大体积混凝土质量控制浅析

GXF360 2017-10-22

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大体积混凝土质量控制浅析

马永胜1，殷继伟1，王文胜2

（1. 哈尔滨佳连混凝土技术开发有限公司，黑龙江哈尔滨 150076；2. 中煤集团煤化工管理部，北京 100010）

［摘要］本文主要通过大体积混凝土实际施工案例，详细论述对大体积混凝土的质量控制措施，即优先选择质量好的原材料，优化混凝土配合比设计，大量试验确定施工配合比，相应的测温记录，现场施工管理等一系列重要工作，最终确保该钢钡闸的顺利浇筑完毕，且混凝土质量达到了工程技术要求。

［关键词］大体积混凝土；温度；裂缝；收缩；耐久性

0 引言

大体积混凝土的质量控制要点主要有原材料的质量、运输、施工等等，重点就是对胶凝材料的水化温度变化这一过程的控制。早期水泥水化会放出热量，导致混凝土内部温度很高，大体积混凝土的体积较大，内部温度不易散发，混凝土表面散热快。一定要注意施工过程中控制以下三个温度：（1）混凝土的内部与表面产生的温差；（2）混凝土的表面温度与大气温度的温差；（3）绝热温升值。控制好以上相关的三个温度数值，可以有效地解决混凝土裂缝问题。

下文结合实际工程案例来分析大体积混凝土的质量控制。

1 工程概况

某市新建两座钢坝闸混凝土强度等为 C30，抗冻融循环次数为 F300 次，抗渗等级为 W6，闸室段长35.3m、宽 13m、底板厚度 1.80～2.98m。该工程部位混凝土标记：A-C30-180(S4)-W6F300-GB/T14902

2 设计思路

依据工程特点及概况可知：该工程钢坝闸底板为大体积混凝土施工，对该部位混凝土配合比设计时严格按照 JGJ 55—2011《普通混凝土配合比设计规程》和 GB 50496—2009《大体积混凝土施工规范》两大标准对大体积混凝土设计要求进行设计。

为保证混凝土质量及工程质量，防止混凝土开裂，根据实际工程情况，决定做如下设计：

（1）按照规范规定，本工程浇筑部位龄期采用60d，配合比设计采用粉煤灰、粒化高炉矿渣粉双掺技术，以满足大体积混凝土三个特定温度要求（即混凝土浇筑体在入模温度基础上的温升值不宜大于 50℃；混凝土浇筑块体的里表温差不宜大于 25℃；混凝土浇筑体表面与大气温差不宜大于 20℃）。

（2）泵送剂中掺有缓凝组份调整混凝土缓凝时间，以控制混凝土的水化温升；引气组份主要确保混凝土抗冻融指标及抗冻性能；由于工程特殊性，抗渗等级为W6，泵送剂采用低掺量，确保混凝土抗渗指标。

（3）选择合适浆骨比、采用低水胶比，确保混凝土强度及耐久性。

（4）选择骨料二级配复配，有效控制混凝土内部水化热温升值。

（5）大体积混凝土配合比设计除应符合工程设计所规定的强度等级及耐久性能等要求外，还要符合施工要求，即工作度，控制合适工作度，且坍落度一般控制在 180mm，防止混凝土沉降而出现的泌水现象，以避免硬化后产生裂缝。

（6）对此工程，商品混凝土生产企业技术部门在生产前，做如下试验工作，确保混凝土及工程质量：原材料的二次复检、配合比设计验证、抗冻混凝土配合比试验外委、原材料的碱含量、氯离子含量等指标的外委检测。

3 原材料选择

（1）水泥：按照 JGJ 55—2011《普通混凝土配合比设计规程》规定要求。该工程选取性能稳定、波动性较小、富余系数较高的普通硅酸盐水泥，强度等级为42.5级，且 C3A≤8%；

（2）粉煤灰：按照 GB 50496—2009《大体积混凝土施工规范》等相关规定，粉煤灰可以控制混凝土早期水化热释放，降低水化热，减少混凝土内外温差过大而产生的温度应力裂缝。该工程选取性能稳定、波动性较小、活性指数较高的 F 类 Ⅱ 级粉煤灰。

（3）粒化高炉矿渣粉：按照 GB 50496—2009《大体积混凝土施工规范》等相关规定，粒化高炉矿渣粉也属于矿物掺合料，同样具有可取代水泥，降低水化热，同时，其组份中有少量的 MgO，可与水结合后Mg(OH)2形成产生微膨胀，防止混凝土自身收缩裂缝。该工程选取性能稳定、波动性较小、活性指数较高的S95 级粒化高炉矿渣粉。

（4）砂：采用符合标准要求的中砂，该砂细度模数应大于 2.6，且级配良好，含泥量及泥块含量等其它指标均符合抗渗、抗冻融有关要求。

（5）石：考虑到混凝土的可泵性、密实度、抗冻、抗渗性能指标，不同粒径石子按照一定比例复配为连续粒级，且 Dmax≤31.5mm，有效控制混凝土内部水化热；采用符合标准要求的碎石，含泥量及泥块含量等其它指标均符合抗渗、抗冻融有关要求。

（6）泵送剂：本着大体积混凝土的技术要求，选用复合型混凝土高效泵送剂（缓凝型，液态，由减水、缓凝等多种组份复合而成），减水组份为高性能减水剂。该产品碱含量及氯离子含量等诸多指标均达到了国家标准要求，无论考虑混凝土收缩开裂还是考虑混凝土温度裂缝，本产品都起到了决定性的作用，对该工程是一种必不可少的外加剂；缓凝组份选用具有塑性、缓凝效果，能够控制商品混凝土坍落度损失及商品混凝土的初、终凝时间，并能够很好地控制混凝土的冷缝问题，在混凝土的开裂问题上也起着重要的作用。

（7）引气剂：该产品引气量稳定，气泡粒径小，且集中密集，提高了商品混凝土抗冻、抗渗性，减少了拌合物的泌水性，增加了混凝土的密实度，有利地保证了混凝土的强度。

施工单位还对施工工艺、振捣、测温、后期养护等环节制定了施工方案。

实际采用原材料复检参数结果见表 1～7，混凝土配合比见表 8。

表 1 P·O42.5 水泥复检性能指标

标稠用水量(%)安定性（雷式法）凝结时间(min) 抗压强度(MP)初凝终凝 3d 28d 28.0 合格 180 240 24.5 47.8

表 2 Ⅱ级粉煤灰复检性能指标

细度(%) 烧失量(%) 需水量比(%) 含水量(%) 14.5 2.4 88 0.3

表 3 S95 级矿渣粉复检性能指标

比表面积(m2/kg) 28d 活性指数(%) 流动度比(%) 含水量(%) 420 102 104 0.2

表 4 粗骨料复检性能指标

颗粒级配(mm)压碎指标(%) 5～31.5 2.7 0.3 0.2 7.8针片状含量(%)含泥量(%)泥块含量(%)

表 5 细骨料复检性能指标

颗粒级配细度模数含泥量(%) 泥块含量(%)Ⅱ区 2.7 1.8 0.3

表 6 泵送剂复检性能指标（掺量：占胶凝材料总量的 2.5%）

减水率(%)含气量(%) 抗压强度比(%)初始 1h 后保留值 7d 28d 15 50 2.8 2.0 122 135泌水率比(%)

表 7 引气剂复检性能指标（掺量：占胶凝材料总量的 0.025%）

减水率(%)泌水率比(%)含气量(%) 抗压强度比(%)初始 1h 后保留值 7d 28d 8 45 4.6 4.0 102 100

表 8 混凝土配合比单方原材料用量 kg/m3

水泥粉煤灰矿粉砂碎石水泵送剂引气剂180 80 100 860 990 170 9.0 0.12

4 混凝土实际应用

在该工程的施工阶段，加强测温和温度监测与管理，实行信息化控制，随时观测混凝土内的温度变化，内外温差控制在 20℃ 以内。在混凝土浇筑之后，做好混凝土的保温与保湿养护，缓缓降温，充分发挥徐变特性，降低温度应力。

施工中具体的温控措施如下：

（1）本工程为了控制温度，在混凝土浇筑体内布置了 3 个测温点，测温点分布混凝土的表面、中部和底部。混凝土的入模温度测温每台班不少于 2 次。在养护阶段，每天测温不少于 4 次。

（2）混凝土开始浇筑的时间选择了在天气为阴天无日照时。

（3）为了控制温度，在混凝土的内部预埋了冷水管道。冷水管道共分布 5 层，采用地下水冷却。混凝土浇筑过程中采用湿麻袋覆盖泵送管，并持续地浇水冷却，针对混凝土的最高温升、里表温差和降温速率以及环境温度进行现场监测。严格控制混凝土的内外温差。

（4）本工程在第一层混凝土浇筑完毕，对混凝土表面进行喷雾养护，一直持续到第二层浇筑前为止；第二层浇筑完毕后，收浆抹平，对混凝土采用原浆覆盖，临近终凝时进行二次抹压。待终凝后，盖上一层草帘并加盖一层塑料布，进行保湿、保温养护工作，根据现场监测的实际数值来调整养护措施。且养护时间不少于14 天。

通过绝热温升曲线（图 1）可以看出：混凝土的温升高峰值出现在第 7 天，之后就趋于稳定，中心温度与表面温度之差，符合 GB 50496—2009 规范中小于 25℃的要求。通过预拌混凝土配合比优化及施工单位施工最佳技术手段，控制了混凝土的内外温度，有效地预防了混凝土的温差裂缝。图 2 为现场施工情况。