30  大體積混凝土應用什么外加劑？

凡結構物斷面最小尺寸大于1ｍ的混凝土塊體，一般被稱為大體積混凝土，如混凝土壩、大型設備基礎、高層建筑基礎等。實際上，結構物斷面最小尺寸大于0.8ｍ的混凝土就會有明顯的溫升，應按大體積混凝土看待。大體積混凝土有如下特點：（１）由于混凝土體積大，每個塊體需用大量水泥，水化時放出大量水化熱。如硅酸鹽水泥的水化熱3ｄ約為251 J/g，7ｄ約為335J/g，28ｄ約為418 J/g，完全水化時約為502 J/g；（２）大體積混凝土散熱面小，混凝土導熱系數較低，水泥水化熱積蓄在內部，致使溫度升高，混凝土的溫升可達50℃以上，從而容易產生由溫度引起的裂縫；（３）大體積混凝土常處于潮濕或與水接觸的環境，除強度要求外還必須具有良好的耐久性和抗滲性，有的要求具有抗沖擊或抗振動作用、耐侵蝕等；（４）大體積混凝土在升溫和后來的降溫過程中，因內外溫差和收縮作用產生裂縫。

大體積混凝土中應用外加劑的目的在于： （１）延緩混凝土的凝結時間，防止產生“冷縫”。大體積混凝土的結構厚大，一般要分層澆筑和搗實，保證分層澆筑的混凝土之間在初凝前的良好結合，故要求混凝土緩凝，在高溫季節更需要緩凝，延長凝結時間，防止產生“冷縫”。（２）減少水化熱，降低溫升。用外加劑抑制水泥初期水化熱，最大限度地降低溫升，推遲熱峰出現的時間，防止產生過大的溫度應力。控制溫差不超過25℃，降低水泥用量能有效減少水化熱；（３）降低水灰比及提高混凝土的早期強度，即提高混凝土的抗裂能力；（４）改善和易性。大體積混凝土基本上都采用泵送澆筑，故要求混凝土有良好的流動性、保水性和粘聚性；（５）提高硬化混凝土的物理力學性能，如強度、抗滲性、耐久性等，其中以抗滲性的要求更為突出。

一、外加劑選擇

在大體積混凝土中，采用各種外加劑可以減少水泥用量，降低混凝土溫升，防止混凝土開裂。大體積混凝土中常用的外加劑品種有：普通減水劑、高效減水劑、緩凝劑、緩凝減水劑以及具有多種功能的如減水、緩凝、引氣等的復合外加劑。

在大體積混凝土中采用緩凝型減水劑，主要目的在于延緩水泥水化放熱速度，推遲熱峰出現時間，降低最高溫峰值并減少總的發熱量，減少混凝土因溫度升降而引起的裂縫。同時由于延緩了混凝土的凝結時間，有利于在澆筑和搗實大體積混凝土時不致形成施工冷接縫，有利于延長振動時間或擴大振動范圍。

在大體積混凝土中摻用膨脹劑配制補償收縮混凝土，可降低溫控指標，從而降低混凝土的綜合溫差，防止開裂。使用硫鋁酸鈣類膨脹劑，應控制大體積混凝土內部最高溫度不高于80℃，以防止鈣礬石變性造成補償收縮作用失效。

在大體積混凝土中還可摻入適量的粉煤灰、礦渣、鋼渣等礦物摻合料，在保證強度的前提下，代替一部分水泥，減少了總的發熱量。引氣劑在混凝土內部引入了大量微細氣泡，從而增大了變形能力，降低了彈性模量。所以摻引氣劑混凝土的極限拉伸應變值比普通混凝土有所增大，可提高抗裂能力。控制大體積混凝土的溫升還可以使用水化熱抑制劑。

為避免大體積混凝土開裂，常采取多種措施降低水泥用量和水化熱：一類是將粉煤灰或礦粉等礦物外加劑與緩凝減水劑（或泵送劑） 復合使用；另一類是將膨脹劑與緩凝減水劑（或泵送劑）復合使用。

二、施工技術

除應注意按照材料和配合比要求以外，摻加外加劑的大體積混凝土施工工藝主要圍繞有效地控制裂縫的出現和發展來組織。

（一）降低水泥水化熱

選用低水化熱的水泥品種配制混凝土；添加粉煤灰等摻合料以減少水泥用量，充分發揮混凝土后期強度；摻用緩凝劑和緩凝減水劑；使用粒徑大、級配好的粗集料；在無筋或少筋混凝土中可摻入總量不超過20％的大石塊。但石塊應盡量選無裂、不燃燒、粒徑在15～30cm之間，填入時大面向下，間距10cm以上，整塊混凝土四面均應有10～15ｃｍ厚的混凝土覆蓋層。

（二）降低混凝土入模溫度

避開最炎熱的氣候澆筑混凝土，或用冰水攪拌混凝土，也可采取對集料和運輸工具搭篷，避免陽光直曬。

（三）加強施工中的溫度控制

澆筑后做好混凝土保溫保濕養護，夏季保濕，冬期保溫；不要急于拆模，充分發揮“應力松弛”效應；加強測溫，及時采取多層保溫等措施調節表面溫度，將混凝土內部與表面溫差控制不超過25℃ （不是混凝土內溫度與氣溫之差）；澆筑時合理分層，既有利于散熱，又保證兩層混凝土之間的結合，不使拌合物局部堆積過高形成溫升中心。

（四）削減溫度應力

分層、分塊澆筑，或設置后澆帶，采用平面澆瀝青膠鋪砂或刷瀝青、鋪卷材，在混凝土與地基之間設置滑動層。垂直面可鋪瀝青木絲板或泡沫塑料。

（五）提高混凝土極限拉伸強度

提高混凝土密實程度，減小收縮變形；摻加引氣劑，加強早期養護；內部設置必要的溫度配筋，在截面突變等部位設置斜向構造配筋。

（六）大體積混凝土施工需注意的幾點

施工工藝直接影響施工質量的好壞，人們遇到問題常向外加劑找答案，其實很多問題是由施工引起的。施工工藝應與外加劑和當時的施工條件相適應，可注意以下幾點：（１） 保持整體性，既要分層澆筑、搗實，又要保證上下層在初凝前結合好；不形成縫隙，必要時可預留后澆帶澆筑補償收縮混凝土；（２）澆筑方式有三種：全面分層、分段分層和斜面分層，每層厚度約為20～30cm；（３）將泌水集中并抽掉混凝土表面無泌水后及時收光，防止早期裂縫的出現；（４）進行混凝土內部測溫，適當布置測溫點，加強對混凝土各部位溫度的監測，及時保濕、保溫，養護過程中必須注意溫差不要過大，溫升不要過快；（５）基礎中地腳螺栓、預留孔及預埋管道部分要采取特殊措施使澆搗密實；（６）承受設備動力作用的基礎上表面是二次澆筑成的，澆筑前將基礎層上表面洗凈，設備底面應清淤、清油泥浮銹；二次澆筑層應較基礎層強度提高一級，此層厚度小于４cm時宜改用砂漿摻用灌漿料進行操作。

三、質量控制

原材料及質量控制要求如下：

（１）水泥。一般使用水化熱較低的礦渣水泥作高強度等級的混凝土，必須采用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥時，應采取相應措施延緩水化熱的釋放。

（２）集料。一般應選用結構致密，并且有足夠強度的優良集料（特別是粗集料），具體應符合相關的標準規定。除此之外，結合大體積混凝土的特點，尚應注意以下幾個問題：

①有害雜質：應限制有機雜質、硫化物及硫酸鹽等有害物質。

②集料品種和粒徑要求：在大體積混凝土中宜使用粗砂或中砂。石子的最大粒徑不得超過結構截面最小尺寸的１/４，也不得大于鋼筋最小凈距的３/４。

③含泥量要求：含泥量高，不僅增加混凝土的收縮，又降低強度，而且對抗裂性特別有害。含泥量要求：砂小于３％；石子小于１％。

④石子級配：宜采用連續級配，如果單一材料滿足不了級配要求時，可以采用不同粒級進行摻配試驗。

⑤水：拌制混凝土宜用飲用水，為降低混凝土的初始溫度也可用冰水。

四、配合比要求

設計混凝土配合比的任務，是要根據原材料的技術性能及施工條件，確定出能滿足工程所要求的混凝土配合比。大體積混凝土配合比設計任務與考慮原則如下：

（１）大體積混凝土在保證混凝土強度及坍落度要求的前提下，應提高摻合料及集料的含量，以降低每立方米混凝土的水泥用量。試驗證明，每立方米混凝土的水泥用量每增減10kg，由水化熱引起的混凝土溫度增減１℃，在施工條件許可的范圍內，應盡可能降低用水量，從而少用水泥，就能減少水泥總的發熱量，以降低混凝土內部的最高溫度，這是設計大體積混凝土配合比中應考慮的首要問題。在減少水泥用量的同時，要注意到有些取代水泥的摻合料（礦渣、膨脹劑等）也參與水化，有相應的水化放熱。

（２）大體積混凝土應摻用緩凝劑、減水劑和減少水泥水化熱的摻合料。摻量是影響效果的重要因素。

（３）必須注意大體積混凝土內部溫度對混凝土組成材料在硬化過程中性質的影響。因為我們進行配合比設計時都是根據材料的一般性能考慮的，各種參數的選取也都按標準狀態或一般狀態進行。受大體積混凝土內部溫度的影響，水化過程會加速，強度發展增速，溫度繼續上升，一些外加劑的性質會發生變化。比如，粉煤灰有潛在的活性，在標養條件下，粉煤灰摻量達到20％以上時28ｄ強度降低較多，但60ｄ以后的強度一般能達到設計強度。溫度升高會使粉煤灰的活性提高，加快與水泥的反應。大體積混凝土的內部溫度一般都在50℃以上，在此溫度下，硬化的粉煤灰混凝土28ｄ強度可以達到或超過標養條件的普通混凝土強度，這說明大體積混凝土的水化硬化條件與標準條件下的混凝土是有差別的；再如，礦渣微粉一般能取代等量水泥而不降低強度，減少了早期水化熱，但在一定溫度條件下，礦渣微粉會加速水化，隨水化加速拌合物溫度進一步提高，即使沒有外加熱量，水化還會進一步加速，導致拌合物溫度持續升高，稱為自催化效應。例某高爐基礎的大體積混凝土的長寬高分別為33.5ｍ，31.1ｍ，5.82ｍ，水泥用量300kg/ｍ³，礦渣粉300kg/ｍ³，9ｄ時內部溫度達93.9℃，遠超出計算的溫度，對比實驗發現，按現行標準測得的水化熱與在具體條件下測得的水化熱有一定差異。大體積混凝土與標準養護的混凝土性能不同，應以動態的眼光看待大體積混凝土的硬化過程。