工程档案：大体积承台自密实混凝土研究及施工应用
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本文选自《商品混凝土》杂志2024年第6期
大体积承台自密实混凝土研究及施工应用
郭林
［摘要］目前钢筋混凝土结构普遍存在钢筋密集的设计特点。承台大体积混凝土为控制温升采用水冷却系统，这增加了混凝土浇筑施工的难度，混凝土拌合物需既满足大体积又满足自密实的性能指标。为保证工程质量，本文采取优化配合比设计，采用冷却水系统和保温保湿养护等多种措施，降低最大温峰或者延缓温峰值的出现。
［关键词］大体积混凝土；自密实混凝土；冷却水系统
工程应用现状
大体积承台混凝土在工程领域的应用越来越广泛，主要应用于桥梁、建筑、工业装备、水利建筑等领域中的基础工程。目前，国内外许多大型工业化工厂储罐基础工程、高速公路桥梁承台工程等均采用了大体积承台混凝土。
某国家级风电叶片检测项目承台下部底座厚度大于3m，长宽逾20m，采用C40混凝土；上部台座高9.5m，长宽均8m左右，采用C55混凝土，在结构上均属于大体积混凝土。在施工工艺上，由于采用冷却水系统温度控制，为保证冷却管布局及施工过程中冷却系统正常使用，此次施工项目采用大体积自密实混凝土。自密实混凝土一般胶凝材料用量大，在满足施工免振捣的要求下，降低混凝土水化热，控制收缩裂缝的出现，保证承台基础的耐久性。在进行项目施工时，必须从原材优选、配合比设计、混凝土现场施工、混凝土温控监测等几方面进行考虑。
技术难点与路线
2.1技术难点
）浇筑块体内部钢筋密集，且伴有冷却管路系统（如图所示），需采用自密实混凝土泵送浇筑方式。混凝土流动性、保水性、抗离析性能要求高。上部台座高度9.5m，自密实混凝土自重侧向压力大，对模板支撑力及混凝土保塑时间、凝结时间有更高要求。
）下部底座于夏季高温环境浇筑，大体积混凝土入模温度不宜超过30，对制备混凝土的原材料温度有一定要求，必要时采取拌合水加冰措施；上部台座于秋末初冬季节浇筑，大气温度10℃以下，混凝土块体水化温升与外界温差较大，需采取保温措施。
2.2技术措施
本次施工采取整体分层连续浇筑。初始浇筑添加缓凝剂，延长初凝时间，保证在前层混凝土初凝之前浇筑次层混凝土；临近出面时，调整配合比，整体颗粒级配向上靠拢，提高碎石用量，增大其表层孔隙，提高表层泌水率，降低表面裂缝的产生。
）调整胶凝材料结构比例，采用水化热较低且收缩较小的普通硅酸盐水泥，增大混凝土中矿物掺合料的用量，能够降低水化热，同时能减小塑性收缩，提高混凝土的后期强度。
）减少单方混凝土的用水量，即采用较小的水胶比、较低的砂率，增大混凝土的密实度，提高混凝土强度。
）添加适量硅灰，降低混凝土黏度，同时能提高混凝土保水性，增大混凝土匀质性。
）采用减水率较高且保坍效果较好的外加剂，必要时添加缓凝剂，增大混凝土初凝时间，利于施工且抑制混凝土水化，降低水化热。
）粉粒物料提前进仓储备，降低初始温度，进行大体积混凝土出机温度计算，控制混凝土出机温度不超过25，计算出各个物料尤其是拌合用水的温度。
）实时检测混凝土出机及入模温度，计算过程不考虑温度损失，根据实测温度调整计算的物料温度，必要时采取骨料喷淋降温，拌合水添加冰块等降温措施，保证混凝土入模温度低于30
）上部底座搭设暖棚，内部设暖风机，棚内温度维持30
原材料质量及配合比设计
3.1部分原材料主要控制指标
）水泥：配制大体积混凝土优先选用稳定供应的普通硅酸盐水泥O42.53d强度28.8MPa28d强度51.4MPa。可提前天进场，生产时水泥温度不宜高于60
（2）粉煤灰：采用级粉煤灰，需水量比100%45方孔筛余量23%，烧失量1.9%
（3）矿渣粉：采用S95级矿粉，天活性78%28天活性99%，碱含量0.48%，氯离子含量0.02%
（4）硅灰：采用河北睿所硅灰，28d活性指数116%
）砂：应选用级配优良、干净的天然河砂，要求使用细度模数为2.32.8区中砂，含泥量不得大于3.0%，泥块含量不得大于1.0%
）石：优先选用级配优良、干净的碎石，含泥量小于1.0%，泥块含量小于0.5%，针片状含量小于8.0%，石子压碎指标小于8.0%。石子级配优先选用20mm连续级配碎石。
）外加剂：优先选用减水率为28%且保坍效果较好的外加剂，必要时添加一定比例的缓凝剂。
3.2配合比设计及试验方法
针对大体积混凝土的具体情况，配合比设计应重点突出低水胶比，使用具有缓凝功能的高性能减水剂和大量采用优质矿物掺合料。
依据JGJ/T 2832012《自密实混凝土应用技术规程》和GB 504962018《大体积混凝土施工标准》进行配合比设计，大体积自密实混凝土入模温度宜控制在30以下，在入模温度基础上的绝热温升值不宜大于50，降温速率不宜大于2.0/d。经试验及配合比优化、施工单位实体模拟测试，下部底座C40P6自密实防腐阻锈混凝土和上部台座C55自密实混凝土最终配合比确定如表C40混凝土使用6%膨胀剂，矿物掺合料占比37%C55混凝土矿物掺合料占比达44%，硅灰以6%掺量为最优。其中C40自密实混凝土用外加剂添加缓凝组分，将凝结硬化时间延缓，使放热峰值出现时间延缓，有利于分层浇筑。
按照GB/T 500802016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》测试混凝土的扩展度、倒置坍落度筒排空时间；按照GB/T 500812019《混凝土物理力学性能试验方法标准》制作边长为100mm的混凝土立方体标准试件，分别测试其2860d抗压强度，试验结果如表和图所示。结果表明，混凝土的工作性能和力学性能均满足施工要求。
现场施工与温度监测
4.1现场施工
大体积自密实混凝土采用整体分层连续浇筑或推移式连续浇筑时，应缩短间歇时间，并应在前层混凝土初凝之前浇筑次层混凝土，同时应减少分层浇筑的次数。本项目下部底座C40与上部台座C55混凝土均采用整体分层连续浇筑。分层浇筑期间各层间应有适宜的间歇时间，在上下层不产生冷缝的前提下，上层混凝土覆盖下层的混凝土时，下层混凝土水化热已进行了一段时间，热量已散发一部分，这样有助于降低混凝土内部的一部分水化热。混凝土浇筑第一次振捣后在初凝前进行二次振捣，充分排除混凝土因泌水形成的水份和毛细孔，提高混凝土密实度。
其中下部底座C40混凝土，初始浇筑添加缓凝剂，延长初凝时间约6h，保证在前层混凝土初凝之前浇筑次层混凝土，浇筑中部时，降低缓凝剂用量，延长初凝时间约3h；临近出面时，撤掉缓凝剂，整体颗粒级配向上靠拢，提高石子用量，提高混凝土中粗颗粒分布，增大其表层孔隙，提高表层泌水率，降低表面裂缝的产生几率。浇筑后表层覆盖两层棉被进行保温养护。
上部底座C55混凝土块体高度达9.5m，考虑模板侧向支撑力，混凝土凝结时间不宜过长，采取整体分层连续浇筑，每层50cm，不添加缓凝剂，于浇筑前启动冷却水系统，提前控制混凝土温升。自密实混凝土入模扩展度维持在600650mm，靠近模板外侧及边角进行辅助振捣。
C55上部底座浇筑期间昼夜温差达1015，为避免温差过大造成混凝土降温速率过快，在块体外部搭设暖棚，并覆盖湿布养护，由热风机维持在30左右，如图所示。
4.2温控监测
本项目采用水冷却方式控制大体积混凝土温度，如图所示。在混凝土初凝后，应及时启动水冷却系统，通过调节进水流量及水温，控制进水温度与混凝土最高温度之差，温差宜为1525，出水温度与进水温度之差宜为，降温速率不宜大于/d。在水冷却过程中，应加强混凝土的保温保湿养护。当混凝土里表温度不大于15时可暂停水冷却作业，当混凝土里表温度之差大于25时，应重新启动水冷却系统。
在本次浇筑C40大体积自密实承台混凝土的温控监测，通过水冷却方式，混凝土中心温度3d到达峰值，最高温度为63，里表温差最高不超过20，降温速率不大于/d14d后混凝土内部温度低于40，水冷却降温结束后，用水泥浆对冷却水管进行压浆封堵。
C55大体积自密实上部底座混凝土进行温控监测。在混凝土结构块体中由上至下分层分布70余枚温度探头，经数据采集，如图可以看出，块体下部（深蓝曲线）温峰66.5，块体上部（红色曲线）温峰72.9，由于冷却水系统的作用，块体中心（浅蓝曲线）也维持在65左右。混凝土温升值未超过50
4.3承台混凝土养护
保温养护一方面减少混凝土表面的热扩散，减小混凝土表面的温度梯度，防止产生表面裂缝；另一方面延长散热时间，充分发挥混凝土强度的潜力，使平均总温差对混凝土产生的拉应力小于混凝土的抗拉强度，防止产生结构贯穿性裂缝。
刚浇筑完的混凝土尚处于凝结硬化阶段，水化速度较快，适宜的潮湿条件可防止混凝土表面脱水而产生干缩裂缝，浇筑完成后应及时进行保温保湿养护。本项目施工现场搭设暖棚进行保温保湿养护，以减少升温阶段承台里表以及表面与环境温差，防止产生温度裂缝。经7d左右，撤除暖棚保温，拆除模板。混凝土表面接近清水混凝土效果，观感良好，无可见裂缝（如图所示）。
结论
本项目通过对大体积自密实混凝土的选材、配合比优化、凝结时间控制、施工过程水冷却系统及温度监测全方位的技术管控措施，提高承台的工程质量。
下部台座C40混凝土使用6%膨胀剂，矿物掺合料占比37%，硅灰占比约6%。上部台座C55混凝土矿物掺合料占比达44%，硅灰占比6%左右。优化后的配合比可以满足现场施工需求，同时降低了水化热总量。缓凝剂的使用延缓了大体积承台混凝土的水化过程，避免集中放热，最高温升值满足规范要求。大体积混凝土承台浇筑过程中设有冷却水管可以有效降低承台内部温度，减少承台里表温差，降低混凝土表面拉应力，浇筑完成后利用暖棚进行保温和保湿养护，有利于控制温度裂缝的产生。
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供稿人：
编辑员：李海亮
审核人：孙继成，宁夏
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