大体积混凝土低热水泥与普通水泥温控防裂对比研究

康学云

（中交第二航务工程局有限公司，湖北 武汉 430000)

大体积混凝土的温控防裂问题备受关注，低水化热胶凝体系配合比、施工温度控制、养护工艺控制是避免混凝土温度裂缝的主要措施，目前工程已经形成了比较成熟技术标准和施工控制方案。低水化热胶凝体系（PLH)配合比设计是大体积混凝土温控防裂技术的关键，因其水化放热速率慢、放热量低、早期强度较低、收缩值小等特点，能很好适用于水利坝体结构低标号长龄期强度设计要求，在水利工程中有较多应用，桥梁工程中大体积混凝土配制以掺加大掺量矿物掺合料的普通水泥基胶凝（PO)材料方案为主。

1 项目概况

常泰长江大桥主航道桥采用142＋490＋1176＋490＋142=2440m双层斜拉桥，主塔采用沉井基础，主塔设计总高352m，其中承台平面尺寸为77.0m×39.8m，结构高8m，混凝土标号C40，方量为20 614m3，自下而上分为三次浇筑，第一次浇筑完成隔舱预留1.8m 高井壁混凝土及0.7m 高承台，混凝土顶面标高与盖板齐平，方量为2 321m3，第二次浇筑高度2.5m，混凝土方量为6 812m3，第三次承台浇筑高度4.8m，混凝土方量为13 333m3。

2 混凝土配比

现场拟采用低热水泥体系PLH 混凝土及桥梁工程中常用PO 混凝土配合比，两种配合比见表1，水泥技术指标见表2。

表1 低热水泥PLH及普通水泥PO混凝土配合比（kg/m3）

表2 水泥技术指标

图1 为PLH 混凝土及PO 混凝土力学性能试验结果，可以看出：PLH 混凝土3d、7d 抗压强度明显低于PO 混凝土抗压强度，PLH 混凝土与PO 混凝土28d 抗压强度分别为44.5MPa、43.2MPa，60d 两者强度相当；PLH 混凝土3d、7d 劈拉强度略低于PO 混凝土抗压强度，28d 劈拉强度相当。PLH 混凝土中虽然水泥比例较高，但低热水泥以C2S 为主，早期强度远低于同期C3S 强度，且PLH 胶凝材料颗粒细度相对较大，因此混凝土早期强度增长较慢，后期强度增长较快，后期强度与PLH 混凝土相当。

图1 PLH混凝土及PO混凝土力学性能

图2 为两种混凝土绝热温升试验结果，可以看出：PLH 混凝土与PO 混凝土绝热温升在60h之前均温升较快，而后趋于平缓；两者7d 绝热温升值分别为35.78℃和42.50℃，前者较后者低约6.72℃；两种混凝土温升速率存在显著差异，PLH 混凝土最大温升速率约为0.69℃/h，发生在约24h 左右，PO 混凝土最大温升速率约为1.80℃/h，发生在约12h 左右，前者温升速率相比后者更加平缓。

图2 PLH及PO混凝土绝热温升曲线

3 现场温控措施及监测

3.1 现场温控措施

现场温控主要采用入模温度控制、表面保温、混凝土内部铺设冷却水管等措施，PLH 混凝土及PO 混凝土主要温控措施及工况如表3 所示。其中，PO 混凝土沿层高方向布置4 层冷却水管，层间距为0.8m，PLH 混凝土沿层高方向布置5层冷却水管，为降低PLH 混凝土由于浇筑过长带来的影响，其底部水管层高进行优化加密布置，底部层高1.5m 范围内水管层布置间距为0.5m，层高1.5～4.8m 范围内水管层布置间距为1.0m，各层冷却水管在被覆盖后即开启冷却水管通水。PLH 混凝土浇筑完成后，表面覆盖一层塑料薄膜保湿，终凝后采用冷却水管出水蓄水养护，蓄水深度大于10cm，凿毛期覆盖塑料薄膜并加盖10mm 采用橡塑海绵覆盖保温养护，侧面采用钢模板带模并粘贴橡塑海绵保温；PO 混凝土浇筑完成后，顶面覆盖一层塑料薄膜保湿，终凝后采用冷却水管出水蓄水养护，蓄水深度大于20cm，侧面为钢围堰。

表3 温控构件主要温控措施

3.2 温度监测

温度监测采用智能无线数据收集、数据处理平台、在线平台报警及推送等方式，每1h 采集一次数据，PLH 混凝土测点层布置于距混凝土底面2.5m 高度处，PO 混凝土测点层布置于距混凝土底面2.0m 高度处。图3 为PLH 混凝土和PO 混凝土监测的内部最高温度、表面温度、内表温差及断面加权平均温度等混凝土特征温度随时间变化的规律，图4 位混凝土温度变化规律。

图3 混凝土特征温度变化规律

图4 混凝土温度变化规律

由图3 及图4 可以看出：

1)PLH 混凝土与PO 混凝土内部最高温度曲线在早期快速上升，主要由于此阶段混凝土水化放热量远大于冷水管所带走的热量，热量在混凝土内部快速累积，两者分别在覆盖测点后84h、41h 达到最大值62.5℃、72.6℃，混凝土温升值分别约为31℃和39℃。温峰过后，PLH 混凝土及PO 混凝土内部最高温度均曲线表现为缓慢下降，前者相比后者温度下降明显更加缓慢。

2)PLH 混凝土与PO 混凝土表面最低温度曲线发展趋势表现为先升高后降低，两者分别在覆盖测点后71h、37h 达到最大值52.0 ℃、54.8℃，随后缓慢降低，而后分别在250h、120h左右稳定在35.5℃、39.0℃左右，表面点温度曲线较为平缓，没有受环境温度波动的影响，表明混凝土表面保温层效果良好。

3)PLH 混凝土内表温差在覆盖测点呈缓慢扩大趋势，248h 达到最大值19.8℃，而后开始缓慢减小，至286h 监测结束时内表温差为17.0℃，PO 混凝土内表温差在覆盖测点后33h达到最大值17.6℃，而后维持一段时间后开始快速缩小，至178h 监测结束时内表温差为5.9℃。

4)PLH 混凝土与PO 混凝土断面加权平均温度升温速率曲线在覆盖测点后开始迅速上升，分别在19h、15h时达到最大值2.36℃/h 和3.34℃/h，而后开始快速下降，分别至74h、35h时为0℃/h，PO 混凝土断面加权平均温度升温速率在48h 时达到最小值-0.52℃/h，然后缓慢上升，PLH 混凝土在温降期升温速率稳定在-0.08℃/h 左右。

4 结论

本文比较分析了低热水泥胶凝体系（PLH)与大掺量矿物掺合料的普通水泥基胶凝体系（PO)两种典型配合比在实际应用中的特征温度历时曲线，主要得到结论如下。

1)PLH 混凝土3d、7d 抗压强度明显低于PO 混凝土抗压强度，28d 之后强度相当；PLH混凝土相比PO混凝土具有放热慢、放热速率低、温升值低的特点。

2)分析了PLH 混凝土不同凝结时间及浇筑速度对混凝土初始水化温度及混凝土浇筑完时刻混凝土芯部最高温度的影响，每0.4m 浇筑时间延长1h，混凝土初始水化温度增加约0.1～0.3℃，混凝土浇筑完时混凝土芯部最高温度增加约6.8℃；初凝时间每延长5h，对各层混凝土初始水化温度影响不明显，混凝土浇筑完时刻混凝土芯部最高温度增加约4.0℃。

3)通过对混凝土凝结时间的调控及浇筑速度控制，水管层高布置的优化，进一步降低浇筑时间过长对混凝土温控不利的影响。

4)温升期PLH 混凝土到达温峰时间相较PO 混凝土有明显推迟，PLH 混凝土温升值更低。PO 混凝土断面加权平均温度表现为“急升急降”的特点，PLH 混凝土断面加权平均温度表现为“缓升缓降”的特点，PLH 混凝土水化放热特性有利于利用冷却水管更好地把热量带出，有利于混凝土最高温度、内表温差、断面降温速率等关键指标控制。