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大体积混凝土原材料控制和配合比设计

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【摘要】:
1、大体积混凝土开裂的主要原因  大体积混凝土浇筑后,部分工程很快就会产生裂缝,部分工程3d后出现裂缝,也有工程在14d后出现裂缝,裂缝出现的时间不同,原因亦不同,裂缝产生的原因如下:  1.1收缩裂缝  混凝土的收缩主要是由化学收缩、干燥收缩所造成的,混凝土体积较大、水泥用量较高时,将会产生较大的化学收缩;混凝土浇筑后,由于养护方式不当,将会有大量的游离水被蒸发,由于水分的损失,造成混凝土的干燥

  1、大体积混凝土开裂的主要原因

  大体积混凝土浇筑后,部分工程很快就会产生裂缝,部分工程3d后出现裂缝,也有工程在14d后出现裂缝,裂缝出现的时间不同,原因亦不同,裂缝产生的原因如下:

  1.1收缩裂缝

  混凝土的收缩主要是由化学收缩、干燥收缩所造成的,混凝土体积较大、水泥用量较高时,将会产生较大的化学收缩;混凝土浇筑后,由于养护方式不当,将会有大量的游离水被蒸发,由于水分的损失,造成混凝土的干燥收缩,干燥收缩和所处的环境有较大关系,在不同的温度、湿度和风的作用下,混凝土失水速度将有巨大的差距。当收缩应力大于混凝土拉应力时将会产生收缩裂缝。

  1.2温度裂缝

  大体积混凝土中,水化热集中,温升较大,产生较大的温度应力,当温度应力大于混凝土拉应力时将会产生温度裂缝 。水化热是混凝土内部升温的主要来源, 因此应控制水泥的水热化,或采用大掺量矿物掺合料来降低水化热,通过养护制度降低混凝土温差,降低混凝土的温度应力,降低混凝土开裂的风险。

  1.3沉降裂缝

  混凝土在浇筑过程中,由于混凝土是由固液气三相非匀质体系组成,各种材料比重不同,在未硬化前极易分层、离析和泌水,使得混凝土集料下沉,浆体上浮,匀质性变差,硬化时拉应力不均匀,混凝土收缩时,在薄弱区较易开裂,随着收缩和温度应力的增加,裂缝将迅速发展。

  结构的约束应力产生的裂缝以及结构本身变形沉降产生的裂缝,在此文不做论述。

  2、大体积混凝土的质量要求

  混凝土浇筑体量较大,混凝土易于离淅泌水,混凝土水化热较大,温升较高,因此混凝土质量要求更高。

  2.1混凝土匀质性

  混凝土需具备足够的粘聚性,不分层、不离析,不泌水;不同批次混凝土必须具有相同的工作性,不能坍落度时大时小。要求混凝土坍落度保持性能良好,以避免由于等待或其他原因,在浇筑时混凝土坍落度过小。混凝土开裂主要原因是由于混凝土浇筑时,斜落度控制不准,造成不同区域混凝土勻质性较差。即使混凝土坍落度控制较好,也可能由于混凝土本身抗沉降性能较差、粘度不够在塑性阶段,浆骨分层,造成应力集中。

  2.2混凝土凝结时间

  混凝土浇筑后,在早期水泥水化较快,水化放热较集中,温升太大易于产生裂缝。凝结时间太长易于泌水和产生早期塑性裂纹,因此必须根据混凝土浇筑环境和施工工艺,确定合理凝结时间。

  2.3强度

  混凝土强度应满足设计要求,由于为了降低水化热,一般掺合料用量较高,因此宜采用60d或 90d强度进行验收。

  其他技术指标应满足结构设计和施工要求。

  3大体积混凝土原材料控制

  大体积混凝土的特殊性,决定了大体积混凝土对原材料的具体要求。

  3.1 水泥

  大体积混凝土宜选用低热水泥,如矿渣硅酸盐水泥,粉煤灰硅酸盐水泥、或中低热硅水泥大体 积混凝土施工所用水泥其3d的水化热不宜大于240kJ/kg,7d的水化热不宜大于270kJ/kg;混凝土 有抗渗指标要求时,所用水泥的铝酸三钙(C₃A)含量不宜大于8%;水泥在搅拌站的入机温度不 宜大于60°C。

  3.2 掺合料

  通常大体积混凝土为了进一步降低水化热,采用大掺量矿物掺合料的技术路线。选用粉煤灰和 矿粉作为矿物掺合料,宜选用二级以上,含碳量、游离氧化钙低粉煤灰。由于掺量较大,混凝土的匀质性要求掺合料的质量必须稳定。

  3.3 减水剂

  混凝土必须具有较高的粘聚性,传统木质素系和萘系减水剂,由于作用机理的限制,一般很难保证混凝土在较大流动性时,还能保持较高的粘聚性,因此建议优选聚羧酸系高性能减水剂。

  对于大体积混凝土的浇筑,需要极佳的工作性和良好的坍落度保持能力。如工作性不佳,易于造成混凝土在泵送时堵泵,将极大的影响整个施工的节拍,大体积混凝土的浇筑需要大量的运输车甚至较远距离的运输,并且需排队等候,因此必须具有极佳的坍落度保持能力,否则在浇筑前很难调整到满足要求。

  聚羧酸系高性能减水剂的主要作用机理为静电有排斥和空间位阻效应,由于该外加剂具有强大的空间位阻效应,显著降低混凝土收缩;具有较高的减水率,可明显降低混凝土单方用水量,以减少混凝土收缩;具有较高的粘聚性,使得混凝土分散更加均匀,减少混凝土分层离析的可能性。

  3.4 集料

  细集料宜采用中砂,其细度模数宜大于2. 3,含泥量不应大于3%;

  粗集料宜选用粒径5〜31.5mm,连续级配,含泥量不应大于1%;

  应选用非碱活性的粗集料;

  当采用非泵送施工时粗集料的粒径可适当增大;

  所有原材料应能确保供应能力,尤其水泥和外加剂,宜选用大厂并具有大工程连续供应经历的厂家。

  4、大体积混凝土配合比设计

  采用混凝土 60d或90d强度作指标时,应将其作为混凝土配合比的设计依据;

  拌合水用量不宜大于175kg/m3 ;

  粉煤灰掺量不宜超过胶凝材料用量的40% ;

  矿渣粉的掺量不宜超过胶凝材料用量的50% ;

  水胶比不宜大于0.50;

  砂率宜为35〜42%。

  5场拌实验

  经过实验室的初步试验全部满足技术要求后,必须进行场拌试验以确保混凝土工程的顺利。场拌试验所有参与的搅拌站全部都要进行,场拌试验重点监控测试项目:

  搅拌和计量设备的监控;

  原材料的检查;

  混凝土出机坍落度、和易性检查、出机混凝土温度、工作性的测试;

  不同时间工作性的测试;

  泵送的测试、泵管的设计、泵送压力、出泵混凝土状态的监测;

  温升的初步测量,凝结时间的测试。

  结 论

  大体积混凝土必须采取合理的质控措施,以保障混凝土原材料稳定供应;

  大体积混凝土必须采取合理的技术措施,以保障混凝土勻质性,工作性;

  大体积混凝土必须采取合理的技术措施,以保障混凝土较低的收缩;

  大体积混凝土必须采取合理的技术措施,以保障混凝土较低的水化热,较小的温升。