1.1大體積混凝土概念
混凝土結構物實體最小幾何尺寸不小于1m的大體量混凝土,或預計會因混凝土中膠凝材料水化引起的溫度變化和收縮而導致有害裂縫產生的混凝土,被稱為大體積混凝土。
1.2大體積混凝土配合比設計原則
(1)混凝土的用水量與總膠凝材料之比不應大于0.55,且總用水量不應大于175kg·m-3。
(2)在保證混凝土各項工作性能滿足規范要求的前提下,砂率最好在38%~42%之間,盡量提高每方混凝土中的粗集料占比。
(3)在保證混凝土各項工作性能滿足規范要求的前提下,應該減少總膠凝材料中的水泥用量,提高粉煤灰、磨細礦渣粉等礦物摻合料的摻入量。
(4)在試配與調整大體積混凝土配合比時,控制混凝土絕熱溫升不大于50℃。
(5)大體積混凝土配合比設計應滿足專項施工方案制定情況下對混凝土凝結時間的要求。
1.3大體積混凝土配合比設計思路
(1)配合比設計應嚴格按照《普通混凝土配合比設計規程》(JGJ55—2011)對大體積混凝土的各項要求進行設計和試配。
(2)大體積混凝土配合比不宜采用28d抗壓強度作為評定標準,應采用60d或90d的抗壓強度作為設計、評定及驗收的依據。
(3)宜選用低摻量、低水化熱的水泥來避免因水泥水化熱過高而引起混凝土內外溫差過大產生的細小裂縫。
(4)控制好混凝土配合比中總膠凝材料用量,通過加入大摻量礦物摻合料來降低大體積混凝土強度增長過程中的放熱峰值。
1.4原材料的選擇
1.4.1水泥
大體積混凝土所用水泥宜采用中、低熱硅酸鹽水泥或者低熱礦渣硅酸鹽水泥,如果采用普通硅酸鹽水泥時,宜摻加礦物摻合料例如粉煤灰和礦渣粉等。由于禹門口黃河大橋處于陜西和山西交界處,地理位置較偏,附近區域沒有生產中、低熱硅酸鹽水泥和低熱礦渣硅酸鹽水泥的廠家,所以采用山西龍門五色石建材有限公司生產的P·O42.5普通硅酸鹽水泥,經過試驗檢測,其物理性能如下:密度為3.04G·cm-3,比表面積為332m2·kg-1,標準稠度用水量為27.4%;初凝時間為220min,終凝時間為301min;雷氏夾法測定安定性合格;3d抗折、抗壓強度分別為5.3、25.4mPa;28d抗折、抗壓強度分別為8.2、45.4mPa。
1.4.2粉煤灰
通過粉煤灰超量或等量取代的方法來降低大體積混凝土中水泥的用量,不僅可以大大降低混凝土整體水化熱,增加大體積混凝土施工的和易性,而且能夠大幅度提高混凝土密實度和耐久性。本項目采用河津市龍輝建材有限公司生產的F類Ⅰ級粉煤灰,經過檢測,其性能如下:細度(0.045mm方孔篩通過百分率)為6%;燒失量為0.14%;需水量比為94%。
1.4.3磨細礦渣粉
磨細礦渣粉作為大體積混凝土中的礦物摻合料,不僅可超量或等量替代水泥,改善混凝土膠凝材料體系中的顆粒級配,增加大體積混凝土施工過程中的和易性,還可以延長水泥水化熱產生時間,推遲大體積混凝土凝結時間,降低其早期過程水化熱。本項目選用西安德龍粉體工程有限公司生產的S95級磨細礦渣粉。經過試驗檢測,其物理性能如下:比表面積為428 m2·kg-1;燒失量為1.4%;需水量比為98.1%;7d活性指數為78%。
1.4.4集料
集料是混凝土的骨架,直接關系到混凝土的質量。級配較好的集料不僅可以有效提高混凝土的抗壓、抗彎拉等強度,提高混凝土的各項工作性能,減少混凝土早期成型過程中的干燥收縮、徐變、細小裂紋等不利影響,還可以大大提高混凝土的耐久性。
對于細集料,規范規定一級公路大體積混凝土用細集料宜采用中砂,含泥量不應大于3.0%。本項目選用臨潼區新豐鎮春光砂場生產的Ⅱ區中砂。其技術指標如下:細度模數為2.77;表觀密度為2592kg·m-3;堆積密度為1600kg·m-3;含泥量為1.6%;泥塊含量為0.4%。對于粗集料,規范規定一級公路大體積混凝土用粗集料宜為連續級配,最大公稱粒徑不宜小于31.5mm,含泥量不應大于1.0%。本項目選用河津石佳石場的5~31.5mm連續級配碎石,其技術指標如下:表觀密度為2718kg·m-3;堆積密度為1610kg·m-3;含泥量為0.6%;泥塊含量為0.2%;壓碎值為1..3%;針片狀顆粒含量為5.4%。
1.4.5外加劑
緩凝型聚羧酸高性能減水劑能有效延緩混凝土水化熱的釋放,降低及推遲混凝土水化熱的放熱最高值,使混凝土水化熱釋放過程更加平緩,避免混凝土最中心部位溫度上升過快導致內部與外部溫差增大從而產生微觀裂縫,引起混凝土耐久性降低。本項目選用山西黃河新型化工有限公司生產的HJSX-A(緩凝型)聚羧酸高性能減水劑,經過試驗檢測,其各項工作性能如下:減水率為28.0%;7d抗壓強度比為146%;28d抗壓強度比為135%;泌水率比為17%;含氣量為2.6%;28d收縮率比為103%。
1.5大體積混凝土配合比設計及混凝土試驗
1.5.1配合比的試配
首先根據試驗規程、規范和設計文件要求對大體積混凝土用各種原材料進行自檢和委外檢測,各項指標均合格后依據《普通混凝土配合比設計規程》(JGJ55—2011)、《混凝土泵送施工技術規程》(JGJ/T10—2011)的有關規定進行大體積混凝土配合比設計。設計混凝土坍落度為160~200mm,混凝土表觀密度為2400kg·m-3,計算配制強度為48.2mPa,依據施工經驗水灰比選擇為0.35。根據設計規程,依據外加劑減水率確定單位用水量為150kg·m-3,得出總膠凝材料用量為429kg·m-3,選取礦物摻合料總量占膠凝材料總和為37%,分別得出水泥、粉煤灰、礦渣粉摻入量,選取砂率為41%,從而計算得出粗、細集料用量。依據試驗規程進行配合比試拌及比對,結果如表1所示。