大体积混凝土配制及性能研究

袁筱乐，张盛

（1. 扬州市平维混凝土有限公司，江苏扬州225000；2. 江苏诚意工程技术研究院，江苏徐州221131）

大体积混凝土配制及性能研究

袁筱乐1，张盛2

（1. 扬州市平维混凝土有限公司，江苏扬州225000；2. 江苏诚意工程技术研究院，江苏徐州221131）

大体积混凝土结构容易产生温度裂缝，而混凝土在硬化前后内部及表面的温度差是产生温度裂缝的主要原因之一。本研究结合江苏省华电扬州发电有限公司工程项目基础底板结构的特点，从水化热角度进行了原材料优选，同时进行了大掺量粉煤灰混凝土配制及性能研究，提出了符合工程要求的大体积混凝土配合比。

大体积混凝土；水化热；大掺量粉煤灰

0 引言

大体积混凝土是指混凝土结构物实体最小几何尺寸不小于1m 的大体量混凝土，或预计会因混凝土中胶凝材料水化引起的温度和收缩而导致有害裂缝产生的混凝土[1]。大体积混凝土硬化期间，由于水泥水化过程释放的水化热所产生的温度变化而产生的温度应力，往往导致大体积混凝土结构出现有害裂缝。

采取合理措施降低水化热，控制混凝土内外温差防止过大干缩是大体积混凝土质量控制工作的重点。对于大体积混凝土，随着浇筑厚度不同、采用水泥品种不同、掺合料品种及掺量不同、外加剂品种不同等，其水化温度峰值也会有所不同，核心区绝热温升可达到60℃ 至 70℃ 甚至更高。所以控制混凝土的水化热是降低大体积混凝土内外温度差的关键技术。

1 工程概况

江苏华电扬州发电有限公司工程位于全国历史文化名城江苏省扬州市东北郊，京杭大运河和古运河交汇处，南邻宁通高速，北接宁启铁路。江苏华电扬州2×400MW 级燃机工程 ，燃机汽机发电机基础图由中国东方电气设计。其机岛下部结构，形式为不规则大体积底板基础（示意图见图1），最小深度为2.5米，最大深度可达5.5米。基础结构设计使用年限为50 年，建筑结构安全等级为二级。

图1 底板基础示意图

2 原材料选择与控制

2.1 水泥

水泥性能及用量是影响水化热的关键因素。Burrows R W[2]总结，一味快速施工的需求导致了水泥在半个世纪以来细度增加了不止1倍，水泥细度增加，早期水化速度明显加快，因此虽然增加了早期强度，却导致早期的放热速率也急剧增加。根据相关的标准或指南，以及大量的研究工作总结，建议控制水泥比表面积≤350m2/kg，C3A≤8.0%，碱含量≤0.6%。工程采用扬州亚东 P·O42.5级水泥，相关技术指标见表1。

表1 水泥技术指标

2.2 粉煤灰

单从降低胶凝材料水化热角度而言，掺粉煤灰的效果最佳[3]，工程采用扬州华维II级粉煤灰，相关技术指标见表2。

表2 粉煤灰技术指标

2.3 细集料

选用江砂，细度模数2.6，表观密度2660kg/m3，堆积密度1560kg/m3，含泥量 0.9%。

2.4 粗集料

选用石灰岩碎石，粒径5～31.5mm 连续级配，压碎值指标 7.8%，表观密度2700kg/m3，针片状含量6%，含泥量 0.3%。

2.5 外加剂

缓凝型高效减水剂能有效延缓水化热的释放，降低水化热放热峰值，使混凝土水化热释放趋于平缓，避免中心部位混凝土温度急剧上升导致温差增大[4]，同时由于延缓了混凝土的凝结时间，有利于在浇筑和振实大体积混凝土时不致形成施工冷缝。工程选用扬州科杰 SPVI 缓凝型高效减水剂，其性能指标见表3。

表3 外加剂性能指标

3 大体积粉煤灰混凝土的配制与性能研究

按照规范要求在选定的原材料基础上，开展了不同粉煤灰掺量对混凝土性能的影响试验研究，并进行了相关性能检测。

3.1 配合比

混凝土配合比设计时在满足设计强度要求的前提下（固定水胶比），尽可能的减少水泥用量，本次试验用水量设计为155kg/m3，以减少水泥的水化热产生，从而降低混凝土的温升。

3.2 混凝土拌合物性能

按照 GB/T50080—2011《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》将表 4进行了混凝土拌合物性能检测，性能指标如表5所示。试验结果表明 C3轻微泌水，C1经时坍损较大，C2 混凝土和易性满足要求。

表4 不同粉煤灰掺量混凝土配合比

表5 混凝土拌合物性能

3.3 混凝土力学性能

根据 JGJ55—2011《普通混凝土配合比设计规程》设计原则，可利用60d 或 90d 强度作为混凝土强度评定及混凝土配合比设计的依据。经设计单位同意，本结构工程大体积混凝土（表 4配合比）均采用60d 龄期作为混凝土强度评定的依据，混凝土力学性能检测如表6所示。

表6 混凝土力学性能

从表6中可以看出，随着粉煤灰掺量的增加，混凝土前期抗压及劈拉强度明显下降，但后期随着粉煤灰与混凝土中的 Ca(OH)2进行水化反应，混凝土内部更加密实，其抗压及劈拉强度逐渐提高。

3.4 混凝土耐久性能

根据 GB/T50080—2011《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行相关耐久性试验，试验结果如表 7所示。

表7 混凝土耐久性能

从表 7中反应出3个配合比其抗渗强度等级均满足设计要求；混凝土收缩随着粉煤灰掺量的提高而逐渐变小，说明粉煤灰可以改善混凝土收缩；随着粉煤灰掺量的提高，混凝土抗碳化能力逐渐减弱；电通量所示结果表明，大掺量粉煤灰混凝土在56d 龄期后其抗氯离子渗透性能符合要求。

3.5 混凝土的绝热温升

从图2 中可以看出 8d 最高绝热温升分别为37℃、34.2℃、31.5℃，随着粉煤灰掺量的增加，混凝土的绝热温升明显降低，有利于大体积混凝土的温度控制。

图2 不同粉煤灰掺量混凝土的绝热温升

3.6 大体积混凝土配合比选择

根据试验结果，综合混凝土工作性能、力学性能、耐久性能及混凝土的绝热温升，江苏华电扬州发电有限公司燃机、汽机工程基础底板等大体积混凝土结构配合比选择表 4中编号 C2。

4 工程应用情况

试配研究的混凝土配合比 C2 成功应用于江苏华电扬州发电有限公司燃机、汽机工程基础底板等大体积混凝土工程中。为了控制混凝土的内外温差，以便随时采取相应措施，需要对混凝土进行温度监测和控制。

测温点的布置测温点根据 GB50496—2009《大体积混凝土施工规范》相关要求布置。在基础浇筑前，预埋测温管沿着基础的高度分上、中、下3层，按结构部位分基础周边、中部、肋部布设，平面测点间距不大于 4m，高度方向测点距离为 0.5～0.8m，距上表面20cm、下距下表面20cm。以下是底板基础测温点布置示意图见图3。

图3 测温点布置

基础混凝土浇筑完12 小时后立即进行测温，并做好详细记录，最终实测基础底板混凝土成型前后的内外温度差在14.8～23℃，符合设计要求。工程应用结果表明，混凝土工作性能、力学性能、耐久性性能均满足规范及工程要求。

5 结论

（1）大体积混凝土配合比设计时，在保证力学性能及耐久性能的前提下，应重点从水化热角度出发控制混凝土早期内外温度差，从而避免温度裂缝的产生。控制水泥细度及用量，合理掺用粉煤灰，选用缓凝性高效减水剂等方法是降低水化热的有效途径。

（2）随着粉煤灰掺量的提高，混凝土的前期力学性能明显降低，但60d 龄期力学性能均能满足设计要求。

（3）粉煤灰的掺入可以减少混凝土的收缩，但其抗碳化能力逐渐减弱。

（4）粉煤灰掺量从30% 到50%，所配制的混凝土60d 抗压强度均符合工程结构强度等级要求。

[1] GB50496—2009．大体积混凝土施工规范[S]．

[2] R W Burrows．廉慧珍等译．混凝土的可见与不可见裂缝[M]．北京：中国水利水电出版社，2013．

[3] 吴景辉，董维佳．掺矿粉、粉煤灰对水泥水化热的影响[J]．粉煤灰，2005(6):20-25．

[4] 黄允宝，刘建忠，毛水琳．大体积混凝土的配合比设计及其工程应用[J]．江苏建筑，2006(2): 47-49．

Study on the preparation and performance of massive concrete

Yuan Xiaole1, Zhang Sheng2
(1. Yangzhou Pingwei Concrete Co., Ltd., Yangzhou225000;2. Jiangsu Sincerity Engineering Technology Research Institute, Xuzhou221131)

The massive concrete structure is easy to produce temperature cracks, and the temperature difference between the inner and the outer surface of the concrete is the main cause of the temperature cracks. With the Jiangsu Huadian Yangzhou Power Generation Characteristics of Structural Engineering Project Foundation Limited, from the angle of hydration heat of raw materials are also carried out, and properties of high volume fl y ash concrete, massive concrete mix proportion is proposed in accordance with the requirements of the project.

massive concrete; hydration heat; high volume fl y ash

袁筱乐（1982—），女，本科，2004年毕业盐城工学院材料工程专业，之后一直从事混凝土的原材控制、配合比配制及工程应用等工作。

［通讯地址］江苏省扬州市华电路江苏华电扬州发电有限公司南门（225000）