大体积混凝土配合比设计

大体积混凝土配合比设计
0引言
新建108国道禹门口黄河公路大桥线路的总体走向为由东向西，起点位于山西省运城市河津市超限检测站南侧，终点位于陕西省渭南市
韩城市龙门镇上峪口超限检测站西侧，全长4.45km，双向六车道标准。

新建禹门口黄河大桥主桥全长1660.4m，分为山西侧东引桥、横跨黄
河主桥、陕西侧西引桥3部分。

其中山西侧东引桥形式为2×（3×40）m＋1×（4×42.5）m 装配式预应力混凝土组合箱梁桥，横跨黄河主桥为（245＋565＋245）m 三跨双塔双索面钢－混结合梁斜拉桥，陕西侧西引桥为（50＋85＋50）m双幅预应力混凝土变截面转体连续箱梁桥。

主桥11＃索塔单桩直径为2.0m，桩长65m，共60根；12＃索塔单桩直径为2.0m，桩长58m，共50根。

11＃、12＃采用群桩基础，承台为整体式矩形承台，11＃承台尺寸为49m×29m×6m，承
台浇注量为8526m3；12＃承台尺寸为49m×24m×6m，承台混凝
土浇注量为7056m3，均为Ｃ40大体积混凝土。

大体积混凝土由低热硅酸盐水泥、优质粉煤灰、磨细矿渣粉、细骨料、粗骨料、高减水率、长缓凝型外加剂和水等组成，依据所选用原
材料的各项工作性能和对混凝土的各项性能要求，通过大量理论计算、试配制、微调整等方法，摸索出各种材料的最佳组成比例，以此拌制
出既经济实惠又符合质量要求的混凝土。

1大体积混凝土配合比设计
1.1大体积混凝土概念
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变化和收缩而导致有害裂缝
产生的混凝土，被称为大体积混凝土。

1.2大体积混凝土配合比设计原则
（1）混凝土的用水量与总胶凝材料之比不应大于0.55，且总用水量不应大于175kg·m－3。

（2）在保证混凝土各项工作性能满足规范要求的前提下，砂率最
好在38%～42%之间，尽量提高每方混凝土中的粗集料占比。

（3）在保证混凝土各项工作性能满足规范要求的前提下，应该减
少总胶凝材料中的水泥用量，提高粉煤灰、磨细矿渣粉等矿物掺合料
的掺入量。

（4）在试配与调整大体积混凝土配合比时，控制混凝土绝热温升不大于50℃。

（5）大体积混凝土配合比设计应满足专项施工方案制定情况下对混凝土凝结时间的要求。

1.3大体积混凝土配合比设计思路
（1）配合比设计应严格按照《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55—2011）对大体积混凝土的各项要求进行设计和试配。

（2）大体积混凝土配合比不宜采用28d抗压强度作为评定标准，应采用60d或90d的抗压强度作为设计、评定及验收的依据。

（3）宜选用低掺量、低水化热的水泥来避免因水泥水化热过高而引起混凝土内外温差过大产生的细小裂缝。

（4）控制好混凝土配合比中总胶凝材料用量，通过加入大掺量矿物掺合料来降低大体积混凝土强度增长过程中的放热峰值。

1.4原材料的选择
1.4.1水泥
大体积混凝土所用水泥宜采用中、低热硅酸盐水泥或者低热矿渣硅酸盐水泥，如果采用普通硅酸盐水泥时，宜掺加矿物掺合料例如粉煤
灰和矿渣粉等。

由于禹门口黄河大桥处于陕西和山西交界处，地理位
置较偏，附近区域没有生产中、低热硅酸盐水泥和低热矿渣硅酸盐水
泥的厂家，所以采用山西龙门五色石建材有限公司生产的P·O42.5普
通硅酸盐水泥，经过试验检测，其物理性能如下：密度为3.04G·cm－3，比表面积为332m2·kg－1，标准稠度用水量为27.4%；初凝时间
为220min，终凝时间为301min；雷氏夹法测定安定性合格；3d抗折、抗压强度分别为5.3、25.4mPa；28d抗折、抗压强度分别为8.2、45.4mPa。

1.4.2粉煤灰
通过粉煤灰超量或等量取代的方法来降低大体积混凝土中水泥的用量，不仅可以大大降低混凝土整体水化热，增加大体积混凝土施工的
和易性，而且能够大幅度提高混凝土密实度和耐久性。

本项目采用河
津市龙辉建材有限公司生产的F类Ⅰ级粉煤灰，经过检测，其性能如下：细度（0.045mm方孔筛通过百分率）为6%；烧失量为0.14%；需水量比为94%。

1.4.3磨细矿渣粉
磨细矿渣粉作为大体积混凝土中的矿物掺合料，不仅可超量或等量替代水泥，改善混凝土胶凝材料体系中的颗粒级配，增加大体积混凝
土施工过程中的和易性，还可以延长水泥水化热产生时间，推迟大体
积混凝土凝结时间，降低其早期过程水化热。

本项目选用西安德龙粉
体工程有限公司生产的S95级磨细矿渣粉。

经过试验检测，其物理性
能如下：比表面积为428 m2·kg－1；烧失量为1.4%；需水量比为98.1%；7d活性指数为78%。

1.4.4集料
集料是混凝土的骨架，直接关系到混凝土的质量。

级配较好的集料不仅可以有效提高混凝土的抗压、抗弯拉等强度，提高混凝土的各项
工作性能，减少混凝土早期成型过程中的干燥收缩、徐变、细小裂纹
等不利影响，还可以大大提高混凝土的耐久性。

对于细集料，规范规定一级公路大体积混凝土用细集料宜采用中砂，含泥量不应大于3.0%。

本项目选用临潼区新丰镇春光砂场生产的Ⅱ区中砂。

其技术指标如下：细度模数为2.77；表观密度为2592kg·m－3；堆积密度为1600kg·m－3；含泥量为1.6%；泥块含量为0.4%。

对于
粗集料，规范规定一级公路大体积混凝土用粗集料宜为连续级配，最
大公称粒径不宜小于31.5mm，含泥量不应大于1.0%。

本项目选用河津石佳石场的5～31.5mm连续级配碎石，其技术指标如下：表观密
度为2718kg·m－3；堆积密度为1610kg·m－3；含泥量为0.6%；泥块含量为0.2%；压碎值为1..3%；针片状颗粒含量为5.4%。

1.4.5外加剂
缓凝型聚羧酸高性能减水剂能有效延缓混凝土水化热的释放，降低及推迟混凝土水化热的放热最高值，使混凝土水化热释放过程更加平缓，避免混凝土最中心部位温度上升过快导致内部与外部温差增大从
而产生微观裂缝，引起混凝土耐久性降低。

本项目选用山西黄河新型
化工有限公司生产的ＨJＳX－A（缓凝型）聚羧酸高性能减水剂，经过试验检测，其各项工作性能如下：减水率为28.0%；7d抗压强度比为146%；28d抗压强度比为135%；泌水率比为17%；含气量为2.6%；28d收缩率比为103%。

1.5大体积混凝土配合比设计及混凝土试验
1.5.1配合比的试配
首先根据试验规程、规范和设计文件要求对大体积混凝土用各种原材料进行自检和委外检测，各项指标均合格后依据《普通混凝土配合
比设计规程》（JGJ55—2011）、《混凝土泵送施工技术规程》（JGJ/Ｔ10—2011）的有关规定进行大体积混凝土配合比设计。

设计混凝土坍落度为160～200mm，混凝土表观密度为2400kg·m－3，
计算配制强度为48.2mPa，依据施工经验水灰比选择为0.35。

根据设计规程，依据外加剂减水率确定单位用水量为150kg·m－3，得出总
胶凝材料用量为429kg·m－3，选取矿物掺合料总量占胶凝材料总和
为37%，分别得出水泥、粉煤灰、矿渣粉掺入量，选取砂率为41%，从而计算得出粗、细集料用量。

依据试验规程进行配合比试拌及比对，结果如表1所示。

1.5.2确定配合比
依据《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》（GＢ/Ｔ50080—2016）和《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GＢ/T50081—2019）的有关规定对新拌混凝土的各项工作性能进行检测。

经多次试
配优选，确定采用编号为C的配合比，其水胶比为0.35，1m3 混凝土用水量为150kg，砂率为41%，水泥、粉煤灰、矿渣粉、细集料、粗
集料、水、外加剂的比例为270∶100∶59∶747∶1074∶150∶4.29。

经检测该混凝土配合比初始坍落度为190mm，1ｈ后坍落度为
185mm，混凝土初凝时间为960min，终凝时间为1110min，28d
抗压弹性模量达到设计规范要求（3.25×104N·mm－2）的118.5%，60d抗压弹性模量达到设计规范要求的134.0%，表观密度实测值为2410kg·m－3，与计算值之差的绝对值未超过计算值的2%，依据
《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55—2011）规定配合比可维持
不变。

经检验该混凝土的工作性符合规范及施工设计要求，可以用于
本项目施工中。

承台混凝土强度等级为C40，各项实测参数见表2～5。

2施工注意事项
2.1匀质性施工
混凝土工程施工前要提前做好统筹规划，本项目11＃承台计划共
分3层浇筑，每层分7小层布料，每小层厚约30cm，由2台50m长泵车按先两边后中间的顺序浇注，配置10套振捣棒按布料顺序成行式前进，避免混凝土出现过振或漏振现象；保证振动棒垂直插入混凝土
面且快速插入慢慢拔起，以此避免在凝土坍落度较小时留下振捣小坑；
要求振捣时间最少为20s但不超过30s，插入下层混凝土约5～10cm，确保下层混凝土初凝前再次振捣，以此保证混凝土内部气泡及时排出
达到密实状态。

2.2浇注混凝土的温度控制
本项目浇筑承台处于冬季施工期间，混凝土浇注温度控制是重中之重，为了确保入模温度达到规范要求，采取具体措施如下。

（1）必须使用遮阳防雨棚里的粗细集料且堆放高度必须符合规范
要求，严禁使用户外临时堆放的材料，确保骨料含水率稳定、材质均匀。

（2）胶凝材料采取适当的保温措施，不得与60℃以上的热水接触。

（3）减少混凝土在运输和浇注过程中的温度变化，加快运输和浇
注速度。

（4）混凝土运输罐车必须包裹帆布且施工前用热水洗罐1次。

（5）安排专人定岗、定时检测各种原材料温度并登记台帐，保证
混凝土出机温度符合规范要求，浇注前根据环境温度和各种原材料温
度计算运输过程和施工过程中的温度损耗情况。

2.3混凝土养护
养护包括湿度和温度两个方面，施工期间气温较低，应注重结构的保温。

2.4内外温差控制
聘请第三方专业温控单位根据现场施工工艺、大体积混凝土配合比以及各种原材料各项参数等指标，利用专用软件建立模型仿真演算预测温度应力、应力场随时间的变化，从而准确布置多层次大流通量循环冷却水管来降底混凝土内部温度，确保内外部温差不大于25℃，避免细小裂缝的产生。

3结语
（1）在胶材总量确定的情况下，尽量减小水泥用量，考虑加大矿物掺合料的掺量，提高混凝土性能。

（2）选择适宜的水胶比，控制混凝土最大用水量。

（3）在符合规范的情况下，掺加较大比例的高品质粉煤灰和磨细矿渣粉，掺加较低掺量的缓凝型高性能减水剂，以降低大体积混凝土
中水泥用量和用水量，达到高密实度混凝土各项性能，从而使混凝土
抗压强度、弹性模量、耐久性等得到提升。

（4）大体积混凝土以60d强度作为控制指标，进一步减少水泥用量，降低水化热。

（5）适当延长混凝土缓凝时间以推迟并削弱温峰。

质量保证措施
一．具体质量目标
本合同段质量确保一次性验收合格率100%，不允许出现不合格工程，坚决杜绝不合格项目，不论是自检，还是业主监理的中检、抽检、终检，随机检查都达到100%的合格率，率取良好的信誉。

二．质量控制机构和创优规划
质量管理领导小组是整个工程质量管理的最高领导机构，由项目经理、项目技术负责人、质检员、专业工长组成，制定整个工程质量控
制计划、方针、措施。

公司技术质量科直接介入抓现场质量管理。

施
工队所属各施工班组根据自己的创优任务，拟定项目工程具体的分项
实施计划，责任到人，严格要求，全员全过程质量控制。

三．强化质量意识，健全规章制度
1．建立施工组织设计审批制度
(1)施工组织设计必须由公司技术质量科编制，经营科、安全科、材料科科长会签，总工程师审核，再报监理工程师与业主代表审阅。

(2)施工组织设计必须在工程实施前15天报监理工程师和业主工程部。

(3)施工组织设计必须经各级审批并最后由监理工程师审批后，并且按审批意见进行修改完善，方可进行施工。

2．技术复核、隐蔽工程验收制度
(1)技术复核应在施工组织设计中编制技术复核计划，明确复核内容、部位、复核人员及复核方法。

(2)技术复核结果应填写《分部分项工程技术复核记录》，作为施工技术数据归档。

(3)凡分项工程的施工结果被后道施工所覆盖，均应进行隐蔽工程验收。

隐蔽验收的结果必须填写《隐蔽工程验收记录》。

3．技术、质量交底制度
技术、质量的交底工作是施工过程基础管理中一项不可缺少的重要工作内容，交底必须采用书面签证确认形式，具体可分为以下几方面：
(1)项目经理必须组织项目部全体人员对图纸进行认真学习，并同设计代表联系进行设计交底。

(2)施工组织设计编制完毕并送业主和总监审批确认后，由项目经理牵头，项目技术负责人组织全体人员认真学习施工方案，并进行技术、质量、安全书面交底，列出关键分部工程和施工要点。

(3)本着谁负责施工谁负责质量、安全工作的原则，施工员、安全员在安排施工任务同时，必须对施工班组进行书面技术质量、安全交底，必须做到交底不明确不上岗，不签证不上岗。

4．三级验收及分部分项质量评定制度
(1)分项工程施工过程中，质量检查员必须督促班组做好自检工作，确保当天问题当天整改完毕。

(2)分项工程施工完毕后，质量检查员必须及时组织班组进行分项工程质量评定工作，并填写分项工程质量评定表交技术负责人确认，最
终评定由公司的技术质量科专职质量员检定。

(3)项目经理部每月组织一次班组之间的质量互检，并进行质量讲评。

(4)公司的技术质量科对每个分项进行不定期抽样检查，发现问题以书面形式发出限期整改指令单，项目质量检查员负责在指定期限内将
整改情况以书面形式反馈到公司的技术质量科。

5．现场材料质量管理
(1)严格控制外加工、采购材料的质量。

各种地方材料、外购材料到现场后必须由项目质量检查员和材料员进行抽样检查，发现问题立即与供货商联系，直到退货。

(2)搞好原材料二次复试取样、送样工作。

水泥必须取样进行物理试验；其它原材料也必须取样进行试验，有效期超过三个月的水泥必须重新取样进行物理试验，合格后方可使用。

6．计量器具管理
(1)公司的技术质量科负责所有计量器材的鉴定、督促及管理工作。

(2)现场计量管理器具必须确定专人保管、专人使用。

他人不得随意动用，以免造成人为的损坏。

(3)损坏的计量器必须及时申报修理调换，不得带病工作。

(4)计量器具要定期进行校对、鉴定；严禁使用未经核对过的量具。

7．工程质量奖罚制度
(1)遵循“谁施工、谁负责”的原则，对各施工管理人员，班组进行全面质量管理和追踪管理。

(2)凡各班组、施工管理人员在施工过程中违反操作规程，不按图施工，屡教不改或发生了质量问题，项目部有权对其进行处罚，处罚形式为整改停工，罚款直至赶出本工地。

(3)凡各班组、施工管理人员在施工过程中，按图施工，质量优良且达到优质，项目部对其进行奖励，奖励形式为表扬、表彰、奖金。

(4)项目部在实施奖罚时，以平常检查、抽查、业主大检查、监理工程师评价等形式作为依据。

四．分部分项工程质量控制
1．排水工程质量控制
(1)管沟、检查井等排水设施的位置、断面、尺寸、坡度、标高及使用材料严格遵照设计图纸要求。

(2)管沟线型美观，直线线形顺直，曲线圆滑。

(3)砌体砂浆配比正确，砌筑紧密，嵌缝饱满、密实，勾缝平顺无剥落，缝宽一致。

(4)沟槽开挖后实时平整夯拍密实，遇有空洞陷穴，应堵塞夯实。

水泥砂浆随拌随用，砌筑完后注意养护，砌筑过程中随时注意沟底沟壁的平整坚实，砂浆要饱满，无空隙松动。