417用于防輻射工程的大體積混凝土如何配制？

隨著混凝土技術(shù)的發(fā)展，泵送混凝土、大體積混凝土、高強(qiáng)混凝土等技術(shù)也已較為完善。近年來，由于建筑業(yè)的迅猛發(fā)展，高層、超高層的建筑隨之增多，建筑結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)功能日益多樣化，各種特種混凝土（如：輕集料混凝土、防輻射混凝土、高性能混凝土等）在工程中的應(yīng)用也越來越廣泛，同時(shí)也越來越受到混凝土專業(yè)人士的重視。

一、工程概況

武警總醫(yī)院地下核磁共振構(gòu)筑物，墻體周長多達(dá)70ｍ，墻體厚2400mm、墻高4000mm；頂板厚為1400mm每個(gè)核磁共振構(gòu)筑物混凝土用量超過600ｍ^３，強(qiáng)度等級(jí)為Ｃ30。該工程位于原有武警總醫(yī)院門診樓地下室，由于地下室空間的限制，要求對(duì)墻體和頂板分兩次進(jìn)行混凝土澆筑，混凝土不能出現(xiàn)任何裂縫。

工程施工時(shí)間為９月中旬、由于工程處在原有建筑物地下室施工環(huán)境溫度基本穩(wěn)定。

二、技術(shù)難點(diǎn)分析

（１）該工程用混凝土屬大體積混凝土的范疇，如何解決大體積混凝土的水化熱、降低混凝土的內(nèi)部升溫及內(nèi)外溫差、防止混凝土的溫度裂縫是配制混凝土首先要考慮的問題；在此工程中，我們應(yīng)保證混凝土內(nèi)外溫差控制在25℃之內(nèi)。

（２）該工程為防輻射工程，不允許設(shè)置施工縫，對(duì)混凝土的整體性要求很高，而且混凝土一次澆筑量較大，所以如何保證混凝土的整體性，控制混凝土干縮裂縫的發(fā)生是要考慮的第二問題。

（３）由于混凝土施工場所在已有建筑物地下室，混凝土只能用泵送的方式進(jìn)行施工，而且混凝土施工場地狹小，混凝土施工振搗的難度很大，因而要求混凝土有較大的坍落度，砂率不能太低，而這點(diǎn)對(duì)控制混凝土裂縫極為不利。

三、技術(shù)措施

（１）為有效降低混凝土的水化熱，降低混凝土溫差裂縫產(chǎn)生的可能性，在配制混凝土?xí)r我們考慮以下措施：

①選用P.S32.5水泥配制混凝土，同時(shí)在混凝土中摻用緩凝型外加劑，控制混凝土的初凝時(shí)間在12～14ｈ的范圍內(nèi)，以降低和延緩混凝土的水化熱峰值的出現(xiàn)。

②在混凝土中摻用II級(jí)粉煤灰，而且盡量選用滿足II級(jí)粉煤灰指標(biāo)前提下的粗灰，因?yàn)榻?jīng)過試驗(yàn)表明，粉煤灰的細(xì)度對(duì)混凝土的早期強(qiáng)度影響較大。對(duì)于同一發(fā)電廠的粉煤灰，細(xì)度越好，活性越高，混凝土的早期強(qiáng)度也越高，混凝土水化的放熱速度越快，因此對(duì)該工程宜采用II級(jí)粉煤灰（注意：用Ｉ級(jí)粉煤灰如果大量提高摻量、降低水泥量，同樣也能有效降低混凝土的水化熱，但由于該工程為防輻射工程，混凝土中水泥的用量不宜過低，否則防輻射性能會(huì)有所影響）。

③通過對(duì)原材料的降溫降低混凝土的出機(jī)溫度。主要措施有：控制水泥進(jìn)場溫度，通過對(duì)材料灑水進(jìn)行降溫等。

（２）為降低混凝土的干縮，采取以下措施：

①在滿足混凝土工作性和泵送性良好的前提下，盡量降低混凝土的膠結(jié)料用量，降低混凝土的砂率；根據(jù)有關(guān)的文獻(xiàn)資料表明，混凝土膠結(jié)料用量越低、砂率越低，混凝土收縮程度也越低，這與我們的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)是相符合的。基于以上原因，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)，我們確定混凝土膠結(jié)料不大于400kg／ｍ^３，混凝土的砂率不大于43％。

②在配制混凝土?xí)r，盡量采用較高減水率的外加劑，降低混凝土的用水量，降低混凝土的水灰比。在水泥用量一定的情況下，混凝土的干縮率與用水量成線性關(guān)系；有資料顯示混凝土水灰比為0.6是收縮比水灰比為0.4時(shí)的收縮約增加40％。

③采取有效的施工和養(yǎng)護(hù)措施：良好的施工方法是保證混凝土整體性的重要條件。混凝土的養(yǎng)護(hù)條件對(duì)混凝土的收縮影響很大，環(huán)境的相對(duì)濕度越高，對(duì)控制混凝土的收縮越有利；環(huán)境溫度過高、風(fēng)速過大會(huì)加快混凝土失水，進(jìn)而加大干縮對(duì)混凝土的裂縫控制不利。

④采用復(fù)合膨脹劑配制補(bǔ)償收縮混凝土，用混凝土的自身膨脹抵消部分收縮。

對(duì)于以上幾點(diǎn)措施，我們只能從定性的角度去分析控制混凝土裂縫發(fā)生的措施，因此我們還不能完全保證混凝土不出現(xiàn)裂縫。要真正保證混凝土澆筑后不出現(xiàn)裂縫，必須運(yùn)用鋼筋混凝土的防裂原理進(jìn)行計(jì)算，用科學(xué)的數(shù)字來保證。摻膨脹劑鋼筋混凝土的抗裂原理是：使未被抵消的混凝土殘余收縮值小于鋼筋混凝土的極限拉伸值。計(jì)算可按以下五個(gè)步驟進(jìn)行：ａ.混凝土中摻加混凝土膨脹劑，測量混凝土的膨脹率（對(duì)用于計(jì)算的混凝土的膨脹率，我們有自己的確定方法，在下一段中將簡單進(jìn)行描述，僅供參考）；ｂ.計(jì)算施工部位的混凝土配筋率、混凝土的抗拉強(qiáng)度，計(jì)算鋼筋混凝土的極限拉伸值；ｃ.計(jì)算混凝土內(nèi)部絕熱升溫（按最不利的條件考慮），計(jì)算混凝土的內(nèi)外溫差，然后計(jì)算因溫差造成的混凝土收縮率；ｄ.計(jì)算混凝土的干縮率；ｅ.按原理綜合計(jì)算，計(jì)算結(jié)果滿足原理要求，混凝土可有效的控制裂縫。

混凝土膨脹率的確定方法：對(duì)于混凝土的膨脹率，我們進(jìn)行了較多的試驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，即使不摻加膨脹劑的空白混凝土，在水中養(yǎng)護(hù)的的條件下，也存在萬分之0.5左右的膨脹率，也就是說混凝土膨脹劑存在濫用問題。而在多數(shù)實(shí)際工程部位中（特別是墻體），混凝土不可能進(jìn)行水中養(yǎng)護(hù)，因而也不存在濕脹問題。因此，如果我們在確定用以裂縫驗(yàn)算的混凝土膨脹率時(shí)，用水中的膨脹率來計(jì)算是不合理，為了更準(zhǔn)確的求得混凝土的實(shí)際膨脹率，應(yīng)對(duì)所施工部位的環(huán)境進(jìn)行環(huán)境濕度的檢測。

四、混凝土配合比

（一）混凝土配合比原材料情況

（１） 水泥：選用新港水泥廠生產(chǎn)的P.S32.5水泥，堿含量小于0.6％，其他指標(biāo)符合

P.S32.5水泥標(biāo)準(zhǔn)。

（２）粉煤灰：Ⅱ級(jí)粉煤灰、性能符合Ⅱ粉煤灰標(biāo)準(zhǔn)；

（３）碎石：Ｃ類集料，５～25mm連續(xù)粒級(jí)，指標(biāo)符合混凝土用石標(biāo)準(zhǔn)；

（４）砂：Ｃ類集料，二區(qū)中砂，指標(biāo)符合混凝土用砂標(biāo)準(zhǔn)。

（５）膨脹劑：復(fù)合膨脹劑，具有減水、膨脹、緩凝和功能，性能指標(biāo)符合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)要求。

（二）配合比情況

混凝土配合比設(shè)計(jì)參考現(xiàn)行《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)》進(jìn)行，同時(shí)充分考慮以上分析技術(shù)措施。經(jīng)過多次的試驗(yàn)我們最后確定混凝土配合比見表１。

對(duì)選用的混凝土配合比，在用于實(shí)際生產(chǎn)前我們通過有關(guān)類似混凝土的膨脹率、混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度數(shù)據(jù)積累，及施工單位提供混凝土的配筋率等進(jìn)行驗(yàn)算，符合有關(guān)公式的防裂關(guān)系式，說明用該配合比生產(chǎn)的混凝土用于本工程的施工在理論上完全符合抗裂要求。

五、混凝土生產(chǎn)、施工過程中采取的措施

（一）生產(chǎn)過程中的控制措施

（１）嚴(yán)格按混凝土配合比進(jìn)行生產(chǎn)，控制計(jì)量誤差在標(biāo)準(zhǔn)要求之內(nèi)。

（２）在滿足混凝土泵送、施工的條件下，盡量控制穩(wěn)定混凝土坍落度，本工程生產(chǎn)時(shí)控制混凝土坍落度為14～16cm。

（３）為有效降低混凝土的出機(jī)溫度，我們對(duì)集料進(jìn)行澆水降溫，對(duì)生產(chǎn)用的水泥經(jīng)過10ｄ以上的貯存，使水泥的溫度由進(jìn)場時(shí)的大于50℃，降低到40℃以上。從而在生產(chǎn)中有效控制混凝土的出機(jī)溫度在22℃以內(nèi)。

（４）生產(chǎn)過程中，做好車輛調(diào)度工作，安排現(xiàn)場調(diào)度隨時(shí)與攪拌站聯(lián)系，做到現(xiàn)場不斷車，不長時(shí)間壓車，壓車時(shí)間不超過30min，混凝土坍落度損失在40min內(nèi)不大于20mm。

（二）施工措施

在施工墻體時(shí)，我們建議施工單位在混凝土內(nèi)部設(shè)立冷卻水管的方式對(duì)混凝土進(jìn)行降溫，但由于施工條件的限制，施工單位無法做到上述要求。經(jīng)過我方與施工方的多次研究討論，最后確定以下施工措施。

（１）墻體每層的施工厚度為30cm，確保上下兩層澆筑時(shí)間在混凝土初凝時(shí)間之內(nèi)。

（２）加強(qiáng)混凝土振搗，明確振搗器有效振搗范圍，避免混凝土欠振和過振現(xiàn)象。欠振容易使混凝土產(chǎn)生蜂窩孔洞，過振容易使混凝土離析，不利于混凝土裂縫的控制。同時(shí)要注意上下兩層混凝土間的振搗，振搗上層混凝土應(yīng)插入下層10cm左右。

（３）建議施工單位準(zhǔn)備粒徑６～10cm低活性集料15～20ｔ，在墻體每澆筑一層時(shí)，往施工部位分散而均勻投入一定量的集料，并必須保證投入的集料事先用涼水濕潤和降溫。投入的集料起以下幾方面作用：①混凝土澆筑后，由于集料溫度較低，因而起到混凝土內(nèi)部溫度的作用，②加入的集料粒徑；較大，有利于控制混凝土的裂縫；③加入集料后，降低了混凝土整體的砂率，提高墻體的整體強(qiáng)度；④加入集料后，提高混凝土的容重，提高混凝土墻的防輻射性能。

六、混凝土的養(yǎng)護(hù)措施

混凝土的養(yǎng)護(hù)是保證混凝土整體性最為關(guān)鍵的因素，應(yīng)給予高度的重視，對(duì)于該工程我們提出以下養(yǎng)護(hù)措施：

（１）混凝土澆筑完畢后，用事先備好的潮濕的麻袋或草簾掛在混凝土墻壁的周邊，以保證混凝土的溫度，并帶模養(yǎng)護(hù)7ｄ（麻袋或草簾應(yīng)事先備好，并保證溫度與地下溫度相同）。

（２）要經(jīng)常對(duì)地面進(jìn)行澆水，始終保持地下室的地面處在濕潤狀態(tài)，以提高環(huán)境的相對(duì)溫度。

（３）在養(yǎng)護(hù)過程中做好混凝土的保溫工作，以降低混凝土的內(nèi)外溫差。在混凝土溫度達(dá)到最高點(diǎn)后的降溫過程中，特別要注意降溫速度不能過快。

（４）混凝土生產(chǎn)完后的7ｄ內(nèi)，不能直接在混凝土的表面澆水養(yǎng)護(hù)，因?yàn)榛炷羶?nèi)部溫度很高，直接澆水將增加混凝土內(nèi)外的溫差，增加混凝土開裂的危險(xiǎn)。

（５）混凝土外模板拆除后，要按規(guī)范要求對(duì)混凝土保溫保溫的養(yǎng)護(hù)不少于14ｄ，本工程要求養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于28ｄ，最好不要直接澆水。

七、工程質(zhì)量情況

該工程施工完畢后，混凝土墻體和頂板表面光潔度良；經(jīng)檢測混凝土內(nèi)部最高溫度為

40.8℃，混凝土溫差均小于18℃；混凝土28ｄ平均強(qiáng)度為39.2MPa，符合強(qiáng)度要求：混凝土抗?jié)B等級(jí)大于Ｐ12；混凝土施工完畢到現(xiàn)在已有３個(gè)多月，混凝土墻體和頂板沒有出現(xiàn)在任何裂縫，經(jīng)檢驗(yàn)混凝土完全符合防輻射性能的要求。