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428m2·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。