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大体积混凝土配合比设计及工程应用徐国军

发表时间：2021/4/26 来源：《基层建设》2020年第33期作者：徐国军

[导读] 摘要：大体积混凝土在现在工程建设的过程中应用较为广泛。

        宁夏赛马科进混凝土有限公司宁夏省银川市 750021
        摘要：大体积混凝土在现在工程建设的过程中应用较为广泛。但是，正是因为这类混凝土的体积比较大，内部水化热较高且无法得到有效释放，如果配合比设计存在问题，则结构物会出现内部结构裂缝。为此，施工单位应该加强对大体积混凝土配合比设计，并合理使用裂缝控制技术，通过合理地设计配合比，保证大体积混凝土设计的总体效果，配合相应的裂缝控制技术，降低大体积混凝土结构出现裂缝的情况，提升工程建设的整体质量。
        关键词：大体积混凝土；补偿收缩混凝土；裂缝控制；工程应用
        引言
        目前，我国整个建筑市场正处在高速发展阶段，经常出现多功能化及大型化结构。建筑结构的大型化最直接的表现就是构件尺寸变得越来越大。针对这些超长大体积混凝土结构，通常做法是从设计和施工方面入手，基本上都是采用技术成熟且稳定可靠的后浇带的方法来防止结构收缩开裂。后浇带方法优点突出，但缺点也很明显。分段施工，不仅会使结构整体性变差，同时也会造成施工极其不方便而延长工期。为了避免出现这些问题，可以考虑采用吴中伟教授提出的补偿收缩混凝土技术，这种无缝设计与施工技术可以很好地代替后浇带。其效果既有利于结构整体性又方便施工，具有显著的技术安全性和经济效益。
        一、影响混凝土裂缝形成的主要因素
        混凝土构件产生裂缝的原因非常多，也很复杂，归纳起来主要有结构性裂缝和非结构性裂缝两大类：在结构承受外荷载时产生应力超过结构抗拉强度而产生的裂缝就是结构性裂缝；由温度、收缩、不均匀沉降等因素引起的结构变形从而产生裂缝就是非结构性裂缝。在实际工程中出现非结构性裂缝的概率更高。
        1.温度变形裂缝
        混凝土的温度变形由两部分组成：①内外温差变形。裂缝由于混凝土在水化硬化过程中会产生大量水化热，大量热积聚在结构内部使温度升高导致体积膨胀，而表面热量散失降温导致体积收缩，这种由温度差使混凝土表里膨胀变形不一致产生的裂缝就是温差变形裂缝。②降温收缩裂缝。在结构使用过程中，结构混凝土温度会随周围环境温度的下降而降温。由于混凝土的本身抗拉强度相对抗压强度来说非常低，所以当由于温度下降而收缩产生的收缩拉应力超过抗拉强度时便会产生降温收缩裂缝。
        2.干缩变形裂缝
        新拌混凝土含有较多水分且在初凝阶段强度还很低。在混凝土凝结过程中水分蒸发而造成干缩，一旦混凝土干缩产生的拉应力超过抗拉强度时就会产生干缩变形裂缝。
        二、大体积混凝土施工配合比原则
        在对大体积混凝土的配合比进行设计的过程中需要遵循以下原则：（1）需要严格控制水泥的品种以及使用量。大体积混凝土在使用的过程中，内部温度上升较快的原因是受到水泥水化热的影响。因此，通常情况下，需要选择低碱水泥，也可以通过降低大体积混凝土中水泥的用量来降低水化热。结合以往工作地数据可以得知，每减少10kg水泥就会降低混凝土中1~2℃水化热温度的上升，但是具体水泥的使用量还需要根据工程建设的实际情况确定，以防止因水泥用量少而导致大体积混凝土强度达不到施工的要求。（2）在对大体积混凝土的施工材料进行控制的时候，可以选择矿物掺合料代替部分水泥。对配合比进行设计时，通过对矿物掺合料进行研究发现该材料具有一定的活性，并且产生的水化热温度比较低。通常情况下会使用矿粉和粉煤灰做为矿物掺合料的材料，这些材料的粒度能够有效满足工程对大体积混凝土施工材料基础性的要求，并且矿物掺合料的化学性能比较稳定，不会因外界环境发生变化而影响到材料的性能。（3）需要尽可能的延长混凝土配合比设计的龄期。在大体积混凝土配合比设计的过程中，为了能有效地减少水泥的使用量，更好地发挥矿物掺合料的使用性能，在设计时需要将混凝土配合比的设计龄期延长至60d或者90d左右。

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        三、配比设计
        1.温度控制
        在大体积混凝土浇筑施工完成之后，需要对混凝土内部的温度进行严格的控制，因为混凝土内部的温度会直接影响到混凝土使用的质量以及性能。在浇筑的过程中，通过在混凝土的内部埋设直径在15至20cm左右的冷却水管，来降低大体积混凝土中心部分的温度，但是需要注意的是使用的冷却水通常情况下是自来水。之后在大体积混凝土冷却的过程中，需要定期对管部的水温进行严格的观测，如果自来水的压力不能有效保证管内部水正常流动的情况，就需要根据实际情况合理的安装水泵。另外，在大体积混凝土施工的过程中，需要合理的增加冷却水管的长度，因为冷却水管的长度会影响到大体积混凝土内部温度控制的情况，增加冷却水管的长度，可以在一定程度上保证大体积混凝土内部温度的稳定。最后，还需要注意的一点是，在大体积混凝土施工的时候，应该严格的检测混凝土内部的温度（混凝土水化热内部最高温度一般在60-70h出现，内部最高平均温度不宜大于60℃，最高温度不宜大于65℃），合理的调整冷却水管的流量，这样做的最大目的是为了能够最大程度的降低混凝土与冷却水的温差。因此，应该加强对相应措施的管控。
        2.粉煤灰的应用
        在大体积混凝土施工之前，为了能够保证混凝土可以有效满足工程设计的整体要求，在配合比设计时，为降低水胶比，可以采用减少水泥用量的方法，为确保混凝土的强度满足要求，减少部分水泥可用粉煤灰替代。随着粉煤灰掺量的增加，水泥中熟料含量相对减少，凝结硬化速度慢，早期强度低。当龄期超过28d后，粉煤灰二次水化反应开始，甚至可超过同强度等级的混凝土。因此施工过程中可根据实际使用需要确定强度值需求，然后合理的确定粉煤灰掺量。粉煤灰晶体为透明玻璃珠状，由于其外形结构，在掺入适量粉煤灰后，可以明显的改善混凝土的工作性能。所以，在对大体积混凝土配合比进行设计时，需要严格控制粉煤灰的掺入量，将粉煤灰代替部分的水泥使用，既能够满足混凝土的工作性能的需求，也能保证混凝土的质量，同时还可以降低大体积混凝土内部的温度，防止出现裂缝。
        3.原材料选择
        大体积混凝土出现裂缝的主要原因是因为混凝土在凝结过程中的水化反应产生持续水化热，且由于结构物体积过大内部温度得不到有效释放，从而导致混凝土内外的温差过大，通常会选择使用中、低热硅酸盐水泥，或者是使用矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰替代水泥，这样能够降低水泥的使用量，加强对混凝土施工质量的控制，提高大体积混凝土的使用性能。同时还可以有效减少水泥水化热对混凝土的影响。在对大体积混凝土的泵送剂进行选择时，需要保证泵送剂的性能可以提升混凝土的流动性，抑制混凝土出现堆积或离散，降低水泥中水化热的释放速度。在对配合比进行设计的时候，骨料的粒径越大混凝土的温差越少，混凝土温度升降过程中的温差也会降低。
        结束语
        综上所述，大体积混凝土容易出现结构开裂的根本问题是混凝土在凝结过程中产生的水化热，由于体积过大从而无法得到有效的释放和降温。我们可以通过选取水化热较小的水泥、在混凝土中掺入适量的粉煤灰、尽量选用大粒径骨料、制定持续有效的养护措施及增设冷凝管来有效的降低混凝土水化热，从而防止混凝土产生结构裂缝，确保混凝土的施工质量。
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