C50大体积混凝土裂缝控制在工程中的应用

北京大兴国际机场航站楼卫星厅由中央站台大厅、东指廊和西指廊组成，底板大体积混凝土设计等级为C50，P8，设计混凝土评定考虑采用60?d抗压强度。卫星厅地下大体积混凝土厚达2.9?m，混凝土总量近2万m ³ 。

1??混凝土原材料

（1）采用普通硅酸盐水泥掺加大掺量矿物掺合料以降低水化热。选用北京产P·O 42.5水泥（3?d强度29.6?MPa，28?d强度54.4?MPa），3?d水化热260?kJ/ kg，7?d水化热2?298?kJ/kg。

（2）天津生产Ⅰ级F类粉煤灰需水量比94%，烧失量2.69%，细度7.9%。

（3）S95级矿粉比表面积430?m ² /kg，7?d活性指数86%，28?d活性指数101%。

（4）含泥量不大于2%的Ⅱ区中砂，细度模数为2.3~2.8。

（5）考虑到粗骨料采用双级配可提高混凝土的密实度并降低裂缝风险，故选用5~10?mm，10~20?mm双级配碎石。双级配碎石在5~10?mm/10~20?mm比例为4：6时，松散堆积密度值最大，故配合比设计中双级配碎石最佳比例为4∶6。

（6）北京产AN4000高性能缓凝型减水剂，减水率28%，pH值5.6。

（7）考虑到高强度的大体积混凝土28?d自收缩占总收缩的50%以上，是造成混凝土早期开裂的重要因素。混凝土内部的水分存在于毛细孔中，而毛细孔负压（水分凹液面产生的毛细孔负压）会导致混凝土自收缩或干燥收缩。毛细孔负压产生的收缩应力与混凝土内部的孔结构、湿度、水化进程及孔溶液表面张力密切相关。掺加SRA-AF12减缩剂可预防并降低混凝土内部的塑性及干燥收缩，从而降低总收缩值。

（8）生活饮用水符合JGJ 63—2006《混凝土用水标准》的规定。

2??配合比设计原则

大体积混凝土厚度较大，浇筑后水化热聚集在混凝土内部不易释放，致使内部温度升高过快；因混凝土自身导热系数较小，热量不易传导，混凝土内外温差过大易产生裂缝，须依据现行有关技术标准进行配合比设计。

（1）通过减少胶凝材料总用量、采用P·O 42.5水泥掺加大掺量矿物掺合料的方式，利用矿物掺合料的火山灰效应，发挥二次水化作用及填充性能增强混凝土内部结构致密性，降低收缩开裂的可能。降低绝热温升，减小混凝土内外温差，减小温度应力，以抑制应力裂缝。利用“双掺”的超叠加技术，缓解早期水化热，从而控制早期收缩。

（2）通过减小用水量、使用低水胶比减少游离 水，以减小混凝土早期收缩，提高混凝土密实度。

（3）适当延长混凝土的初凝时间，将初凝时间控制在13?h左右，保证混凝土连续施工，延缓水化的集中释放，抑制应力裂缝，避免施工过程中出现 冷缝。

（4）采用减缩剂降低大体积混凝土内部毛细孔水分的表面张力及毛细孔张力，以减少混凝土收缩。

3??配合比设计

3.1??试验配合比

综合考虑各影响因素，选用表1所示的配合比进行试验并进行优化选择，试验结果见表2。

表1??试验配合比         kg/m ³

表2??试验配合比强度及绝热温升

根据抗压数据及绝热温升计算值进行分析，大体积混凝土宜采用60?d抗压强度评定方式，强度保证率在110%以上。因绝热温升值与配合比及水泥用量关系密切，故在满足强度要求的前提下，应将胶凝材料及水泥用量控制在合理范围内，为尽可能提高掺合料用量，初步确定选用第三组配合比进行进一步试验验证。

3.2??配合比复验

考虑到大体积混凝土浇筑日期在6月，日平均气温在25?℃左右，对配合比进行复验，委托清华大学建筑材料实验室试验确定混凝土的抗压强度、工作性能、经时损失、绝热温升及自收缩等指标的数值。

通过检测，加入SRA减缩剂的混凝土随龄期增加收缩速率降低，掺加减缩剂的混凝土21?d收缩率为空白样品的50%左右，证明减缩剂可有效降低混凝土的塑性及干燥收缩（图1）。拌合物的性能指标见表3。

图1??自收缩曲线

表3??C50 P8大体积混凝土试验配合比

从表3可知，大体积混凝土内部最高温度为67.3℃，7?d的绝热温升值为41.6?℃，初凝时间及终凝时间均满足施工需求，故该配合比可满足本次大体积混凝土的施工要求。

力学性能试验结果表明，7?d，28?d，60?d抗压强度分别为34.3?MPa，53.8?MPa，61.5?MPa，满足工程需求，最终确定的配合比入见表4。

表4??C50 P8大体积混凝土配合比   kg/m ³

3.3??大体积混凝土入模温度计算

按北京市气象资料统计，6月初北京市平均气温为25~30?℃，考虑到可能出现的高温炎热天气，取大气温度为30?℃进行大体积混凝土热工计算，大气平均温度（T0）按30?℃取值，砂含水率取值8%。经测定大棚内部温度在25?℃左右，因此骨料温度采用25?℃，水温22?℃。计算得出，大体积混凝土出机温度为27.8?℃，入模温度为27.7?℃，满足工程要求。

3.4??大体积混凝土绝热温升计算

混凝土各龄期的绝热温升见表5，内部最高温度见表6。

表5??混凝土各龄期的绝热温升   ℃

表6??混凝土各龄期内部最高温度   ℃

经计算，大体积混凝土内部最高温度为63.4?℃，表明表4中配合比设计满足本次大体积混凝土配合比设计及施工要求。

4??应用效果与分析

2019年6月，采用分标段、分区域的方式进行混凝土浇筑，使用4台汽车泵，按群桩承台→底板→上返梁的顺序浇筑。在各分段内，由南北两端和东西两端向中间浇筑。

混凝土收平抹压后立即覆盖薄膜并加强温度监测，通过调整保温保湿等措施，将混凝土的湿度和温度梯度控制在可控范围内，避免出现有害裂缝。若表面温度与大气温度差超过20℃，应通过增加蓄水深度的方式来控制大体积混凝土的内、外温差，待温差小于15℃可停止测温，拆模后继续进行养护。

4.1??测温

本工程大体积混凝土测温采用无线大体积混凝土测温系统（HC-TW 20），在大体积底板中设16个测温点图。大体积混凝土浇筑完成后4?d内每隔4?h测温1次；5~7?d每隔8?h测温1次；8~14?d隔12?h测温1次。从浇筑开始至保温措施拆除，测温时间不少于14?d。温度检测曲线如图2所示。从图2可看出混凝土浇筑后第6日到第7日内部温度达到最高（65.5℃），然后缓慢降低。大体积底板浇筑完成后混凝土整体未出现有害裂缝，满足耐久性要求。

图2??卫星厅大体积混凝土筏板温度检测曲线

4.2??质量检查结果

对留置试件进行60?d抗压强度试验，其抗压强度为53.6~62.1?MPa，平均56.2?MPa。抗渗指标按标准进行检测，均达到设计与规范要求。

5??结束语

大体积混凝土配合比设计应以控制内部最高温度 为依据，通过降低入模温度对配合比进行优化设计。优先选用低水化热的水泥品种，若水泥水化热不满足要求，可采用大掺量矿物掺合料降低胶凝材料的总水化热，从而降低混凝土的绝热温升，控制混凝土内部的最高温度。加入SRA减缩剂，可有效减小混凝土的早期收缩，降低混凝土裂缝的风险。

通过控制混凝土出机温度、计算绝热温升、混凝土内部测温等方式，指导混凝土配合比设计、浇筑和养护，控制了混凝土的收缩及温度裂缝。