的限制，而产生外部约束应力，当混凝土升温时，产生膨胀变形约束，中心产生压应力，此时混凝土弹性模量小，徐变和应力松驰度大，使混凝土与地基连接不牢固。当温度下降，中心产生较大拉应力，此时混凝土抗拉强度低于温度产生拉应力时，混凝土将出现垂直裂缝，此裂缝往往是贯穿性裂缝，这是影响到结构安全度和使用功能，是致命的裂缝。

高性能混凝土的配制中。掺合料取代水泥而掺入，可以降低水化热，减少需水量，改善混凝土的流变性能，提高混凝土的密实性和抗侵蚀能力。但单掺矿粉或粉煤灰都有局限性，单掺矿粉易增加混凝土泌水趋势，而单掺粉煤灰使混凝土早期强度降低。研究发现实行双掺配制高性能混凝土，可综合利用矿粉、粉煤灰二者的“优势互补效应”：粉煤灰中富含的球状玻璃体对浆体起到“作用”，增大拌合料的流动性，改善由矿粉掺人导致混凝土粘聚性提高，泌水增大的趋势；早期发挥矿粉的火山灰效应，改善浆体和集料的界面结构，弥补由粉煤灰引起的混凝土早期强度损失，后期发挥粉煤灰的火山灰效应所带来的孔径细化作用以及未反应的粉煤灰颗粒的“内核作用”。因此“双掺”技术在大体积混凝土施工中具有良好的运用前景。本文探讨如何利用“复掺”技术优化混凝土施工配合比及现场通过控温措施合理养护，从而避免混凝土产生温度变形裂缝，提高混凝土的使用性能和使用寿命。

1 温度裂缝预防技术措施

（1）降低混凝土中水泥在水化过程中的水化热，减少混凝土在施工过程中由于温差过大产生膨胀与收缩应力。

（2）延长混凝土初凝及终凝时间，因为水泥在水化的总发热量是个常数，延长升温与降温时间，不致于使温度梯度产生峰值，使膨胀与收缩的应力达到最高值，裂缝迅速加大。

（3）合理选用混凝土粗细骨料，水灰比，掺适量微膨胀剂，缓凝剂，使结构产生自应力，来提高混凝土的抗拉能力，减少由于热胀冷缩产生结构裂缝及提高抗渗能力。

（4）减少混凝土中水泥的水化热，应选用低水化热水泥，水泥用量少，水化热低，同时在混凝土掺些粉煤灰，代替部分水泥，减少水泥用量，降低水化热，加强了粉末效应，提高混凝土和易性，减少水灰比，增加混凝土的密实性和提高混凝土抗拉强度，降低混凝土的弹性模量，减少干缩。当每立方米混凝土掺入适当粉煤灰，降低水化热，提高混凝土强度，改善裂缝是行之有效的措施。

（5）混凝土的收缩随之粗细骨料的含泥量增加而增加，随着粗细骨料的粒径加大而减少，石子含泥量必须少1%，砂、用中粗砂、其含泥量应不少于2%，这是减少干缩应力，控制混凝土收缩裂缝的重要措施。

（6）严格控制水灰比，水是影响混凝土收缩主要因素，因混凝土中水份大部分蒸发引起混凝土内部形成很多毛细孔，降低混凝土抗拉强度、收缩变形也同时发生，因此采用减水剂、减少水灰比，改善混凝土和易性，从而提高混凝土的抗拉强度，减少内约束应力产生裂缝。

（7）配制混凝土加入适量缓凝剂、来延长初凝和终凝时间，使混凝土内部升温和降温不出现温度梯度峰值，即是升温最高值，充分发挥混凝土自身强度潜力和材料松驰的特征，使混凝土的抗拉强度大于温差应力，减少裂缝产生。

（8）在结构设计及计算时，应考虑大体积砼中水泥在水化过程中产生温度应力对结构的不利因素。所以结构的配筋应增加由于温度应力产生附加应力的配筋，或采用钢纤维混凝土，可以大大提高混凝土内部的抗拉强度，这是减少或消除结构裂缝的重要构造措施。

（9）对浇筑混凝土采用有效保湿、保湿的保养措施、在混凝土表面用麻袋或草袋覆盖，并用清水浇湿，尽量减少混凝土表面热扩散快、温差大、降低外界环境与混凝土表面的温差值，减少温差应力对结构的影响。

2 混凝土配合比试验

2.1 原料

（1） 水泥：水城水泥厂产P.O 42.5；（2）砂：含泥量0.5%，细度模数3.14的机制中砂；（3）石：碎石，5～20mm连续级配；（4）矿粉：S95级；（5）粉煤灰：Ⅰ级灰；（6）外加剂：缓凝泵送剂。

2.2 混凝土配合比

（水泥+复合掺合料）：砂：石：水：外加剂 =430 ： 712 ： 1035 ： 162：125，掺合料40%（矿渣微粉30%、粉煤灰10%）等量取代水泥。复掺矿物掺合料后混凝土的和易性得到改善，经时坍落度损失减小，初终凝时间也延长。单掺磨细矿粉后混凝土泌水率增大，但复合粉煤灰后，混凝土泌水率显著下降。双掺对混凝土早期强度稍有降低，但28d强度接近甚至超过未掺掺合料的混凝土达到了51.0MPa，显示良好的强度发展趋势。同时对混凝土抗渗性、与外加剂的适应性的检测结果表明，双掺后混凝土抗渗性大于S8，水泥与外加剂的适应性得到改善。

3 工程施工与实测分析

为保障承台大体积混的浇筑质量，必须要优化浇筑工艺。在施工过程中，一般按照“斜面分层，薄层浇注，连续推进”的方法及采取降低混凝土内外温差，“外部保温”的措施施工。分层浇筑时，每层灌注须在下层混凝土未初凝前完成，以防出现施工冷缝。混凝土振捣采用插入式振捣器。振捣时插入下层混凝土50～100mm左右，并保证在下层混凝土初凝前进行一次振捣，使混凝土具有良好的密实度和整体性。振捣中既要防止漏振，也不能过振。为保证振捣质量可在模板上安装一定数量的附着式振捣器配合插入式振捣器进行混凝土施工。

3.1 混凝土理论最高温升

8月施工地区的日平均气温取为25℃左右，假设混凝土入模温度为25℃，经计算，理论最高温升为64.5℃。若为纯水泥混凝土则可能达到80℃以上。

3.2 温测与温控

为及时掌握混凝土内部温升与表面温度的变化值，在基础内埋没若干个测温点，采用梅花形布置。纵向布置5个区域，水平区域10个测区。第l～4d内每3h测温1次，第5d后每8h测温1次，测至温度稳定为止。从3个承台的测温情况看，混凝土内部温升的高峰值一般在3～5d内产生，3d内温度可上升到或接近最大温升62.3℃，内外温差值在18℃左右，控制在规定范围内，未发现异常现象。

4 结论

（1）配制大体积混凝土，关键在于水化温升的配合比，复掺矿渣微粉与粉煤灰的大取代量混凝土配合比是该工程成功的关键之一，有效地降低了水化温升。

（2）大体积混凝土施工，一次浇筑量大，厚度大，强度等级高，在夏季炎热天气施工，技术难度大。混凝土浇筑后，经过保温保湿养护，效果理想。

作者简介：

黄盛（1977-），男，贵州省石阡人，高级工程师，研究方向：桥梁工程领域施工与科研工作。