大体积混凝土原材料选择及其配合比设计原则.docx

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1、大体积混凝土原材料选择及其配合比设计原那么1概述美国混凝土协会ACI207认为，大体积混凝土是现场浇筑的混凝 ,尺寸大到需要采取措施降低水化热和水化热引起的体积变化以最 大限度地减少混凝土的开裂。美国混凝土协会还认为，对于结构最 小尺寸大于0.6m的混凝土，即应考虑水化热引起的混凝土体积变化与 开裂问题。混凝土大坝是最典型的大体积混凝土。大体积混凝土一般具有一些共同的特征，如结构厚实、混凝土方量 大，故需采取有效措施减少温度变形引起的混凝土开裂。对于大体积 混凝土而言，需要着力解决的问题常常不是力学结构强度,而是如何 有效控制混凝土温度变形裂缝、提高混凝土的抗渗抗裂性能，从而达 到提高混凝土结

2、构物和建造物使用年限的目的。因此，对大体积混凝 土进行温度控制是大体积混凝土最突出的特点。混凝土是热的不良导体。在大体积混凝土的内部，由于水泥的水化 热不容易散失而蓄热于其内部，从而使其内部混凝土的温升较大；而 在大体积混凝土的外部，由于其所产生的热量容易散失，从而使外部 混凝土的温升较小，因此而在大体积混凝土的内部和外部就形成了一 定的温度梯度，外部混凝土受到内部混凝土的约束而产生拉应力，当 其超过混凝土的抗拉强度时，混凝土即会产生裂缝。因此，为了抑制大体积混凝土因温差温度应力而产生的裂缝，必须改善混凝土的组成，妥善选择混凝土的原材料，精心设计 大体积混凝土配合比，并配合采用其他温控手段和措

3、施，多管齐下， 以期最大可能地到达预期之目的。2对原材料的选择2.1 水泥水泥水化热是大体积混凝土的主要温度因素，因此，在选择水泥时, 应首先考虑选择水化热低、凝结时间长的水泥，比方低热矿渣硅酸盐 水泥、中热硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、火山 灰硅酸盐水泥等。对于高强度等级的大体积混凝土，那么应优先考虑采用硅酸盐水泥或 普通硅酸盐水泥，并采取缓凝型外加剂等措施以延缓水泥水化热的释 放。2.2 外加剂根据混凝土外加剂的分类、命名和定义GB80乃的规定，混凝 土外加剂是指在混凝土制备过程中掺入、用以改善混凝土性能的物质, 掺量一般不大于水泥重量的5%（特殊情况除外）。大体积混凝土中

4、常用 的外加剂品种有普通减水剂、高效减水剂、缓凝剂、缓凝减水剂以及 同时具有减水、缓凝、引气等多种综合功能的复合型外加剂，其中多 以缓凝型减水剂为主。在大体积混凝土中使用缓凝型减水剂，其主要目的在于延缓水泥水 化热的释放速度，推迟热峰出现的时间，降低水化热量的最高峰值并 减少总的发热量，从而减少混凝土因温度而引起的裂缝。此外，由于 延缓了混凝土的凝结时间，缓凝型减水剂的使用还有利于在浇筑和捣 实大体积混凝土时不致形成施工冷缝，从而有利于延长振动时间或扩 大振动范围。2.3 砂石骨料在大体积混凝土中，砂石骨料的体积大约占混凝土总体积的3/4左 右。由于砂石骨料在混凝土中占有相当大的比例，因此，砂

5、石骨料无 论是对混凝土的生产本钱，还是混凝土的技术性能均产生非常重要的 影响。对砂石骨料的基本要求:质地坚硬，洁净、不含有害杂质，颗粒级配 良好，具有足够的机械强度，能配制出符合设计要求的混凝土拌和物， 在建筑物和构造物的整个设计年限内，其性能能在使用环境中基本保 持稳定而不致对混凝土性能产生有害的影响，其具体技术性能指标应 符合相关规程规范的规定。对于大体积混凝土而言，应优先考虑使用破碎骨料，且宜使用级配 良好的粗砂或中砂；使用级配良好、连续级配的粗骨料并尽可能使用 较大粒径的粗骨料，但粗骨料的最大粒径不得超过结构截面最小尺寸 的1/4 ,也不得大于钢筋最小净距的3/4 ;当使用多种粒级的骨

6、料时， 应通过不同粒级之间的掺配试验确定合理的掺配比例。2.4 掺合料在大体积混凝土中，常使用粉煤灰等活性掺合料。由于粉煤灰具有 形态效应和微集料效应，在掺加了性能良好的粉煤灰后，可 以显著改善混凝土的和易性，增加混凝土的粘聚性，减少混凝土的离 析和泌水；掺加粉煤灰后，使混凝土的凝结时间延长，可以延缓水泥 水化热的放热速度，推迟热峰出现的时间；粉煤灰可以取代局部水泥， 减少混凝土中的单位水泥用量，从而减少大体积混凝土中的总发热量。鉴于粉煤灰具有的上述优点，粉煤灰混凝土应用技术规范GBJ146 规定，在大体积混凝土、泵送混凝土等中宜掺用粉煤灰。至于掺用粉 煤灰的等级，可根据粉煤灰混凝土应用技术规

7、范GBJ146的规定进 行选用。2.5拌和用水水是混凝土的主要组分之一。水中的某些杂质会影响混凝土的正常 凝结与硬化，影响混凝土的强度开展与耐久性，加快钢筋的锈蚀，引 起预应力钢筋的脆断并污染混凝土的外表、影响混凝土的外观等。大体积混凝土的拌和用水应符合混凝土拌和用水JGJ63的规定, 在条件许可的情况下，宜用饮用水进行大体积混凝土的拌和。3配合比设计原那么混凝土配合比设计的任务是根据原材料的技术性能及施工条件，确 定出能满足工程要求的混凝土配合比。进行大体积混凝土配合比设计时，应考虑以下原那么:(1)在保证混凝土强度及和易性(坍落度)要求的前提下，在施工条件 许可的范围内，应尽可能提高掺合料

8、和骨料的含量以降低混凝土的单 位水泥用量和总发热量,从而降低混凝土内部的最高温度。(2)掺加缓凝型高效减水剂等外加剂。使用前,应首先进行外加剂的 品质检验，并应进行外加剂与水泥、粉煤灰等材料之间的相容性试验。 缓凝剂、缓凝减水剂、缓凝高效减水剂等外加剂的掺量应根据环境温 度、施工要求的混凝土凝结时间、运输距离、停留时间等因素综合确 定；同时，因外加剂的掺量一般较小，故外加剂的计量必须准确。缓凝剂、缓凝减水剂、缓凝高效减水剂产品说明资料中标明的凝结 时间是遵照混凝土外加剂GB8076的试验方法，其试验环境温度 为203C条件下得出的结果。当实际使用环境温度高于或低于该试验 温度时，外加剂的缓凝效

9、果可能会存在很大的差异。一般而言，在环 境温度较低时，缓凝效果增大；而当环境温度较高时，缓凝效果降低 甚至没有缓凝效果。因此，当环境温度较高时，在使用缓凝型外加剂 前，应首先进行温度适应性试验，待其符合施工要求后方可使用。(3)满足施工和易性要求。大体积混凝土的特点是点多面广，并要求混凝土进行连续浇筑作业，因此，对大体积混凝土而言，多采用固定拌和站集中供料的方式进行大体积混凝土的浇筑。在进行大体积混凝 土配合比设计时，应考虑环境温度、运输距离、停留时间对混凝土和 易性的影响，除了进行常规的试验外，还应模拟现场环境条件，进行 混凝土经时坍落度损失试验及混凝土经时温升试验。在设计大体积混凝土配合比

10、时，应认真考虑现场的施工要求，切忌 为了满足混凝土的强度指标而不适当地采用较小的水灰比和较小的坍 落度。在大体积混凝土工程中，应把和易性（坍落度）作为一个突出问题 来抓。应当指出的是:不掺外加剂和掺合料的大体积混凝土很难说是优 质的。总而言之，为了保证结构物和建造物的整体性和一致性，对于同一 个结构物和建造物，原那么上应选用同一种混凝土配合比进行施工。但 是，对于结构物和建造物的某些特殊部位，比方钢筋的疏密不同、结 构物和建造物尺寸突变的部位，为了保证这局部混凝土的施工质量， 也允许采用其他种类的混凝土配合比进行浇筑。4结语裂缝问题是大体积混凝土不得不面对的问题。大体积混凝土的开裂 主要是由混凝土温度升高引起的，所以，采取适当的措施，将混凝土 温度升高和温度变化速度控制在一定范围内，使温度变化产生的应力 小于混凝土的抗拉强度，即可有效防止出现裂缝。这些措施贯穿混凝 土生产、施工的全过程，混凝土原材料的合理选择以及混凝土配合比 的精心设计只是该过程中的两个结点。只有通过分析混凝土内部 的温度分布及其产生的约束应力，采取降低混凝土的发热量和浇筑温 度、埋设冷却水管、分层分块浇筑混凝土、加强混凝土养护和混凝土 外表保温等有效措施，多管齐下，才能有效解决大体积混凝土的裂缝 问题，从而保证大体积混凝土的整体质量。