高性能混凝土在超大體積混凝土中的應(yīng)用

馬展祥

（廣州天源混凝土有限公司）

高性能混凝土在超大體積混凝土中的應(yīng)用

馬展祥

（廣州天源混凝土有限公司）

大體積混凝土因混凝土水化熱、收縮以及施工養(yǎng)護(hù)等方面容易開裂，給工程建設(shè)帶來較大影響。如何解決大體積混凝土開裂是擺在混凝土工作者面前的一個重要問題。本人結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，采用新技術(shù)，降低混凝土水泥用量、提高摻合料用量等方法，制作出低水化熱、低收縮、高保塑性、高耐久性的高性能混凝土，并且成功應(yīng)用到工程實(shí)際中。

大體積；高性能；應(yīng)用

1　引言

隨著建筑技術(shù)不斷提高，高層、超高層建筑不斷出現(xiàn)，大體積、超大體積混凝土隨之也出現(xiàn)。為了提高混凝土質(zhì)量、確保工程建設(shè)質(zhì)量，避免混凝土因開裂、滲水等影響到混凝土性能，具有各項(xiàng)優(yōu)異性能的高性能混凝土應(yīng)運(yùn)而生。

2　工程概況

某中央商務(wù)區(qū)數(shù)碼產(chǎn)業(yè)總部商業(yè)樓工程為商業(yè)綜合體，地下4層，共3棟塔樓及裙房和4棟獨(dú)立商業(yè)樓，總建筑面積37.7萬m2。塔底板面積為47m×47m，其中核心筒為21.7m×21.7m。塔樓范圍內(nèi)底板厚3700mm，塔樓周邊底板厚850mm，核心筒混凝土厚度分別為5m、5.3m、6m、7.2m，其中1a-1a剖面混凝土最厚為7200mm。底板混凝土為C40 P10，屬大體積防水混凝土?；炷量偡搅考s為15000m2。

3　混凝土配合比確定

由于該工程底板最厚達(dá)7.2m、屬于超大體積混凝土，大體積混凝土的關(guān)鍵技術(shù)問題之一是如何解決混凝土水化熱。影響混凝土水化熱的主要因素是水泥（包括品種、型號等）以及配合比中摻合料品種及用量等。

3.1原材料選擇

3.1.1水泥

水泥與水發(fā)生水化反應(yīng)，放出大量的熱量，稱為水化熱。據(jù)資料介紹，每克水泥釋放出50.2J的熱量，從而使混凝土內(nèi)部溫度升高，水泥水化熱一般在1～3天內(nèi)可放出熱量的50%。因此，由于熱量的傳遞、積存，使得混凝土內(nèi)部的最高溫度大約在澆筑后3天左右發(fā)生，所以選好水泥的品種是至關(guān)重要的。

而我司目前所使用的水泥為華潤P.II42.5R水泥，其水化熱較低，雖然其比低熱的礦渣水泥和粉煤灰水泥水化熱高，但由于其強(qiáng)度富余高，在保證質(zhì)量的前提下，其用量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其它低熱水泥，因此單方混凝土水化熱量與低熱水泥水化熱量相當(dāng)，甚至低于低水化熱水泥。

3.1.2外加劑

我公司采用第三代聚羧酸高效減水劑，其減水率高、緩凝效果好，能使混凝土的水化熱釋放延緩，減少水泥的初期水化熱，推遲混凝土最高溫峰的出現(xiàn)，以使混凝土內(nèi)外溫差減小，減少開裂。

3.1.3粉煤灰

眾所周知，粉煤灰有三大效應(yīng)：①火山灰效應(yīng)；②二次反應(yīng)效應(yīng)；③填充效應(yīng)，據(jù)有關(guān)資料介紹，每立方混凝土摻用100kg粉煤灰，可使混凝土溫度升高4℃左右，硅酸鹽水泥的水化放熱可使混凝土溫度升高12℃。因此，在大體積混凝土配合比設(shè)計(jì)中，摻入較大量的粉煤灰，不但能改善混凝土的工作性，還能降低混凝土的水化熱，提高混凝土質(zhì)量。我司選用福建大唐的I級粉煤灰，具有細(xì)度細(xì)、需水量小、活性高、后期強(qiáng)度增長大等特點(diǎn)。

3.1.4砂、石骨料

采用西江潔凈的中砂，含泥量及泥塊都較小，骨料都采用小10～30mm碎石，即5～25mm的連續(xù)級配，空隙率小，骨膠比合理，碎石最大粒徑為20mm，收縮會比最大粒徑25mm大些，且粒徑小、比表面積大，所需包裹碎石的漿體就要多些，漿體多易產(chǎn)生裂縫。

3.1.5水

在混凝土的組成材料中，水的比熱較大，相當(dāng)于水泥和骨料的4～5倍，一般情況下水溫每升降4℃則混凝土的溫度升降1℃，所以水溫與混凝土的溫度成正比。

3.2配合比設(shè)計(jì)方面

在滿足國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范要求的前提下，充分考慮到混凝土的水化熱問題，采取高性能混凝土設(shè)計(jì)方案，即降低水泥及水用量、提高摻合料及外加劑用量，延長混凝土的凝結(jié)時間，降低水化熱及水化熱峰值。

另外考慮到混凝土泵送距離及施工可操作性，結(jié)合現(xiàn)有國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，我司把到現(xiàn)場入泵口塌落度控制在150±30mm范圍內(nèi)，以保證施工性能及混凝土水化。

本工程大體積混凝土初凝時間為10小時左右、終凝時間為12小時左右。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)以及大量的試驗(yàn)，本工程配合比如表1：

表1　

該配合各項(xiàng)性能如下：

⑴工作性能：出機(jī)坍落度200mm，擴(kuò)展度650× 650mm；2h后坍落度180mm，擴(kuò)展度620×620mm。混凝土流動性好。

⑵力學(xué)性能：3d=26.6MPa、7d=38.5MPa、28d=47.1MPa、60d=50.8MPa

⑶水化熱：入模溫度為27.0℃，成型后18小時開始升溫，過40小時后溫度升到最大值78℃，絕熱溫升為51℃。

⑷混凝土收縮見表2。

表2　　?。▎挝唬喝f）

4　混凝土入模溫度控制措施

4.1入模溫度計(jì)算

該項(xiàng)目底板大體積混凝土C40P10大體積混凝土配方如表1。

4.1.1混凝土溫度計(jì)算公式

Th=（McγcTc+MbγbTb+MfγfTf+MγsTs+MgγgTg +MwγwTw）/（Mcγc+Mfγf+Msγs+MgCg+Mwγw）

4.1.2混凝土出機(jī)溫度與大氣溫度的關(guān)系

設(shè)定：大氣溫度為T℃，水泥溫度Tc=60℃、礦粉溫度Tb=45℃、粉煤灰Tf=45℃為不變值，水溫與大氣溫度總是相差2℃，即Tw=（T-2）℃，砂、石用遮陽棚遮住且碎石用水淋，因此其溫度等于水溫，即Ts=Tg=Tw=（T-2）℃；且γc=γb=γs=γg=γf=0.90，γw=4.2。 則 計(jì) 算 出C40P10混凝土拌合物出機(jī)溫度與大氣溫度的關(guān)系如下：

Th=［225×0.9×60+75×0.9×45+110×0.9× 45+740×0.9×（T-2）+1042×0.9×（T-2）+158×4.2×（T-2）］/（225×0.9+75×0.9+110×0.9+740×0.9+1042 ×0.9+158×4.2）=5.73+0.84T

據(jù)此，可算出通常氣溫下的混凝土溫度（見表3）：

混凝土的實(shí)際溫升是熱傳遞、摩擦及水化熱三者的綜合結(jié)果。根據(jù)實(shí)測，混凝土經(jīng)1小時運(yùn)輸后，一般溫度略升高2～3℃，30分鐘約升溫1℃左右。

4.2水化熱計(jì)算

Tn=Mc×Q/（γcρ）+Mf/50（式1）

Tn——混凝土最終絕熱溫升（℃）；

Mf——摻和料用量；

Q——單位水泥水化熱，Q=350kj/kg；

Mc——單位水泥用量；

γc——混凝土的比熱，c=0.97kj/（kg·k）；

ρ——混凝土的密度，p=2350kg/m3；

代入（1）得混凝土最終絕熱溫升。

Tn=Mc·Q/（γcρ）+Mf/50

=（225+75×0.8）/（0.97×2350）+110/50

=45.8℃

假如混凝土入模溫度為28℃混凝土最大絕熱溫升：

Tmax=45.8+28=73.8℃

由于混凝土在水化過程中，在放熱的同時，還存在著不斷散熱的過程，因此，其實(shí)際溫度可能有所偏差。

該大體積混凝土4月份在廣州番禺進(jìn)行澆注，其溫度基本在25℃左右，因此根據(jù)情況，混凝土的入模溫度基本在27℃以內(nèi)。

表3　

表4　（單位：MPa）

4.3采取措施

知道原材料溫度對混凝土的溫度影響后，采取相應(yīng)的降溫措施來降低混凝土的入模溫度。

4.3.1骨料預(yù)冷卻

所有運(yùn)輸骨料船只加蓋帆布遮陽，并噴淋水降溫。攪拌站骨料堆場加建遮陽上蓋，防止骨料在烈日下曝曬，確保骨料平均溫度低于大氣溫度。

4.3.2水泥預(yù)冷卻

水泥等膠凝材料提前兩到三天入場，增加儲量，讓其自然降溫，按照先進(jìn)先出原則，使生產(chǎn)時使用的水泥溫度盡可能低?？刂扑鄿囟鹊陀?0℃。

5　混凝土澆注

該大體積混凝土于2016年4月12日早上9時開始澆注，14日早上9時結(jié)束，歷時48小時，混凝土方量約為15000m3，5臺泵外加1個溜槽，平均每小時澆注300立方。

在混凝土澆注過程中，我司全程安排包括技術(shù)員、車隊(duì)長、業(yè)務(wù)等方面的人進(jìn)行全程跟蹤，與施工單位人員一起指揮車輛、安排發(fā)車速度等，同時對混凝土質(zhì)量進(jìn)行跟蹤檢測。

在施工過程中，遇到天氣下雨等惡劣情況，我司也采取了積極措施，包括混凝土出場質(zhì)量控制、現(xiàn)場檢測以及采取了相應(yīng)的防雨措施。在整個施工過程中，混凝土質(zhì)量穩(wěn)定、供應(yīng)連續(xù)。

6　質(zhì)量跟蹤

6.1混凝土強(qiáng)度

我們對該批次混凝土各齡期強(qiáng)度進(jìn)行檢測，結(jié)果如表4：

從以上強(qiáng)度看，攪拌站試件強(qiáng)度7天強(qiáng)度基本在85%～95%之間，能滿足設(shè)計(jì)需求，與試配強(qiáng)度相差不大；而施工現(xiàn)場標(biāo)養(yǎng)強(qiáng)度偏低，7天強(qiáng)度基本在80%左右；但施工現(xiàn)場同條件養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度卻與攪拌強(qiáng)度相差無幾，都在90%左右。

原因分析：

⑴攪拌站標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，與攪拌站試件成型、養(yǎng)護(hù)及試驗(yàn)條件較標(biāo)準(zhǔn)、試模尺寸標(biāo)準(zhǔn)、試件成型較規(guī)范以及養(yǎng)護(hù)條件較標(biāo)準(zhǔn)等有關(guān)。

⑵施工現(xiàn)場試件強(qiáng)度偏低，可能與試模尺寸不標(biāo)準(zhǔn)、成型質(zhì)量不夠好以及養(yǎng)護(hù)條件不夠標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)。

⑶施工現(xiàn)場同條件強(qiáng)度能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，是有可能現(xiàn)場養(yǎng)護(hù)溫度較高（混凝土表面溫度基本在25℃以上，因此強(qiáng)度發(fā)展較快。

另外，由于是超大體積混凝土、考慮到水化熱等問題，混凝土配合比設(shè)計(jì)中提高了摻合料用量，降低了水泥用量，其早期強(qiáng)度較低，但其后期強(qiáng)度增長較快，根據(jù)配合比情況及混凝土強(qiáng)度情況，該批混凝土28天強(qiáng)度是滿足設(shè)計(jì)要求的。

6.2混凝土溫度記錄

施工單位對混凝土各位置都布置有測溫孔，并對混凝土溫度進(jìn)行了跟蹤檢測，現(xiàn)對各測溫點(diǎn)最高溫度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，混凝土最高溫度78.6℃。

混凝土中心平均溫度與理論溫度相差3℃左右，可能與混凝土散熱有關(guān)，另溫差控制都在25℃以內(nèi)，與施工單位重視養(yǎng)護(hù)及養(yǎng)護(hù)措施到位有關(guān)。

混凝土最高溫升都出現(xiàn)在混凝土澆注后3天左右，與配合比設(shè)計(jì)中摻入I級粉煤灰及礦粉和高效緩凝減水劑有差別，延長了混凝土凝結(jié)時間、降低了水化熱峰值。

從以上各數(shù)據(jù)說明，該大體積混凝土質(zhì)量是可控的。

混凝土澆注至今已有3個多月，而且經(jīng)歷了幾場大暴雨，整個地下室都比較干燥，無任何開裂、滲水現(xiàn)象。

7　結(jié)論

由于該工程大體積混凝土采用了雙摻技術(shù)，既能提高混凝土的各項(xiàng)性能，包括低水化熱、低收縮、高保塑性等，又不出現(xiàn)開裂等質(zhì)量問題，提高了混凝土的耐久性，取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益?！?/p>

［1］虞曉光.不同條件下的混凝土工程應(yīng)用技術(shù)［M］.北京：中國現(xiàn)代工程技術(shù)出版社，2006.

［2］王鐵夢.工程結(jié)構(gòu)裂縫控制［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1999.