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摘要：现浇大体积高强混凝土中的施工裂缝的控制是一个综合的系统工程，而采用掺加粉煤灰、减水剂、膨胀剂三类物质配置成高强低热补偿收缩混凝土是整个大体积混凝土施工质量控制系统中适用有效的措施。本文通过工程实践介绍从原材料的选择与应用、混凝土配比方案的优选、工时控制等方面介绍了高强混凝土的质量控制方法,分析了混凝土裂缝产生的原因,并提出了相应的裂缝控制措施.
关健词：现浇大体积混凝土；外掺料；施工裂缝。
中图分类号：TV331文献标识码： A
一.引言
随着我国城市建设和大型工矿企业的发展，各种采用大体积混凝土的结构形式得到越来越多的应用，且大多采用高强混凝土，但大体积高强混凝土由于结构厚、水泥用量大和混凝土量大等因素在施工过程中产生较大收缩和温度变形容易出现结构裂缝的质量事故。有效控制大体积混凝土结构裂缝是一个复杂综合的系统工程，而采用掺加粉煤灰、减水剂、膨胀剂三类物质配置成高强低热补偿收缩混凝土是整个大体积混凝土施工质量控制系统中适用有效的重要环节，如果施工准备充分、施工设计合理、施工步骤方法正确、养护充分有效，可以充分发挥各自的性能优点进行相互补充配置高强低热补偿收缩混凝土起到有效控制混凝土裂缝的作用并保证大体积混凝土的施工质量。但是现在市面上粉煤灰、减水剂、膨胀剂三掺料品种较多，不同品种材料性能特点不同，且每种品种都只标明单一掺加情况下的合适掺量，未有三种外掺料共同掺加后的合适掺量。因此出现施工配合比不合理，施工措施不符合三掺料混凝土的施工要求，出现质量事故，并有多处工程事故案例报道。本文通过工程实践介绍采用三掺外加料配置高强低热补偿收缩混凝土在大体积混凝土施工中的应用过程和质量保证措施，以此指导三掺料混凝土在大体积混凝土的施工应用。
二、工程概况
株洲某高层建筑地上28层，地下1层。基础底板尺寸为33×36m,测温点沿四周间隔10米分布，中间间隔2.5米布置三排。厚度为2.1m（局部为2.8m）混凝土强度等级为C40，抗渗标号为S8，一次浇筑混凝土量为2880 m3，配筋率为0.39﹪。设计在地基和基础底板间设置了一毡二油滑动层，底板中部设置了两层双向φ14＠200温度筋。
三、试验
该工程基础底板施工属大体积混凝土施工，并且混凝土强度较高，为C40，为确保施工质量，拟采用掺入粉煤灰、高效减水剂、膨胀剂三种外掺料配置高强低热补偿收缩混凝土，但株洲市面上粉煤灰、高效减水剂、膨胀剂品种较多，不同品种材料性能特点不同，且每种品种都只标明单一掺加情况下的合适掺量，未有三种外掺料共同掺加后的合适掺量。进行基础底板三掺料混凝土配合比设计，采用现场拟用原材料和外掺料，进行试配试验，确定合适配比。总结加入外掺料混凝土的性能发展规律，指导大体积混凝土现场施工。
3.1试验材料
选用工程拟用原材料和外掺料：
（1）水泥：32.5普通硅酸盐水泥
（2）沙：本地河砂，级配符合Ⅱ区中砂,细度模数2.9，表观密度2630㎏/m3，堆积密度1450㎏/m3
（3）石子：本地碎石，石子粒径5~25㎜,表观密度2800㎏/m3，堆积密度1460㎏/m3
（4）粉煤灰：原状粉煤灰化学成分（％）SO3：0.19；SiO2：55.3；Fe2O3：3.38；Al2O3：23.7；CaO：2.12；MgO：1.27；K2O：1.83；Na2O：0.57。
（5）膨胀剂：UEA-E型混凝土膨胀剂
（6）减水剂：FDN-440缓凝高效减水剂
3.2试验设计
按照《普通混凝土配合比设计规程》基准配合比计算，并根据经验试拌调整确定基准配合比，在基准配合比基础上根据FDN-440缓凝高效减水剂建议掺量掺入缓凝高效减水剂0.5℅，用粉煤灰和膨胀剂取代部分水泥。粉煤灰取代量分别为0℅、15℅、20℅、25℅，膨胀剂取代量分别为0℅、10℅、15℅、20℅。分类配置的混凝土经标准养护至规定龄期进行性能鉴定、强度测定并进行统计分析确定配合比。
3.3试验结果分析
（1）混凝土性能结果分析：所有配比混凝土初始塌落度都大于18㎝，粘聚性良好，没有泌水现象，掺入粉煤灰的混凝土1小时塌落度损失不超过30㎜。说明外掺物有效地维持了混凝土的流动性、可泵性、粘聚性和保水性。新拌混凝土可以满足现场施工对流动性、可泵性、粘聚性和保水性的要求
（2）混凝土强度结果分析：强度结果见表2
表2
序号 水泥
用量（㎏） 粉煤灰掺量（％） UEA
膨胀剂掺量（％） FDN
减水剂掺量（％） Fc3
(Mpa) Fc7
(Mpa) Fc28
(Mpa) Fc60
(Mpa)
1 490 0 0 0.5 28.6 38.5 45.2 51.9
2 416 15 0 0.5 25.5 36.3 44.8 54.5
3 392 20 0 0.5 23.6 35.7 42.4 52.7
4 367 25 0 0.5 19.0 29.9 41.7 47.5
5 441 0 10 0.5 27.6 37.2 45.8 50.3
6 318 15 10 0.5 24.8 34.8 44.6 53.4
7 343 20 10 0.5 23.6 34.6 43.3 53.2
8 318 25 10 0.5 19.1 30.1 42.1 48.9
9 416 0 15 0.5 26.9 33.5 43.6 49.6
10 343 15 15 0.5 19.6 32.5 41.7 51.4
11 318 20 15 0.5 15.6 31.6 40.5 51.2
12 294 25 15 0.5 13.5 29.2 41.6 49.2
13 392 0 20 0.5 24.6 30.2 42.3 48.4
14 318 15 20 0.5 14.6 29.3 42.5 51.9
15 294 20 20 0.5 13.4 30.6 41.5 52.3
16 270 25 20 0.5 11.2 28.2 40.6 50.9
从上表可看出，不管是否掺入膨胀剂，随着粉煤灰的掺量增加混凝土早期强度都在下降，特别当掺量超过20％时，下降幅度较大，但28天强度却下降较少，60天强度显示粉煤灰掺量15％、20％的强度超过未掺粉煤灰强度。掺入粉煤灰后不管是否掺有膨胀剂其28天强度至60天强度增长幅度都能超过未掺粉煤灰的28天至60天强度。通过以上试验结果可知粉煤灰掺量25％早期强度较低，则抗裂度就低，因此掺入粉煤灰量过大会引起混凝土早期裂缝的出现。而粉煤灰掺量为15％和20％时强度发展较好，说明掺入该粉煤灰最佳掺量为15％~20％。试验说明粉煤灰对混凝土后期强度贡献较大。因此在大体积混凝土施工中，使用掺入粉煤灰的混凝土宜以60天强度作为评定标准。这样可减少水泥用量，降低水泥水化热引起的温升，即可减小混凝土温度应力，又可降低混凝土施工生产成本。
我们知道混凝土中掺加膨胀剂后，利用约束下的膨胀变形来补偿其收缩变形，抵消混凝土结构在收缩过程中产生的全部或大部分的拉应力，使结构不裂或把裂缝控制在无害裂缝范围内，随着膨胀剂掺量的增加其补偿收缩能力增强，但是从上表可看出当粉煤灰掺量相同，掺入10％膨胀剂和未掺膨胀剂相同龄期时强度值接近，这说明掺入10％UEA膨胀剂后没有引起強度降低，而掺量从15％~25％时混凝土早期强度下降很快。这说明UEA膨胀剂在同时满足补偿收缩混凝土性能和混凝土强度良好发展之间有一个最佳掺量。
（3）配合比确定：
通过试验结果分析，结合大体积混凝土所在结构部位为基础底板，考虑利用混凝土60天的后期强度作为混凝土强度评定、工程交工验收的依据，征得设计单位同意，该基础底板三掺料混凝土决定以60天强度作为混凝土强度评定依据并以此确定配合比。三掺料中粉煤灰掺量为20℅，UEA膨胀剂掺量为10℅，FDN-440缓凝高效减水剂掺量为0.5℅。
四、施工步骤
（1）编制基础底板大体积混凝土施工的详细施工组织方案。对施工阶段基础底板混凝土的温度、温度应力、收缩应力进行验算，确定施工阶段基础底板混凝土的升温峰值、内外温差及降温速率等控制指标，制订温控技术措施。
（2）降低混凝土入模温度，入模温度控制在20℃以下。
（3）采用一次性连续浇筑，浇筑方法采用斜面分层法，浇筑时间安排在夜间和阴天进行。
（4）采用蓄水法对三掺料底板混凝土进行养护，待混凝土终凝后进行蓄水，蓄水面高出底板面20㎝。养护水温进行控制，-25℃+25℃，：养护水温，：混凝土内部溫度，：混凝土表面温度。利用温度监测系统进行混凝土表面和内部温度采集，养护水采用循环水系统并布有自动加热补偿装置，当养护水温低于要求水温时，启动自动加热补偿。
五、质量检测
（1）采用热电阻测温方法进行温度监测。根据本工程平面尺寸和厚度，沿平面布组23组，沿厚度每组布点3个，共69个测温点，测温点布置图见图1和图2，监测时间60天。底板最高温升73.5℃，混凝土内外最大温差19.5℃，30天平均降温速率在1.0℃--1.2℃，满足设计施工要求。
（2）现场观测基础底板混凝土表面未出现温度裂缝。一年后通过各方检查，
未发现有害裂缝。
六、结论
(1)采用掺加减水剂、粉煤灰和膨胀剂可以利用各自的性能优点进行相互补充配制高强低热补偿收缩混凝土，并能满足大体积混凝土施工要求。
(2)不同品种的减水剂、粉煤灰和膨胀剂共同掺入有一定适宜掺量，掺量合适可以充分发挥外掺料各自对混凝土的良好改善性能，减少外掺料的负面作用有效地改善混凝土的性能。掺加外掺料配合比必须以现场拟用施工材料和三掺料为原料进行试配。
(3)配合比的确定必须根据混凝土结构部位的设计和施工要求进行确定，使用三掺料的混凝土宜采用60天强度作为评定标准，但必须征得设计同意。
(4)采用三掺料混凝土施工养护是关键，养护期间必须保证足够的水分。养护水采用循环水系统，并配置自动加热补偿装置，能有效减小大体积混凝土内外温差减小温度应力。蓄水养护能较好保证“三掺料”混凝土性能良好发展的水分要求，方法适用有效。
(5)作好大体积混凝土施工的测温工作，掌握好混凝土表面温度和内部温度，以此和理论计算进行比较而采取相应措施保证大体积混凝土施工质量。
参考文献：
[1]张冠伦等.混凝土外加剂原理及应用[M].北京：中国建筑工业出版社，1998.
[2]杨勇等.新白云机场南航站楼底板大体积混凝土裂缝控制[J].施工技术，2003.4
[3]段峥等.现浇大体积混凝土裂缝的成因与防治[J].混凝土，2003.5
关健词：现浇大体积混凝土；外掺料；施工裂缝。
中图分类号：TV331文献标识码： A
一.引言
随着我国城市建设和大型工矿企业的发展，各种采用大体积混凝土的结构形式得到越来越多的应用，且大多采用高强混凝土，但大体积高强混凝土由于结构厚、水泥用量大和混凝土量大等因素在施工过程中产生较大收缩和温度变形容易出现结构裂缝的质量事故。有效控制大体积混凝土结构裂缝是一个复杂综合的系统工程，而采用掺加粉煤灰、减水剂、膨胀剂三类物质配置成高强低热补偿收缩混凝土是整个大体积混凝土施工质量控制系统中适用有效的重要环节，如果施工准备充分、施工设计合理、施工步骤方法正确、养护充分有效，可以充分发挥各自的性能优点进行相互补充配置高强低热补偿收缩混凝土起到有效控制混凝土裂缝的作用并保证大体积混凝土的施工质量。但是现在市面上粉煤灰、减水剂、膨胀剂三掺料品种较多，不同品种材料性能特点不同，且每种品种都只标明单一掺加情况下的合适掺量，未有三种外掺料共同掺加后的合适掺量。因此出现施工配合比不合理，施工措施不符合三掺料混凝土的施工要求，出现质量事故，并有多处工程事故案例报道。本文通过工程实践介绍采用三掺外加料配置高强低热补偿收缩混凝土在大体积混凝土施工中的应用过程和质量保证措施，以此指导三掺料混凝土在大体积混凝土的施工应用。
二、工程概况
株洲某高层建筑地上28层，地下1层。基础底板尺寸为33×36m,测温点沿四周间隔10米分布，中间间隔2.5米布置三排。厚度为2.1m（局部为2.8m）混凝土强度等级为C40，抗渗标号为S8，一次浇筑混凝土量为2880 m3，配筋率为0.39﹪。设计在地基和基础底板间设置了一毡二油滑动层，底板中部设置了两层双向φ14＠200温度筋。
三、试验
该工程基础底板施工属大体积混凝土施工，并且混凝土强度较高，为C40，为确保施工质量，拟采用掺入粉煤灰、高效减水剂、膨胀剂三种外掺料配置高强低热补偿收缩混凝土，但株洲市面上粉煤灰、高效减水剂、膨胀剂品种较多，不同品种材料性能特点不同，且每种品种都只标明单一掺加情况下的合适掺量，未有三种外掺料共同掺加后的合适掺量。进行基础底板三掺料混凝土配合比设计，采用现场拟用原材料和外掺料，进行试配试验，确定合适配比。总结加入外掺料混凝土的性能发展规律，指导大体积混凝土现场施工。
3.1试验材料
选用工程拟用原材料和外掺料：
（1）水泥：32.5普通硅酸盐水泥
（2）沙：本地河砂，级配符合Ⅱ区中砂,细度模数2.9，表观密度2630㎏/m3，堆积密度1450㎏/m3
（3）石子：本地碎石，石子粒径5~25㎜,表观密度2800㎏/m3，堆积密度1460㎏/m3
（4）粉煤灰：原状粉煤灰化学成分（％）SO3：0.19；SiO2：55.3；Fe2O3：3.38；Al2O3：23.7；CaO：2.12；MgO：1.27；K2O：1.83；Na2O：0.57。
（5）膨胀剂：UEA-E型混凝土膨胀剂
（6）减水剂：FDN-440缓凝高效减水剂
3.2试验设计
按照《普通混凝土配合比设计规程》基准配合比计算，并根据经验试拌调整确定基准配合比，在基准配合比基础上根据FDN-440缓凝高效减水剂建议掺量掺入缓凝高效减水剂0.5℅，用粉煤灰和膨胀剂取代部分水泥。粉煤灰取代量分别为0℅、15℅、20℅、25℅，膨胀剂取代量分别为0℅、10℅、15℅、20℅。分类配置的混凝土经标准养护至规定龄期进行性能鉴定、强度测定并进行统计分析确定配合比。
3.3试验结果分析
（1）混凝土性能结果分析：所有配比混凝土初始塌落度都大于18㎝，粘聚性良好，没有泌水现象，掺入粉煤灰的混凝土1小时塌落度损失不超过30㎜。说明外掺物有效地维持了混凝土的流动性、可泵性、粘聚性和保水性。新拌混凝土可以满足现场施工对流动性、可泵性、粘聚性和保水性的要求
（2）混凝土强度结果分析：强度结果见表2
表2
序号 水泥
用量（㎏） 粉煤灰掺量（％） UEA
膨胀剂掺量（％） FDN
减水剂掺量（％） Fc3
(Mpa) Fc7
(Mpa) Fc28
(Mpa) Fc60
(Mpa)
1 490 0 0 0.5 28.6 38.5 45.2 51.9
2 416 15 0 0.5 25.5 36.3 44.8 54.5
3 392 20 0 0.5 23.6 35.7 42.4 52.7
4 367 25 0 0.5 19.0 29.9 41.7 47.5
5 441 0 10 0.5 27.6 37.2 45.8 50.3
6 318 15 10 0.5 24.8 34.8 44.6 53.4
7 343 20 10 0.5 23.6 34.6 43.3 53.2
8 318 25 10 0.5 19.1 30.1 42.1 48.9
9 416 0 15 0.5 26.9 33.5 43.6 49.6
10 343 15 15 0.5 19.6 32.5 41.7 51.4
11 318 20 15 0.5 15.6 31.6 40.5 51.2
12 294 25 15 0.5 13.5 29.2 41.6 49.2
13 392 0 20 0.5 24.6 30.2 42.3 48.4
14 318 15 20 0.5 14.6 29.3 42.5 51.9
15 294 20 20 0.5 13.4 30.6 41.5 52.3
16 270 25 20 0.5 11.2 28.2 40.6 50.9
从上表可看出，不管是否掺入膨胀剂，随着粉煤灰的掺量增加混凝土早期强度都在下降，特别当掺量超过20％时，下降幅度较大，但28天强度却下降较少，60天强度显示粉煤灰掺量15％、20％的强度超过未掺粉煤灰强度。掺入粉煤灰后不管是否掺有膨胀剂其28天强度至60天强度增长幅度都能超过未掺粉煤灰的28天至60天强度。通过以上试验结果可知粉煤灰掺量25％早期强度较低，则抗裂度就低，因此掺入粉煤灰量过大会引起混凝土早期裂缝的出现。而粉煤灰掺量为15％和20％时强度发展较好，说明掺入该粉煤灰最佳掺量为15％~20％。试验说明粉煤灰对混凝土后期强度贡献较大。因此在大体积混凝土施工中，使用掺入粉煤灰的混凝土宜以60天强度作为评定标准。这样可减少水泥用量，降低水泥水化热引起的温升，即可减小混凝土温度应力，又可降低混凝土施工生产成本。
我们知道混凝土中掺加膨胀剂后，利用约束下的膨胀变形来补偿其收缩变形，抵消混凝土结构在收缩过程中产生的全部或大部分的拉应力，使结构不裂或把裂缝控制在无害裂缝范围内，随着膨胀剂掺量的增加其补偿收缩能力增强，但是从上表可看出当粉煤灰掺量相同，掺入10％膨胀剂和未掺膨胀剂相同龄期时强度值接近，这说明掺入10％UEA膨胀剂后没有引起強度降低，而掺量从15％~25％时混凝土早期强度下降很快。这说明UEA膨胀剂在同时满足补偿收缩混凝土性能和混凝土强度良好发展之间有一个最佳掺量。
（3）配合比确定：
通过试验结果分析，结合大体积混凝土所在结构部位为基础底板，考虑利用混凝土60天的后期强度作为混凝土强度评定、工程交工验收的依据，征得设计单位同意，该基础底板三掺料混凝土决定以60天强度作为混凝土强度评定依据并以此确定配合比。三掺料中粉煤灰掺量为20℅，UEA膨胀剂掺量为10℅，FDN-440缓凝高效减水剂掺量为0.5℅。
四、施工步骤
（1）编制基础底板大体积混凝土施工的详细施工组织方案。对施工阶段基础底板混凝土的温度、温度应力、收缩应力进行验算，确定施工阶段基础底板混凝土的升温峰值、内外温差及降温速率等控制指标，制订温控技术措施。
（2）降低混凝土入模温度，入模温度控制在20℃以下。
（3）采用一次性连续浇筑，浇筑方法采用斜面分层法，浇筑时间安排在夜间和阴天进行。
（4）采用蓄水法对三掺料底板混凝土进行养护，待混凝土终凝后进行蓄水，蓄水面高出底板面20㎝。养护水温进行控制，-25℃+25℃，：养护水温，：混凝土内部溫度，：混凝土表面温度。利用温度监测系统进行混凝土表面和内部温度采集，养护水采用循环水系统并布有自动加热补偿装置，当养护水温低于要求水温时，启动自动加热补偿。
五、质量检测
（1）采用热电阻测温方法进行温度监测。根据本工程平面尺寸和厚度，沿平面布组23组，沿厚度每组布点3个，共69个测温点，测温点布置图见图1和图2，监测时间60天。底板最高温升73.5℃，混凝土内外最大温差19.5℃，30天平均降温速率在1.0℃--1.2℃，满足设计施工要求。
（2）现场观测基础底板混凝土表面未出现温度裂缝。一年后通过各方检查，
未发现有害裂缝。
六、结论
(1)采用掺加减水剂、粉煤灰和膨胀剂可以利用各自的性能优点进行相互补充配制高强低热补偿收缩混凝土，并能满足大体积混凝土施工要求。
(2)不同品种的减水剂、粉煤灰和膨胀剂共同掺入有一定适宜掺量，掺量合适可以充分发挥外掺料各自对混凝土的良好改善性能，减少外掺料的负面作用有效地改善混凝土的性能。掺加外掺料配合比必须以现场拟用施工材料和三掺料为原料进行试配。
(3)配合比的确定必须根据混凝土结构部位的设计和施工要求进行确定，使用三掺料的混凝土宜采用60天强度作为评定标准，但必须征得设计同意。
(4)采用三掺料混凝土施工养护是关键，养护期间必须保证足够的水分。养护水采用循环水系统，并配置自动加热补偿装置，能有效减小大体积混凝土内外温差减小温度应力。蓄水养护能较好保证“三掺料”混凝土性能良好发展的水分要求，方法适用有效。
(5)作好大体积混凝土施工的测温工作，掌握好混凝土表面温度和内部温度，以此和理论计算进行比较而采取相应措施保证大体积混凝土施工质量。
参考文献：
[1]张冠伦等.混凝土外加剂原理及应用[M].北京：中国建筑工业出版社，1998.
[2]杨勇等.新白云机场南航站楼底板大体积混凝土裂缝控制[J].施工技术，2003.4
[3]段峥等.现浇大体积混凝土裂缝的成因与防治[J].混凝土，2003.5