大体积承台混凝土配合比设计及温度监控分析★

周耀旭 张亚峰 姜 磊

(云南建投绿色高性能混凝土股份有限公司，云南 昆明 650000)

0 引言

大体积混凝土是指混凝土结构实体最小尺寸不小于1 m的大型混凝土，或预计会因混凝土中胶凝材料水化引起的温度变化和收缩而导致有害裂缝产生的混凝土。云南某桥主墩分为6号和7号墩，主墩承台为25颗群桩承台，且主墩承台均为整体式承台，承台结构尺寸：29.2 m×29.2 m×6 m。单个承台混凝土设计量为5 115.81 m3，承台混凝土等级为C30，属于典型的大体积混凝土结构，且施工时正值春季，当地平均气温25.4 ℃，最高气温40 ℃，昼夜温差大，大风天气多，因此易引起大体积混凝土结构开裂，这些裂缝往往会给工程的质量带来危害，必须采取措施，控制温度裂缝，确保结构安全性和耐久性[1-4]。

1 原材料

水泥采用P.O42.5级水泥，其物理力学性能指标见表1；矿物掺合料采用S75级粒化高炉矿渣粉(简称矿渣粉)，其技术指标见表2；细骨料采用细度模数为2.8的河砂；粗骨料采用4.75 mm～25 mm连续级配碎石；外加剂采用聚羧酸高性能减水剂，其技术指标见表3；水为自来水。

表1 水泥的物理力学性能

表2 矿渣粉性能指标

表3 高性能聚羧酸减水剂性能指标参数

2 配合比

综合大体积混凝土施工特点，同时考虑工程环境特点，论文采用掺加一定比例的矿渣粉和高效减水剂，以增加混凝土的和易性、降低混凝土早期的水化热，依据JGJ 55—2011普通混凝土配合比设计规程设计配合比，保持胶凝材料及容重不变，以0，25%，35%，45%的矿渣粉掺量作为试验配合比，进行工作性、抗压强度、抗裂性能以及绝热温升的测试，试验配合比如表4所示。

3 混凝土的性能

依据GB/T 50080—2002普通混凝土拌合物性能试验方法标准、GB/T 50081—2002普通混凝土力学性能试验方法标准及GB/T 50082—2009普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法所述方法，对C30大体积承台混凝土进行工作性、力学性能及抗开裂性能的测试，结果如表5所示。

表4 C30大体积承台混凝土试验配合比 kg/m3

表5 C30大体积承台混凝土工作性及力学性能

由表5可知，相较于未添加矿渣粉的混凝土，添加矿渣粉有助于提高混凝土的流动性，并且随着矿渣粉的增加，混凝土的流动性呈逐渐增大的趋势，混凝土的粘聚性良好，然而混凝土的抗压强度随着矿渣粉掺量的提高而降低，在矿渣粉掺量为35%时，混凝土的工作性良好，满足大体积承台混凝土泵送的施工要求，60 d抗压强度为39.4 MPa，达到设计强度的131%，也满足规范以及设计强度等级的要求。

而且由表5可知，相对于K1基准组，矿渣粉的掺入有效减少了混凝土单位面积上的总开裂面积及最大裂缝宽度，且随着矿渣粉掺量的增加，单位面积上的总开裂面积和最大裂缝宽度呈现先减小后增大的趋势，当矿渣粉掺量为25%时，混凝土单位面积上的总开裂面积与最大裂缝宽度最小。但当矿渣粉掺量达到45%时，混凝土单位面积上的总开裂面积迅速增加，开裂风险明显增大。

4 混凝土的绝热温升

根据表4配合比，利用混凝土绝热温升测定仪对不同矿渣粉掺量下混凝土的温升值进行检测。结果如表6所示。

由表5和图1可知，未添加矿渣粉的基准组混凝土早期绝热温升高且升温速率较快，而相对于基准组矿渣粉的加入可以有效降低混凝土的绝热温升，且随着矿渣粉的增加，混凝土的绝热温升逐渐降低，每立方米混凝土中水泥用量每减少10 kg，混凝土的绝热温升下降1.4 ℃左右。这是由于矿渣粉的加入，一方面取代部分水泥，水泥用量减少，另一方面，能够有效的延缓胶凝材料的整体水化放热速率和降低水化放热总量，因此绝热温升降低且发展缓慢，并且掺量越高效果越明显。

表6 不同矿渣粉掺量下混凝土的绝热温升 ℃

综合考虑混凝土的工作性、力学性及耐久性，结合工程环境，在矿渣粉掺量为35%时，承台大体积混凝土既有良好的工作性、力学性和抗裂性能，又可以有效降低混凝土的水化热。

5 承台大体积混凝土的温控措施

5.1 冷却水管及测温点布置

大体积承台采用冷却循环水的降温方式，根据GB 50496—2009大体积混凝土施工规范中的规定，混凝土浇筑体中心温度和表面温度的监测点布置在每层浇筑体的对称轴的半条轴线上，结合工程实际环境，确定冷却水管以及测温点的布置，冷却水管6层，上下层间距100 cm，水平间距100 cm，冷却水管及测温点如图2,图3所示。

5.2 温度监控结果

如图4所示为承台部分特征观测点温度记录，承台浇筑期间气温为25 ℃左右，通入冷却水对混凝土进行散热降温，减小内部与混凝土表面温度差。施工期间严格控制冷却水的进水温度和时间，进水温度控制在与混凝土中心温度相差20 ℃左右，在混凝土的升温阶段即可通水，一般是当混凝土覆盖冷却管时，即可通水，以保证混凝土的温控质量，通过图2可知，承台内部与表面的温度在0 h～60 h上升速度较快，在75 h左右达到最高温升，之后在冷却水的作用下逐渐降温，降温速率趋于平稳，降温速率不超过2 ℃/d，且混凝土内外温差不高于25 ℃，同时混凝土表面温度与大气温差小于20 ℃，各项温度指标均保持在规范所要求的范围内，可见采取冷却水管的降温方法以及温度监测点的布置是合理的。

6 结语

1)掺入矿渣粉可以有效的降低混凝土的水化放热量和绝热温升，改善混凝土的和易性和开裂性能；满足混凝土工作性能和力学性能要求的前提下，矿渣粉的最佳掺量为35%，同时混凝土具有良好的抗开裂性能和较低的水化热。

2)布置合理的循环冷却水管可以有效的降低混凝土内部温升和混凝土芯表温差，最大芯表温差为24 ℃左右，芯部最高温度为54 ℃左右，均符合大体积混凝土温度控制要求。