大体积防裂混凝土配合比设计与试验

由表 3 可以看出, 当粉煤灰掺量由 20% 增大到
由表 4 可见, 砂率对混凝土和易性和抗压强度
30% 时, 混 凝 土 的 强 度 与 绝 热 温 升 之 比 增 大 近 都有一定的影响。 砂率增大, 混凝土砂浆体积亦增
10% , 说明粉煤灰具有降低水化热的作用, 也有一定 大, 混凝土和易性好易于泵送, 但由于每方用水量增
一项重要工程, 是湖北省恩施自治州跨越长江的一 体积混凝土的内部温度, 综合考虑强度、塌落度和水
座特大型桥梁。该桥主跨为 388 m 的双塔双索面预 化热等因素, 宜优先选择中低水化热水泥, 其中矿渣
应力混凝土漂浮体系斜拉桥。桥梁全长 900. 5 m , 桥 面宽 19 m。该桥主塔承台为 39 m ×24 m ×6 m 的大
胶体, 另一方面, 采用连续级配的骨料, 可以提高骨 因此, 在工程中应用粉煤灰时, 应通过实验确定其最
料在混凝土中的所占体积, 提高混凝土的密实性, 并 佳掺量。 该工程选用本工程选用葛州坝电厂的 级
可以节约水泥降低了水化热和减少用水量, 而且石 粉煤灰[3]。
块本身也具有吸收发热量的功能, 能使水化热进一 2. 4 外加剂的选择
3. 1. 2 不同砂率
节省每方混凝土水泥用量, 降低混凝土绝热温升。
表 4 不同砂率新拌及硬化混凝土性能试验表
试件 编号 BD - 1 BD - 10 BD - 11 BD - 2 BD - 12 BD - 13
胶凝材料用量 (kg·m - 3)
450 (F30% ) 450 (F30% ) 450 (F30% ) 430 (F30% ) 430 (F30% ) 430 (F30% )
砂率 %
38 37 39 39 38 40
配 合 比
1∶1. 47∶2. 38∶0. 39 1∶1. 43∶2. 42∶0. 38 1∶1. 50∶2. 34∶0. 39 1∶1. 60∶2. 49∶0. 40 1∶1. 56∶2. 54∶0. 39 1∶1. 64∶2. 45∶0. 40
抗压强度 M Pa
2. 2 骨料的选择 大体积混凝土中通常使用粗砂, 也可以使用中
粉煤灰因含有大量的活性 SiO 2, 有“固体减水 剂”的美称, 其掺入混凝土中具有增强效应、增塑效
砂, 石子选用卵石或碎石 (要求针片状少)。骨料的选 择应优先选用热膨胀系数小、含泥量低 (砂子小于
应、填充效应和削减温峰的作用, 是配制大体积混凝 土不可缺少的材料。 加入适量的粉煤灰可改善混凝
抗压强度 M Pa
R7
R 28
22. 3
40. 9
22. 1
39. 3
21. 3
37. 0
23. 3
40. 3
22. 7
38. 1
22. 0
37. 5
23. 5
41. 0
21. 3
38. 3
计算绝热 温升 ℃
33. 9 32. 4 30. 9 34. 3 32. 7 31. 2 35. 5 33. 8
R7
R 28
22. 3
40. 9
22. 1
41. 3
21. 3
40. 0
22. 1
39. 3
22. 7
40. 1
22. 0
38. 7
砂浆体 (kg·m - 3)
593 581 598 592 581 598
和易性
好, 易泵送 一般
好, 易泵送 好, 易泵送
一般 好, 易泵送
注: 试验粉煤灰采用葛州坝电厂的 级粉煤灰, 掺量为 30% , 外加剂采用中建三局 N FJ - 03 缓凝高效减水剂, 掺量为 0. 8%。
凝土裂缝的开展。 引起大体积混凝土开裂的主要原 因有: 水泥水化热引起混凝土内部的绝对温升导致
2 原材料的选择
的大体积混凝土产生温度裂缝和大体积混凝土收缩
混凝土的主要原材料指的是水泥、骨料、粉煤灰
产生收缩裂缝。影响大体积混凝土绝对温升、自身体 和外加剂。原材料选择的主导思想是: 为尽量减小混
积变形和干缩性能的因素很多, 主要是水泥品种、混 凝土的温度变形, 要对水泥品种及其用量进行选择
步降低, 同时混凝土的收缩和沁水也随之减少, 但如 采用泵送混凝土施工, 石子的最大粒径还应符合泵
为了配制大体积防裂混凝土, 特选取高效减水 剂作为主要外加剂。在混凝土中掺加高效减水剂, 可
送混凝土的要求。 本工程选用黄砂采用岳阳产的中粗砂, 属 区
以改变水泥浆体的流变性能, 进而改变水泥及混凝 土结构, 起到改善混凝土性能的作用。在保持流动性
看出: 葛州坝矿渣 R 42. 5 水化热过高, 不能用于本 R 32. 5 水泥。
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表 3 混凝土力学性能及热性能试验表
试件 编号 BD - 1 BD - 2 BD - 3 BD - 4 BD - 5 BD - 6 BD - 7 BD - 8
胶凝材料用量 (kg·m - 3) 450 430 410 440 420 400 430 410
粉煤灰掺量 % 30 30 30 25 25 25 20 20
的增强作用。因此, 粉煤灰掺量在规范允许范围内取 大, 混凝土强度有一定的下降。泵送混凝土的砂浆体
最大值 30% , 胶凝材料用量在 430～ 450 之间较为 合适, 混凝土强度及绝热温升均满足要求。
积一般应大于 580 L m 3。 因此, 砂率选取要兼顾强 度及和易性, 在满足泵送的条件下尽量减小砂率, 可
通过大量试验对外加剂进行筛选, 主要试验内容包 括: 新拌混凝土性能及坍落度损失试验, 混凝土凝结时间
2. 3 粉煤灰的选择
试验, 减水率及强度试验。 试验结果见表 2。
表 2 混凝土性能试验
胶凝材料 及用量
配合比
WC
外加剂及 掺量 %
经时坍落度 cm
0h
1h
2h
凝结时间 抗压强度 M Pa
h
R7
R 28
3d 214. 4 163. 6 127. 0
7d 237. 0 181. 8 151. 1
注: 试验粉煤灰采用葛州坝电厂的 级粉煤灰, 掺量为 30% , 外加剂采用中建三局 N FJ - 03 缓凝高效减水剂, 掺量为0. 8%。
该工程选用葛州坝水泥厂生产的矿渣 R 42. 5、 承台大体积混凝土施工。 葛州坝矿渣 R 32. 5、低热 矿渣 R 32. 5、低热 R 42. 5 3 种水泥做混凝土抗压强 R 42. 5 水化热指标均能满足要求, 但低热水泥强度 度试验及水化热试验, 试验结果见表 1。由表 1 可以 偏低且单价较高, 综合考虑, 最终选定葛州坝矿渣
注: 试验外加剂采用中建三局 N FJ - 03 缓凝高效减水剂, 掺量为 0. 8%。
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计优化主要通过调整有关参数, 如胶凝材料用量、粉 煤灰掺量、外加剂掺量以及砂率等参数, 选择热性 能、物理力学性能、施工性能及耐久性最佳的配合
3 配合比设计与试验研究
比。 3. 1 配合比参数的试验研究
配合比设计的基本要求: 在保证工程结构设计 3. 1. 1 不同胶凝材料用量 强度和施工要求的特性的条件下, 尽量节约水泥, 合
水泥较普遍, 主要是要选择 7 d 水化热较低的水泥, 以防止产生温度裂缝。
型钢筋混凝土承台, 下设 16 根 5 3. 0 m 钻孔灌注
表 1 混凝土抗压强度和水泥水化热试验表
水泥品种
矿 R 42. 5 矿 R 32. 5 低热 R 42. 5
胶凝材料用量 (kg·m - 3)
390 450 460
凝土配合比、骨料的级配等。 因此, 正确地选择原材 和控制。
料和进行防裂混凝土配合比设计是消除裂缝的有效 2. 1 水泥的选择
措施之一。
大体积抗裂混凝土的关键指标是绝热温升小于
1 工程概况和技术要求
35 ℃, 因此水泥选择是大体积混凝土的关键环节。 在混凝土的配合比设计中, 水泥的选择不仅要求水
巴东长江公路大桥是我国实施西部开发战略的 化热较低, 而且要满足一定的强度要求。为了控制大
33
10. 7 35. 6
注: 试验所用葛州坝电厂的 级粉煤灰掺量为 30%。
试验所用 3 种减水剂均为施工单位推荐, 由
理使用材料, 降低成本。承台大体积防裂混凝土的设
表 2可以看出, 其中中建三局 N FJ - 03 减水率及强 度最高, 坍落度损失小, 凝结时间适中, 其性能指标 完全符合承台大体积混凝土施工要求。
矿渣 32. 5 450 kg m 3
1∶1. 47∶2. 38
0. 38 N FJ - 03 0. 8 19. 0 0. 40 FDN - 5 0. 8 19. 0
18. 0 18. 0
16. 0 16. 5
27 29
22. 3 20. 1
40. 9 39. 1
0. 42 N F - 15 0. 9 18. 0 17. 5 15. 0
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大体积防裂混凝土配合比设计与试验
李秀才1 陈应波1 龚友丽2
(1. 武汉理工大学; 2. 武汉市建筑设计院)
摘 要: 通过巴东长江大桥承台大体积混凝土配合比试验实例, 着重介绍大体积防裂混凝土配合比设计思路。另外对原材
3. 1. 3 不同外加剂掺量
量, 但掺量过大会使混凝土离析和泌水, 不利于混凝
由表 5 可见, 外加剂掺量直接影响每方混凝土 土施工。
用水量, 为降低W C 比提高强度, 应提高外加剂掺
表 5 不同外加剂掺量新拌及硬化混凝土性能试验表
试件 编号 BD - 1 BD - 14 BD - 15 BD - 2 BD - 16 BD - 17
砂率 % 38 39 40 39 40 41 40 41
配 合 比
1∶1. 47∶2. 38∶0. 39 1∶1. 60∶2. 49∶0. 40 1∶1. 84∶2. 44∶0. 41 1∶1. 56∶2. 44∶0. 39 1∶1. 71∶2. 55∶0. 40 1∶1. 87∶2. 72∶0. 41 1∶1. 64∶2. 45∶0. 40 1∶1. 80∶2. 58∶0. 41
级配范围, 细度模数 2. 8～ 3. 1, 密度 2 600 kg m 3; 碎石采用巴东产的石灰石碎石, 5～ 31. 5 mm 连续 级配。 从骨料的检测结果可知: 粒径小于 10 mm 的 粗骨料偏少。 其它的品质指标都符合标准要求。
及水胶比不变的条件下, 可以减少用水量及水泥用 量, 从而从根本上降低水化热的产生。
2% , 石子小于 1% )、无裂缝的骨料, 并强调骨料的 土的和易性, 增加胶凝物质, 降低混凝土的水灰比,
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连续级配 (尽量用粒径大的骨料) 和有足够强度的优 使早期水化热明显降低 , 但掺量必须适度, 掺量过
质骨料。 因为一方面骨料本身的强度就远大于水泥 多则会降低混凝土的早期强度, 增加混凝土的收缩,
配合比
1∶1. 91∶2. 63∶0. 45 1∶1. 47∶2. 38∶0. 39 1∶1. 47∶2. 38∶0. 40
坍落度 cm
19. 0 19. 5 18. 0
抗压强度 M Pa
R7 20. 4 22. 3 19. 0
R 28 35. 2 40. 9 37. 6
水化热 (J ·g- 1)
1d 186. 7 132. 8 93. 01
料选择进行了详细的论述, 并给出理论依据。 通过对承台大体积混凝土的原材料选择和配合比的优化设计, 不仅保证大体积 混凝土的设计要求, 也实现了大体积混凝土防裂的目标。
关键词: 大体积混凝土; 配合比设计; 防裂
目前大体积混凝土越来越广泛被用在大跨度桥 桩, 混凝土浇筑方量为 5 616 m 3。承台是该项工程的
梁和高层建筑的主要受力部位, 其施工的好坏将直 重要结构受力部位, 混凝土设计的技术指标为 C30,
接影响到建筑物的安全和使用寿命。 但大体积混凝 而且不允许混凝土出现裂缝。 对于这样防裂要求高
土由于结构厚、体积大和施工复杂等特点, 除了满足 的大体积混凝土的配合比设计和试验是一个非常重
强度、刚度和耐久性的要求外, 还必须控制大体积混 要的技术难题。