三掺”技术在C40P8大积混凝土中应用研究

文摘 2025-01-11 07:03 河南

大体积混凝土是指混凝土浇筑厚度、长宽尺寸不小于1m，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。大体积混凝土浇筑后，在其硬化和水泥水化过程中，产生大量水化热，而混凝土体积厚大，水化热和环境的交换路径长，造成结构内部产生及不均匀的温度分布，由于混凝土内部的热量散发较慢，而表面散热较快，从而形成较大的内外温差，由此导致混凝土内部表面产生温度应力，当温度应力大于混凝土同龄期的抗拉强度时就易在混凝土表面产生裂纹。当混凝土内部逐渐散热冷却收缩时，因受约束，接触处将产生很大的拉应力，当拉应力超过同龄期混凝土的极限抗拉强度时，与约束接触处会产生裂纹，甚至可能贯通整个混凝土块体，由此造成严重的质量事故。因此大体积混凝土工程施工时应严格把关。

1工程概况

中山市某公路快速化改造工程，下沉式隧道起于K1+550止于K2+125，全长575m。其中西端敞开段长170m，东端敞开段长195m，其交叉路段为暗埋段，长210m，主线敞开段采用U形结构，底板厚度0.8～1.1m；主线暗埋段采用单箱双室结构，底板厚度1.1m。底板混凝土采用C40P8防水混凝土。

为确保大体积混凝土的施工质量，需要在原材料的选择、混凝土配制技术、混凝土养护方法、后期养护等方面采取相应措施，以控制混凝土在浇筑过程中产生的温度应力问题。

2粉煤灰、矿渣粉及抗裂防水剂三掺技术

粉煤灰在混凝土中可通过活性效应、形态效应和微集料效应，填充混凝土中的毛细孔及其它孔隙，提高混凝土保水性能，改善混凝土内部孔结构，提高混凝土密实性。

粒化高炉矿渣粉（以下简称矿粉）因其细度高、比表面积大，其活性在碱性条件下得到充分激发，胶凝系数相对较高，质量也相对比较稳定，它可使混凝土和水泥的多项性能得到了极大的提高和改善。

抗裂防水剂是由硫铝酸盐微膨胀剂、聚丙烯纤维、防水剂、增强剂等多种功能材料复合而成，具有微膨胀性能和阻裂纤维的共同优点，可同时从物理和化学两方面提高混凝土的抗裂能力。

在混凝土中同时掺入粉煤灰和矿粉，可充分利用水泥熟料、粉煤灰和矿粉的不同形态、不同粒径大小、不同表面活性按一定比例进行搭配，充分发挥粉煤灰和矿渣粉的活性效应、形态效应、微集料效应，改善混凝土和易性、体积稳定性、早期强度、后期强度、耐久性，并可提高掺合料取代水泥的比例，从而降低混凝土的水泥用量。

在利用粉煤灰和矿粉取代水泥的同时，在混凝土中适量掺加聚羧酸减水剂，降低了水胶比，减少了水泥用量，从而大大降低了混凝土水化热，延缓了水化热峰值出现的时间，对控制混凝土的温度裂缝和收缩裂缝极为有利。在混凝土中掺入具有微膨胀性能和聚丙烯纤维的抗裂防水剂，①可抑制混凝土的开裂进程；②可补偿或减少混凝土的收缩，有效的防止混凝土开裂。同时，其中的膨胀剂可以看作是与水泥相似的一种无机胶凝材料，可取代部分水泥，降低混凝土的水泥用量。

3原材料选择

⑴水泥：选用广州市珠江水泥有限公司生产的“粤秀”牌P·O42.5R水泥，基本性能指标见表1。

⑵细骨料：选用江门泰盛石场产机制砂，基本性能指标见表2。

⑶粗骨料:选用江门长顺石场生产的花岗岩质碎石，基本性能指标见表3。

⑷粉煤灰：选用珠江电厂生产的Ⅱ级粉煤灰，基本性能指标见表4。

⑸矿粉：选用首钢产S95矿粉，基本性能指标见表5。

⑹减水剂：选用广东红墙新材料股份有限公司产CSP-11聚羧酸缓凝型高效减水剂，基本性能指标见表6。

⑺抗裂防水剂：选用阳江陌和建材科技有限公司产SY-K纤维膨胀抗裂防水剂，基本性能指标见表7。

4配合比要求

大体积混凝土产生裂缝的原因较复杂，配合比设计首先要考虑的问题是温控防裂；其次考虑掺入抗裂防水剂补偿或减少混凝土收缩。温控防裂要做到降低水泥用量，掺入混合材，从而降低水化热；降低原材料温度和输送过程的温升，从而降低混凝土入模温度；严格落实养护方案和温度监测，从而控制内外温差不超过20℃。

在满足设计强度前提下，采取如下技术控制措施：

⑴采用“粉煤灰、矿渣粉及抗裂防水剂三掺技术”，有效降低大体积混凝土的水化热、抑制混凝土的开裂进程，补偿或减少混凝土的收缩；

⑵通过加冰降低水温、砂石料仓棚盖遮阳、冷水喷淋降低砂石温度，从而降低混凝土出机温度，确保混凝土入模温度低于28℃；

⑶混凝土坍落度宜为150±20mm；

⑷混凝土初凝时间控制在8h～10h之间；

⑸通过大体积混凝土热工计算（含混凝土配合比、热工参数），确定养护方案。

底板混凝土C40P8，坍落度为150mm，混凝土配合比详见表8。

⑴混凝土出机温度计算见表9，出机温度：

T_c=[Σ(M*C*T)+350×4.1868-80×4.1868×0.8×P×(M_w-q_sM_s-q_gM_g)]/Σ(M*C)=27.2(℃)

⑵混凝土浇筑温度计算见表10，砼浇注温度：T_p=T_c+(T_a-T_c)(θ₁+θ₂+θ₃)=27.1(℃)

⑶混凝土绝热温升计算见表11，绝热温升值：

T_(t)=WQ/Cρ(1-e^-mt)=58.7(℃)

⑷混凝土各龄期内部实际温度预测见表12。

依据比渥准则数B_i，通过△T=B_i/(B_i+2)*(T_1(t)-T_a)测算，15天龄期内，内外温差大于20℃，表面都需加设保温层进行保温养护。

⑸混凝土浇筑体表面保温材料及厚度。

保温层必需的的传热系数K=40/(T_1(t)-Ta-20)*(λ/b)=6.32W/(m²·K)。

保温层必需的的总热阻R_s=0.158(m²·K)/W。保温层材料计划塑料薄膜覆盖、土工布养护，热阻计算见表13。

R_s=δ₁/λ₁+δ₂/λ₂+1/βμ=0.207(m²·K)/W，满足保温所需。

⑹确定养护方案。

底板边浇筑成型边覆盖塑料薄膜、待可以上人时，在塑料薄膜上，再及时覆盖1公分厚的土工布保温，喷雾保湿，养护15天。

为保证大体积混凝土质量，在生产过程中采取了以下技术措施：

⑴严格控制原材料质量。

⑵过程质量控制：

①搅拌时间延长20～30秒，使矿粉、粉煤灰和抗裂防水剂在混凝土中充分分散，搅拌均匀；

②通过对加冰率的控制和冷水喷淋降低砂石温度，降低混凝土出机温度，并对混凝土出机温度进行检测和控制；

③试验室技术人员对生产过程进行监控，确保混凝土和易性和坍落度满足施工要求。

⑶混凝土养护

为确保工程质量，按照“大体积混凝土热工计算”确定的养护方案，在底板混凝土边浇筑成型边覆盖塑料薄膜，待可以上人时，在塑料薄膜上，再及时覆盖1公分以上厚度的土工布保温，喷雾保湿，养护15天。

通过采用粉煤灰矿渣粉及抗裂防水剂三掺技术和采取以上质量控制措施，保证了中山市某公路快速化改造工程下沉式隧道底板混凝土的质量，依据GB14902《预拌混凝土》标准，在生产过程中以每200m³作为一个取样批，共抽检96组试件检测混凝土抗压强度，标养28天测得强度最小值为44.3MPa，强度平均值为47.8MPa，混凝土和易性良好，泵送顺利。现场测得混凝土入模最高温度27.5℃，混凝土里表最大温差18.9℃。养护结束后对底板混凝土进行检查，未发现有害裂缝，受到工程甲方和施工单位的好评。

5结束语

⑴通过采用粉煤灰矿渣粉及抗裂防水剂三掺技术，利用矿粉和粉煤灰的潜在活性及抗裂防水剂胶凝材料性能，大大减少了水泥用量，降低了水化热，有效抑制了混凝土温差裂缝的形成；

⑵抗裂防水剂能抑制混凝土的开裂进程，补偿或减少混凝土的收缩，从而避免混凝土温差裂缝的形成；

⑶掺入矿粉和粉煤灰，能明显改善混凝土和易性，大大改善混凝土的施工性能。（来源：《广东建材》2024.12）

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