超大体积筏板混凝土的配合比设计及施工

1工程概况及特点

顺江路333号综合体项目位于成都市锦江区莲桂西路39号，由成都惟尚建筑设计有限公司设计，成都门里望江置地有限公司承建，成都万安建设项目管理有限公司监理，总包单位为中国建筑第六工程局有限公司。该工程占地面积21844.71m2，总建筑面积共计297819.98m2。

项目基础筏板工程分为A区Ⅰ段(916.2m2)、A区Ⅱ段(1873.5m2)、A区Ⅲ段(2107.1m2)，筏板厚度达到4.3m，混凝土总浇筑方量18539m3。混凝土设计强度等级为C35、抗渗等级为P10，并要求掺入膨胀剂、聚丙烯纤维，纤维掺量0.9kg/m3，属于典型超厚超大体积混凝土。施工中具有水化热高、收缩量大、各种内外应力交织复杂，从而产生温度和收缩应力，导致混凝土施工后出现不同性质裂缝。针对这些施工技术难点，我公司实验、试配的技术思路是：在保证设计强度和抗渗等级的前提下，采用适量加大粉煤灰掺量降低水化热源，同时采用缓凝型外加剂迟缓混凝土内水化热峰值和释放时间，从而将温度应力产生的不利影响减少，防止和降低裂缝的产生和发展。

2原材料的选择

2.1水泥

水泥选用都江堰拉法基水泥有限公司生产的42.5普通硅酸盐水泥，经过我站大量水泥胶砂实验数据、生产数据证实，该水泥质量好、性能稳定，强度波动小，具有良好的工作性能，相关技术指标见表1。

2.2集料

集料的选择必须从强度、级配、表面特征、颗粒形状、杂质的含量、吸水率等几个方面严格控制。

2.2.1粗集料

选用质地坚硬、表面粗糙、级配良好的新津采石厂生产的5mm～31.5mm碎石，其技术指标见表2。

2.2.2细集料

选用级配良好的双流产中砂，其技术指标见表3。

2.3外加剂

外加剂选择主要考虑其减水效果、缓凝时间、塌落度损失、粘聚性、泌水性、可泵性等对混凝土品质、性能有调控作用的产品。我们使用吉龙外加剂厂生产的Lons－P(R)－L高效缓凝减水外加剂。其技术指标如表4。

2.4粉煤灰

粉煤灰宜采用品质稳定，与其它混凝土组合材料相容性好的产品。本工程采用的是神华巴蜀江油发电厂的Ⅰ级粉煤灰，其技术指标如表5。

2.5水

要采用不含油脂、有机质和杂质的纯净地下水，地下水技术指标如表6。

2.6膨胀剂

由于混凝土存在自身失水性收缩，会在浇注后的硬化过程中产生收缩应变和应力，所以必须采用膨胀剂进行收缩补偿。本工程采用的是彭山县观音化工建材有限公司的混凝土膨胀剂，其技术指标如表7。

3配合比的设计、调整、确定和验证

3.1配合比的计算

3.1.1试配强度确定

fcu，o≥fcu，k+1.645σ=35+1.645×5.0=43.2MPa

式中：fcu，o——混凝土配制强度(MPa)；

fcu，k——混凝土设计强度等级值(MPa)；

σ——混凝土强度标准差(MPa)，此处σ=5.0MPa(依据JGJ55－2011《普通混凝土配合比设计规程》表4.0.2)。

3.1.2胶凝材料强度确定

通过实测胶凝材料强度为fb=37.5MPa。

3.1.3混凝土水胶比计算

aa，ab——回归系数；本工程采用的原材料为碎石，依据JGJ55－2011《普通混凝土配合比设计规程》表5.1.2，此处aa=0.53、ab=0.20；

fcu，o——混凝土配制强度(MPa)，由上述计算可知，fcu，o=43.2MPa；

fb——胶凝材料28d抗压强度(MPa)，由试验可知fb=37.5MPa。

3.1.4混凝土用水计算

mwo=m'wo(1－β)=172kg/m3

式中：mwo——计算配合比每立方米混凝土的用水量(kg/m3)；

m'wo——未掺外加剂时推定的满足实际坍落度要求的每立方米混凝土用水量(kg/m3)，此处m'wo=230(依据JGJ55－2011《普通混凝土配合比设计规程》表5.2.1－2)；

β——外加剂的减水率(%)，根据表4，此处β=25%。

3.1.5胶凝材料用量计算

mbo=mwo/W/B=420kg/m3

mfo=mbo×βf=168kg/m3

mpo=mbo×βp=34kg/m3

mco=mbo－mfo－mpo=218kg/m3

式中：mbo——每立方米混凝土胶凝材料用量(kg/m3)；

W/B——混凝土水胶比，由上述计算可知，

W/B=0.41；

mwo—计算配合比每立方米混凝土的用水量(kg/m3)，由上述计算可知，mwo=172kg/m3；mfo——每立方米混凝土粉煤灰用量(kg/m3)；

βf——粉煤灰掺合料掺量(%)，此处βf=0.4；

mpo——每立方米混凝土膨胀剂用量(kg/m3)；

βp——膨胀剂掺量(%)，此处βp=0.08；

mco——每立方米混凝土水泥用量(kg/m3)。

3.1.6砂率计算

依据JGJ55－2011《普通混凝土配合比设计规程》表5.4.2和实际生产经验，βs=42%。

3.1.7按重量法计算粗、细骨料用量

mwo+mbo+mgo+mso+mao=mcp

βs=mso/(mgo+mso)×100%

式中：βs——砂率(%)，βs=42%；

mgo——每立方米混凝土粗骨料用量(kg/m3)；

mso——每立方米混凝土细骨料用量(kg/m3)；

mcp——每立方米混凝土拌合物假定质量(kg/m3)，取2400kg/m3；

mao——每立方米混凝外加剂用量(kg/m3)，经试验可知，mao=6.3kg/m3；

mbo——每立方米混凝胶材用量(kg/m3)，由上述计算可知，mbo=420kg/m3；

mwo—每立方米混凝土的用水量(kg/m3)，由上述计算可知，mwo=172kg/m3。

经计算，mso=757kg/m3，mgo=1045kg/m3。

3.1.8确定基准配合比

按计算配合比进行试拌，检验混凝土拌合物的坍落度及粘聚性、保水性均符合施工规范要求。则基准混凝土配合比见表8。

3.2配合比的调整及确定

根据优选的原材料，优化配合比进行试配，当拌和物实测密度与计算值之差的绝对值不超过计算值2%时，可不调整；大于2%时按《普通混凝土配合比设计规程》规定进行相应的调整，确保其稳定性。设计实验方案如表9。配合比水胶比分别选用0.41、0.46、0.36，粉煤灰取代量为40%，同时分别选用膨胀剂掺量8%进行试验，试验配合比材料使用参数见表9。

通过试验各项指标均能够达到设计要求，最终确定配合比如表10。

4温控及养护

4.1冷管循环

在施工过程中，预先在结构体内水化热量聚集区域布设预埋水循环冷却管网，利用冷却水的流动带走混凝土内部蓄积的水化热量，降低混凝土内部、外部温差。削减混凝土水泥水化热释放峰值，减少水化热引起的温差应变，从而降低由水化热引起的温度应力，控制混凝土温差应变在允许范围内。

4.2温度控制

超大体积混凝土的温控施工中，除应进行水泥水化热的测定外，在混凝土浇筑过程中还应进行混凝土浇筑温度的监测；养护过程中也应进行混凝土浇筑构件升降温、内外温差、降温速度及环境温度等监测。

4.3蓄水养护

选用蓄水养护法来进行混凝土的养护，这样既方便施工现场管理，又能达到使混凝土表面吸热、蓄热、散热、保温、养护等兼顾的良好效果。

5结语

针对超大体积混凝土施工中存在自身收缩大、水化热高、混凝土内外温差大等缺点，笔者在选材、配合比设计，及混凝土浇筑的温控和养护方面开展了大量的前期准备工作。从而使混凝土浇筑构件在施工中的内外温差、混凝土内部实际温升均符合《大体积混凝土施工规范》的相关要求。60d后对混凝土试件及实体进行强度检测，均能够满足设计要求，基本消除各种温差应变裂缝，取得了良好的工程施工效果。