“双掺法”在大体积混凝土中的应用

2021-03-20占建军高志刚刘成刚

城市建筑空间 2021年1期

占建军，高志刚，刘成刚

（中建八局（厦门）建设有限公司，福建厦门 361000）

0 引言

超高层建筑一般采用板厚较厚的筏板基础，需一次性浇筑大量混凝土，若未采取有效降温措施，水泥水化热产生大量热量，混凝土内部温度与表面温度形成较大温差，使混凝土结构内部出现温度应力，形成裂缝，超高层建筑筏板基础的施工关键在于降低水泥水化热，控制温度裂缝。本文结合永同昌北站项目，在混凝土配合比设计中主要通过采用“双掺法”，辅以降低水泥用量方法降低水化热。

1 工程概况

永同昌北站项目位于福建省厦门市，总建筑面积17.7 万m2，最大建筑高度148.65m。3 号楼主楼采用钢管混凝土框架柱、钢筋混凝土核心筒结构，核心筒范围内筏板最厚达1.5m、主楼范围内筏板厚度为1.0m，一次浇筑混凝土量较大，约为4 578m3。

2 混凝土用主要原材料

1）水泥 P·O42.5 水泥，Q3=252kJ/kg，Q7=283kJ/kg。

2）河砂主要为中砂，细度模数指标为2.5，含泥量约为1.3%。

3）碎石粒径5～25mm 碎石。

4）掺合料 Ⅱ级粉煤灰和S95 级矿粉。

5）外加剂缓凝型高效减水剂。

3 混凝土配合比试验与确定

根据大体积混凝土相关规范标准要求，该大体积混凝土配合比设计应符合以下要求：水胶比（W/B）≤0.5；用水量≤175kg/m3；砂率宜为35%～45%；胶凝材料用量≥320kg/m3；绝热温度上升值不大于50℃；采用150mm×150mm×150mm标准试件，60d 龄期强度。

3.1 正交试验计算

综合以上条件选择正交试验因素。根据本项目特点，在筏板基础大体积混凝土浇筑过程中，主要通过在混凝土中掺入矿粉、粉煤灰的“双掺法”方式降低混凝土水化热，减少结构裂缝；在混凝土工作性能影响指标中，砂率和水胶比起关键性作用，如表1 所示。

3.2 混凝土配合比试验

L9（34）正交试验表如表2 所示。通过正交试验表计算出相对应的混凝土配合比，如表3 所示。

表1 正交试验因素和水平 %

表2 L9（34）正交试验表 %

表3 L9（34）正交试验相应混凝土配合比（kg/m3）

由L9（34）正交试验混凝土配合比，通过反复试拌得出新拌混凝土60d 抗压强度、坍落度，并通过计算得出混凝土绝热温度上升值。试验数值结果如表4，5 所示。

表4 不同掺量掺合料水化热调整系数

表5 抗压强度、坍落度、混凝土绝热温度上升值

根据表5 中的数据进行极差计算，如图1～3 所示。

图1 混凝土坍落度的影响因素指标

图2 各因素对混凝土抗压强度的影响因素指标

混凝土配合比影响因素水平变化过程中，极差R 的值直接影响混凝土配合比的变化，其值越大，影响也越大。从图1可看出：混凝土坍落度影响因素中，影响最大的是水胶比，其次分别为砂率、矿粉，粉煤灰因素最小。水平试验中，通过对同一水平和值Ki进行分析，可知影响因素的最优水平配合比为：粉煤灰量20%，矿粉量15%，水胶配合比0.45，砂率45%，用水量170kg/m3。

图3 各因素对混凝土绝热温度上升值的影响因素指标

由图2 可知：由于水胶比极差最大，因此对混凝土60d 抗压强度影响因素进行分析，影响最大的是水胶比，其次分别是矿粉、砂率，粉煤灰的影响最小。由于混凝土结构的抗压强度受水泥凝胶与骨料间的黏结作用影响，在较大的黏结力下，混凝土抗压强度得到较大提高，即混凝土抗压强度与水胶比成反比。水平试验中，通过对同一水平和值Ki进行分析可知，影响因素的最优水平配合比为粉煤灰量20%，矿粉量15%，水胶配合比0.35，砂率45%，用水量170kg/m3。

由图3 可知：水胶比极差最大，在对混凝土绝热温度上升值影响因素分析中，影响最大的是水胶比，其次分别是矿粉、粉煤灰，砂率影响最小。影响因素中矿粉掺量因素极差与水胶比因素极差相接近，这是由于矿粉的化学成分相较粉煤灰更接近硅酸盐水泥。大体积混凝土绝热温度上升值主要与胶凝材料水化放热有关，“双掺法”取代部分水泥，有利于使整体水化热降低。此外，掺入缓凝型高效减水剂在一定程度下能有效降低水化热，延缓水泥水化热的时间。

水平试验中，通过对同一水平和值Ki进行分析可知，在最优水平配合比情况下，混凝土绝热温度上升值最大，大体积混凝土结构内部出现较大温差，结构内出现温度应力裂缝。当混凝土绝热温度上升值最小时Ki值最小，最优组合应为：粉煤灰量20%，矿粉量20%，水胶比0.45，砂率40%，用水量170kg/m3。