大体积混凝土配合比的设计、温控计算及施工控制

大体积混凝土配合比的设计、温控计算及施工控制许晗张天亮山东广信工程试验检测有限公司山东摘要：本文以长沙滨江新城车站基础筏板大体积混凝土配合比的设计为例，阐述大体积水泥混凝土配合比的设计思想及温控措施。关键词：大体积混凝土、温控计算1111、引言：大体积混凝土是指混凝土结构物中实体最小尺寸大于或等于1m的部位所用的混凝土。大体积混凝土的特点是混凝土用量较大，水泥水化热多，混凝土的内部温度上升急速。由于混凝土自身是热的不良导体，散热较慢。混凝土的表面与内部散热速度不一，易形成温差，产生温度拉应力。当温度拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时，将使混凝土产生开裂。从而影响混凝土的使用寿命。因此大体积混凝土施工之前，必须进行混凝土配合比的设计和温升的计算，以保证混凝土的施工质量。长沙滨江新城地铁车站基础筏板面积1300m2，厚度1.3m，混凝土强度等级为C35P6的抗渗混凝土，总方量约为1700m3，，设计要求60d的混凝土强度等级达到C35P6的要求，是典型的大体积钢筋混凝土结构。《大体积混凝土工程施工技术规程》提出温度控制指标如下：①混凝土浇筑温度在5℃～35℃②混凝土内外温差不应超过25℃③混凝土的降温速率不宜大于3℃/d④高层建筑及大型建筑物的基础，混凝土表面温度和环境温度之差不应大于25℃。因此大体积混凝土温度控制需在配合比和施工两个方面控制。2222、大体积混凝土配合比设计的主要原则大体积混凝土配合比设计的关键在于减少水泥的水化热量，降低混凝土内部的水化温升。在设计时应遵循下述原则：1采用双掺或三掺技术，以粉煤灰、矿渣粉取代部分水泥，降低单方混凝土的水泥用量。水泥在硬化过程中要放出大量的水化热，使混凝土内部温度大大提高，正是由于这种水化热的大量聚集，造成混凝土内外温差增大，从而引起混凝土的温度裂纹。常温下，不同品种的水泥的水化热值是不同的，普通硅酸盐水泥的水化热要高于矿渣硅酸盐水泥。2在保正混凝土强度及和易性的前提下，尽可能降低混凝土的水胶比，以降低单方混凝土的用水量，并适当提高矿物掺合料的用量，从而达到降低单方混凝土的水泥水化热量。3由于大体积混凝土浇筑方量较多、作业面大、持续时间长，新拌混凝土应具有较长的初凝、终凝时间，坍落度的经时损失值要小。3333、原材料的选择及配合比的确定大体积混凝土原材料的选择原则是：A、应选用水化热低、凝结时间长的水泥，优先选用大坝水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥。B、粗集料宜采用连续级配，细集料宜采用中砂。C、大体积混凝土宜掺用缓凝剂、减水剂和减少水泥水化热的掺合料。D、大体积混凝土在保证混凝土强度及坍落度要求的前提下，应提高掺合料及集料的含量，以降低单方混凝土的水泥用量。在该筏板基础大体积混凝土的选材上，我们选用P.S42.5水泥、一级粉煤灰和S95级矿渣微粉。细骨料选择级配良好、含泥量1.2%的二区河砂；粗骨料粒径尽可能选用大粒径骨料。但由于泵送管径的限制，我们选用5～25mm连续级配的碎石。为保证混凝土的工作性能，降低早期水化热，减水剂选用聚羧酸高效缓凝减水剂。以所选原材料为基础，遵循上述配合比的原则，经过多次混凝土配合比设计、试验，我们最终确定该筏板基础混凝土配合比为：水泥粉煤灰矿渣粉砂子碎石水聚羧酸缓凝减水剂5～1010～252101201207872008001454.5新拌混凝土的坍落度为195mm，初凝时间16.5h。4、大体积混凝土温度控制的计算温控计算是大体积混凝土施工过程温控施工方案的前提条件，也是温控标准的主要依据。，混凝土浇筑后，三天内会释放出50%的水化热，因此，在满足配合比强度的要求下，要优先选择低水化热品种的水泥，尤其在大体积混凝土工程中，更应进行热工计算，减少混凝土的内外温差。合理选择混凝土的原材料，优选水化热低、凝结时间长的矿渣水泥和缓凝高效减水剂。①、混凝土的降温系数见下表day36912151821242730ξ(t)0.740.730.720.650.550.460.370.300.250.24②、混凝土的中心温升计算T(t)=T环境温度+T混凝土入模温度+ξ(t)(1-e-mt)CQ/cρ式中：T(t)－浇筑完混凝土一段龄期(d)，混凝土的中心温升值C－每立方米水泥用量(Kg)；Q－每公斤水泥水化用量(J/Kg)，水泥品种不同，水化热不同，42.5级矿渣水泥的水化热3d为175～180kJ/kg，取中值178kJ/kg；7d为200～213kJ/kg取中值206kJ/kg；42.5级普通硅酸盐水泥的水化热3d为245～251kJ/kg；7d为290～303kJ/kg，也随水泥各自的细度不同而不同。C－混凝土的比热：0.92～1.00，一般取0.96；ρ－混凝土密度2350～2450Kg/m3；e－常数为2.718；m－经验系数,一般为0.2～0.4。t－龄期(d),ξ(t)－降温系数。考虑粉煤灰的放热，则T(t)＝T环境温度+T入模温度+ξ(t)(1-e-mt)CQ/cρ+F/50；F：每立方米粉煤灰用量(Kg)。入模温度考虑为25℃，环境温度假定为35℃。则：三天时大体积混凝土的中心温度为：T(3)=35+25+0.74（1-e-0.3×3）×330×178/(0.96×2400)+120/50=73.6℃长沙市7月底室外环境温度按35℃考虑，则理论上讲，内外温差为38.6℃。故工区施工需要做保温养护处理。具体方法可加毛毡、无纺布、棉被等。以降低内外温差，使温差小于25℃。根据以往大体积混凝土的施工经验，结合长沙市年平均气温情况，选择在4月上旬和10月底施工为最理想，气温在10－25℃之间，平均气温16℃左右。此时气候体积对大体积混凝土施工极为有利。降低混凝土的入模温度，从而控制中心温升值。而7月下旬的长沙市，浇筑时日平均气温35℃左右，白天最高气温40℃，气候条件对大体积混凝土的施工极为不利。5555、大体积混凝土的施工过程控制①、钢筋绑扎。1.3米厚的大底板，钢筋为上下各1排φ32@150，钢筋密度很大，上面1排钢筋需采用可靠的支撑系统。现场采用40×40×4角钢与8＃槽钢结合的Y型支架，间距3m×2m来支撑上部钢筋和施工荷载，收到了很好的效果。施工过程未出现上部钢筋下沉及倾斜现象，上部和下部钢筋同方向重叠绑扎，确保混凝土施工中，混凝土可以顺利流淌入钢筋间隙。为防止大体积混凝土表面开裂，在混凝土上表面即上层钢筋的上面增设双向ф6@150钢筋，有效地防止了混凝土表面的收缩裂缝。②、混凝土的振捣：大体积混凝土的施工过程中，混凝土振捣越密实，越不易开裂，为此，1.3米厚底板上共设置振捣棒20根，分别按部位，在流动混凝土的前、中、后将责任落实到人振捣，重点注意柱、剪力墙部位，以防漏振。底板侧开口，开始时，防止混凝土振捣的操作人员从侧面进入底板内，进行下部振捣，确保混凝土的密实度和杜绝下部漏筋。同时底板上下各设置3名管理人员用对讲机联系，上面管理人员将看到的问题即使反应给下面人员，及时处理振捣过程中发现的问题。③、混凝土的入模温度控制：混凝土的入模温度直接影响混凝土中心温升值，因而降低混凝土的入模温度是大体积混凝土施工的一个重要控制内容。在混凝土浇筑前，控制混凝土的入模温度宜≤30℃，为达到这一要求，混凝土搅拌站采取了如下措施：混凝土罐车保温、砂石场地覆盖、混凝土用冰水搅拌，以降低拌合物的出机温温度。采取以上措施后，混凝土的出机温度在20℃左右。由于大体积混凝土浇筑在7月下旬，室外气温白天基本在35℃～40℃之间，实际入模温度在28℃左右。④、混凝土的现场入模。大体积混凝土的浇筑需避开雨天，及时从气象部门了解天气变化情况，避开高温时段，浇筑从下午6点开始，混凝土拌合站两台180型搅拌机搅拌，15辆罐车运输，14小时完成基础大体积混凝土的浇筑，避免了高温阶段的施工。⑤、混凝土的保温和测温大体积混凝土施工中抗裂措施属第一位。在方案考虑和现场施工中，混凝土的保温和测温工作不能忽视，为此现场采取如下措施：埋设测温点：整个底板埋设测温点12个(具有代表性的点)，每点分上、中、下，共计36个预埋式温度传感器，用电子测温枪测量读数，基本上反映了整块大体积混凝土的表面、中心、下部温度，埋设工作安排在浇筑前的12h进行，避免温度传感器丢失和破坏。设置降温水管：在整个基础结构中，每隔40cm左右布置一层金属降温水管，水管内流动着温度较低的自来水，以降低混凝土水化反应导致的温度升高。混凝土表面保温：为避免混凝土的表面温度与中心温度之差过大(规范规定≤25℃)，大体积混凝土浇筑完需在表面覆盖保温材料，通过保温材料的增减来控制日降温速度和内外温差。结合混凝土的养护，现场覆盖二层塑料布，五层无纺布帘被，实现大体积混凝土的保温和养护。大体积混凝土的测温：根据混凝土的升温速率来决定测温频次，在混凝土浇筑完三天至五天时间内，基本保证2～4小时测一次，之后，4～6小时测一次。以避免中心平均温度与表面平均温度之差超过25℃。7天后撤掉所有塑料布及保温无纺布帘被观察，混凝土表面无裂纹。基础大体积混凝土一次浇筑成功。6、大体积混凝土的几点体会：①、大体积混凝土施工时要对混凝土的原材料严格控制：采用大掺合料普通硅酸盐水泥混凝土；采用混凝土的60天强度R60代替28天强度R28，以降低水泥用量来降低水化热；在可能的情况下，尽量采用粒径较大的粗骨料，以减少用水量及水泥用量；对粗细骨料的含泥量严格控制。②、大体积混凝土施工时必须掺加有效的外加剂。掺加一定比例的高效减水剂，以减少用水量及水泥用量；掺加一定数量的磨细粉煤灰，改善混凝土的坍落度和粘塑性，满足可泵性要求；或掺少量UEA膨胀剂，以增强混凝土的抗裂性；根据缓凝时间要求，掺加一定数量的缓凝剂；③、在高温季节进行大体积混凝土施工，要对混凝土入模温度进行有效的控制。对混凝土出罐温度进行控制，混凝土用水进行降温；混凝土用砂石要提前进行覆盖，避免暴晒；控制砼入模温度：所用混凝土罐车加湿保温被降温。在施工混凝土流淌的斜面之上钢筋网片上覆盖湿润草帘被；用麻袋将地泵的泵管包裹，以保证温度不升高。④、加强混凝土的测温和覆盖保温工作：混凝土浇筑完后，通过测温，随时了解混凝土中心与表面的温差。覆盖层的薄厚直接影响混凝土表面与中心温差的大小。中心温度缓降速率要基本保持均匀。混凝土的中心最高温度出现在混凝土浇筑完后的第三天。混凝土的中心温度从开始的不均衡性逐渐趋于均衡。结束语：控制大体积混凝土不开裂，应控制①混凝土中心与表面的温度差不超过25℃。②混凝土配合比设计时，在保证强度和耐久性的前提下，尽可能地增大掺合料的用量，降低水泥的用量，以减小水泥水化热量的数量。③养护上做到保温、保湿、实行二次抹压或二次振捣。④在结构设计上留置好后浇带或膨胀加强带，设置温度配筋，以增强抵抗温度应变的能力。随着铁路、隧道、公路桥梁、工民建的发展，工程形式的复杂化，我们将会遇到很多很多的大体积混凝土工程。了解设计、施工和环境条件的变化，遵循大体积混凝土施工原则的要求，以规范为基础，借助经验，按规律办事，避免大体积混凝土温度裂缝也不是不可能的。参考文献：1、《新实用混凝土大全》冯乃谦主编2、《大体积混凝土施工技术规范》GBT50496-20093、《大体积混凝土工程施工技术规程》DB33/T1024-2005(J10655-2005)【S】中国建筑工业出版社，2005大体积混凝土配合比的设计、温控计算及施工控制作者：许晗，张天亮作者单位：山东广信工程试验检测有限公司刊名：城市建设理论研究（电子版）英文刊名：ChengShiJiansheLiLunYanJiu年，卷(期)：2011(30)本文链接：