C55高强大体积混凝土的研制及其工程应用

陈碧云

（中山市粤华混凝土有限公司）

C55高强大体积混凝土的研制及其工程应用

陈碧云

（中山市粤华混凝土有限公司）

大体积混凝土的裂缝和温度控制一直以来是混凝土行业关注和研究的课题，近年来高强大体积混凝土结构的出现更加大了该课题的难度。本文介绍了中山市古镇利和商业中心4m厚C55大体积混凝土承台基础，从原材料的对比和选用到配合比的优化，从混凝土入模温度的控制到浇筑后保温保湿养护，C55大体积混凝土成功运用到工程中，结构升温速率和幅度都在可控的范围内，有效地避免了可见裂缝的产生。

大体积混凝土；原材料；配合比；温度；裂缝

1 前言

高层建筑在当前城市建设中已成为常见的建筑形式，为保证高层建筑结构的安全性和稳定性，地基基础的荷载强度、抗震能力等要求也非常高，基础中采用高强大体积混凝土的结构也越来越常见。裂缝和温度的控制是高强大体积混凝土结构施工上的重点和难点：⑴混凝土强度高，一般都在C50以上，有的工程甚至达到C60，这就要求配合比中的水胶比不能大，否则强度无法得到保证，但胶凝材料的水化热是超大体积混凝土开裂的源头，两者存在矛盾；⑵一次性成型体积大，作为大型高层建筑的承台基础部位，最大截面高度大都在4m以上，混凝土本身是热的不良导体，水化热积聚在混凝土内部不易散发，内部温度高达60～90℃，造成内外温差、里表温差，产生温度应力，使混凝土前期强度较低时容易出现贯穿性裂缝。

2 工程概程

中山市古镇利和商业中心4m厚C55大体积混凝土承台基础，因一次性成型的部位体积较大且混凝土强度高，混凝土的温度控制是本工程的重点和难点。国内同类项目一般采用降低措施有：预埋冷却水管，利用循环水降温，但该方法对预埋水管的深度和密度，以及循环水的水温控制有一定难度，如控制不好反而会造成冷却水管周边产生温度裂缝；对生产用水进行加冰降温处理，但混凝土配合比中水的用量很少，即便是全部水都用冰水来取代，其降温效果并不显著。

经反复研究，并得到建设方、设计方、监理方的同意，最后决定在不影响结构日后安全性、耐久性等功能的前提下，对该大体积部位分两次进行浇筑，第一次浇筑约1.8m厚，保温保湿养护7天后进行第二次浇筑余下2.2m厚，第一层的混凝土终凝前可对表面进行凿毛处理，并于第二层浇筑前对松动的混凝土冲洗清净，以加强两层粘结力。从生产上，通过各种手段尽可能降低混凝土的入模温度；从施工过程中要做好充分的施工组织，并加强混凝土浇筑后的保温保湿养护。

3 原材料的选用

原材料应选用水化热热量较低、放热速率较慢的水泥。活性矿物掺合料是大体积混凝土不可缺少的组分，可加大优质粉煤灰和矿粉使用掺量，以60天强度做评定。掺用高性能聚羧酸系减水剂，可以降低水胶比，减少胶凝材料用量，对于降低混凝土的绝对温升和化学收缩、推迟水化反应的开始时间、放缓升温速率都具有显著的效果。砂、石骨料在混凝土中占80%，骨料的温度才是影响混凝土的入模温度重点，因此要用遮阳覆盖、预埋冰块等措施对骨料进行有效降温。

3.1 水泥

影响混凝土温度应力的主要因素是水泥的水化热，应优先选用矿渣水泥或中热、低热水泥。但在广东市场上，大部分水泥厂都以生产早强型水泥为主，水化反应在早期已经非常剧烈，水化热也很高。少数厂家提供的所谓“非早强型水泥”，实际上已经达到早强水泥的指标，主要是因为其使用的熟料是一样的，只是在粉磨过程或掺合物掺量上稍作调整，因此出现要不就是水化热降低的效果不明显，要不就会直接影响水泥的后期强度。

表1 各品牌非早强水泥性能指标汇总

我们对几个水泥厂家所提供的非早强水泥进行了一系列的对比试验，结果如表1。

另外，胶砂水化热温度试验法是我公司自创的一种试验法，按照GB/T17671-1999《水泥胶砂强度》中标准胶砂的比例水泥:水:ISO标准砂=1:0.5:3搅拌成约2L的胶砂，装进保温隔热性良好的热水瓶内。试验过程中，如胶砂与热水瓶的玻璃内胆直接接触，凝结过程中会造成玻璃内胆破裂，影响试验效果，因此，水泥胶砂应用保鲜袋装好再放入热水瓶内，用玻璃棒将胶砂均匀插捣，以保证各个样品试验条件基本一致，每小时测温一次（见图1）。以此方法测试水泥、掺加矿粉、掺加粉煤灰的水化热升温曲线（见图2），以及各品牌非早强水泥样品的水化热升温的曲线（见图3）。

从图2的曲线对比分析得，掺入矿粉或粉煤灰对降低水泥水化热、延迟水化热峰值出现都起到很好的效果，其中粉煤灰的作用效果比矿粉更明显；另又从图3曲线走势可以看出，英德海螺和中材天山水泥的胶砂样品升温最高值都超过为70℃，且在加水后17小时内已经到达，升温速率较快。而江门海螺和台泥水泥的最高温值都在65℃左右，但江门海螺升温及降温的速率更趋于缓慢。再结合表一中水泥细度、强度、需水量等其他指标的结果，初定选用江门海螺P.O42.5水泥作为本次主材。

3.2 其他原材料

⑴粉煤灰：广东珠海电厂的II级粉煤灰，过45um方孔筛筛余为18.0%，需水量比为94.5%，烧失量为2.4%，28天活性指数为78.2%；

⑵矿粉：广东中山市辉旺矿粉厂生产的S95矿粉，需水量比为102.4%，烧失量为5.6%，28天活性指数为100%左右；

⑶集料：选用连续级配的中砂，细度模数为2.7；碎石为中山某石场5～25mm连续颗粒级配碎石，含泥量和泥块含量分别为0.2%和0.1%，压碎指标9.5%；

图1

图2

图3

⑷外加剂：聚羧酸缓凝减水剂，浓度11%，掺量为1.6%～2.2%。

4 混凝土的试配试验

⑴根据几次前期试配，确定用水量为165，外加剂掺量为2.0%，制定以下试配方案（表2）：

表2 试验配合比

⑵通过试验结果的对比，考虑到混凝土的工作性能、坍落度损失、强度增长情况、体积稳定性，选定0.311为本试配的最佳水胶比。而通过S02、S05、S07、S08四组结果的对比，选用优质粉煤灰和矿粉作为掺合料，增加掺合料的掺量，不但能提高混凝土的工作性能，还能有效延缓凝结时间，混凝土早期强度降低，水化反应和放热速率都得到放缓，但混凝土后期强度增长显著，到60天强度基本持平，能满足设计强度的要求。

⑶参考天津高银117大厦的C50P8超大体积筏板的配合比研究［1］，建立了高强大体积混凝土配合比的评价体系，除了满足工作性能及力学性能的要求外，还应对配合比的水化热性能以及耐久性作评价。其中，耐久性指标应满足：抗渗性能≥P8；抗氯离子渗透性，按ASTM C1202，56d电通量＜1000C；抗硫酸盐侵蚀，干湿循环试验达到150次，抗压强度耐侵蚀系数大于75%；抗碱骨料反应，混凝土体系中碱总含量小于3kg/m3；抗钢筋锈蚀，混凝土体系中氯离子总含量小于0.06%；抗冻融循环性能，经300次冻融循环后混凝土的相对动弹性模量≥60%；质量损失率≤5%的要求；收缩性能，混凝土7d自收缩小于1.5×10-4，28d自收缩小于2×10-4。

根据本工程的具体情况，选择对混凝土的抗渗强度、氯离子含量、碱总含量以及收缩性能等指标作检测。测得结果如表4，各项指标均符合相关技术要求，可推定其耐久性满足要求。

5 施工工艺控制

5.1 原材料组织

库存准备好8000m3混凝土的材料用量，并与材料供应商协商好，水泥、矿粉、粉煤灰等粉料生产后必须存放不少于14天，以保证有效降至室温；砂、石骨料采取遮阳、自来水浇淋等方式进行有效降温；生产用水则进行加冰处理。

5.2 生产和运输组织

三条生产线设备，实际生产能力120方/条，50台12方混凝土搅拌运输车；对生产、质检、后勤、现场技术跟踪等工作进行明确分工，各司其职相互配合，实现生产用过程严格监控。

5.3 施工组织

将施工时间安排在晚上22：00开始，三台泵车同时运作，计划在次日10：00前浇筑完毕，避白天高温天气；底板混凝土采用斜面分层连续浇筑的方式，混凝土到现场坍落度为180±20mm，搅拌车在卸料前高速搅拌30s，避免运输途中颠簸导致混凝土分层；混凝土振捣及时充分，不得漏振、过振；混凝土初凝前后应进行二次收面，以及时愈合早期塑性裂缝；施工现场准备足量的混凝土外加剂，以便及时在现场对混凝土的坍落度进行调整。

表3 试验结果

表4

5.4 养护工艺

终凝前开始进行淋水养护，全部达到终凝后进行蓄水养护，蓄水深度0.5m，养护不少于14天。

6 总结

本次通过研究分析胶凝材料对混凝土水化热的影响，优选出合理的胶凝体系、胶凝总量及各胶凝材料的比例，明确外加剂种类及用量，从而提出合理的配合比；通过各品牌水泥对比试验、加大矿物掺合料掺量、掺用缓凝剂等方式，有效降低混凝土水化热和延缓混凝土水化热峰值。确定原材料、设计配合比后，参照高强大体积混凝土配合比评价体系，对混凝土的工作性能、力学性能以及耐久性能作出评定，最终确定工程上使用的配合比，用于中山市古镇利和商业中心工程的C55高强大体积混凝土，再结合施工过程中对骨料减温、生产用水加冰、后期蓄水养护等手段，最终顺利实现本次施工任务，水化热温度和升温速度都得到有效控制，实体结构没有出现显著裂缝。为今后高强大体积工程施工提供参考和借鉴。●

［1］余地华，艾心荧，侯玉杰，叶建，袁启涛，赖国梁.天津高银117大厦C50P8超大体积筏板混凝土配合比评价体系研究［J］.预拌混凝土，2015，（5）.

［2］陈建大.超大体积超厚C50混凝土的研制及其工程应用［J］.江西建材，2014，（12）.