1、大体积混凝土低温升梯度设计与综合抗裂技术课题验收汇报完成单位:汇报提纲一、立项背景二、研究内容与完成情况三、取得的创新性成果四、国内外同类技术对比分析五、获得的知识产权六、工程应用 我国大体积混凝土施工规范我国大体积混凝土施工规范GB50496-2009中定义：中定义：“实体最小尺寸大于实体最小尺寸大于或等于或等于1m，或预计会因混凝土中胶凝材料水化引起的温度变化和收缩而导，或预计会因混凝土中胶凝材料水化引起的温度变化和收缩而导致有害裂缝产生的混凝土致有害裂缝产生的混凝土”一、立项背景承台承台塔柱实心段塔柱实心段锚碇锚碇封底封底l结构厚，体积大，钢筋密，一次浇筑量大。结构厚，体积大，钢筋密，一
2、次浇筑量大。大体积混凝土工程一次大体积混凝土工程一次性连续浇注混凝土几百方至几千方，施工时间长，工程条件复杂，施性连续浇注混凝土几百方至几千方，施工时间长，工程条件复杂，施工工艺要求高工工艺要求高,受环境影响大，要求混凝土具有良好的工作性（流动性受环境影响大，要求混凝土具有良好的工作性（流动性好，塌落度经时损失小，凝结时间长，不离析、泌水）好，塌落度经时损失小，凝结时间长，不离析、泌水）.l水化热高，温度场梯度大，极易产生裂缝。水化热高，温度场梯度大，极易产生裂缝。大体积混凝土硬化期间，大体积混凝土硬化期间，由于水泥水化过程释放的水化热所产生的温度变化和混凝土的收缩共由于水泥水化过程释放的水化
3、热所产生的温度变化和混凝土的收缩共同作用，由此而产生的温度应力和外约束拉应力，往往导致混凝土结同作用，由此而产生的温度应力和外约束拉应力，往往导致混凝土结构出现有害裂缝。采取合理措施降低水化热，控制混凝土内外温差防构出现有害裂缝。采取合理措施降低水化热，控制混凝土内外温差防止过大收缩是施工和管理质量控制工作的重点止过大收缩是施工和管理质量控制工作的重点.大体积混凝土特点大体积混凝土特点大体积混凝土温度裂缝控制技术措施大体积混凝土温度裂缝控制技术措施大体积混凝土温度应力控制施工控制施工控制相变储能相变储能大体积混凝土大体积混凝土通过降低绝热温升通过降低绝热温升减小减小T T控制温度裂缝的产生控制
4、温度裂缝的产生配合比设计配合比设计外加剂（缓凝）外加剂（缓凝）使用优质矿物掺和料使用优质矿物掺和料优选水泥品种（低、中热）优选水泥品种（低、中热）控制混凝土入仓温度（加冰）控制混凝土入仓温度（加冰）预埋冷却水管、保温（控制温升、温差）预埋冷却水管、保温（控制温升、温差）分层浇筑（控制混凝土浇筑质量）分层浇筑（控制混凝土浇筑质量）温度及应力监测温度及应力监测石蜡相变体系石蜡相变体系膨润土膨润土+癸酸相变集料癸酸相变集料烷酸类相变微胶囊材料烷酸类相变微胶囊材料相变材料造价高 制备工艺复杂 力学性能大幅降低 施工控制不易大体积混凝土存在的问题大体积混凝土存在的问题l 根据施工规范（设计规范不统一），
5、根据施工规范（设计规范不统一），水泥用量较高水泥用量较高，水化温，水化温升高，里表温差大，产生升高，里表温差大，产生温度应力导致混凝土开裂温度应力导致混凝土开裂；l 混凝土浇注后的保温和降温技术没有很好掌握混凝土浇注后的保温和降温技术没有很好掌握，通常采用预，通常采用预埋冷却水管通水来降低大体积混凝土的升温峰值，减小内表温埋冷却水管通水来降低大体积混凝土的升温峰值，减小内表温差，进行温控。但是这种方式在实际施工中控制不当（温峰后差，进行温控。但是这种方式在实际施工中控制不当（温峰后降温速率过快）也会产生温度裂缝降低耐久性能；降温速率过快）也会产生温度裂缝降低耐久性能；l 冷却水管冷却水管存在压
6、浆不实的问题，存在压浆不实的问题，水水、有害离子的、有害离子的渗入，导致渗入，导致冷却水管冷却水管锈蚀，影响桥梁锈蚀，影响桥梁结构安全性，结构安全性，冷却水管用量较大，增冷却水管用量较大，增大工程成本大工程成本；l 封底混凝土封底混凝土工作性能不良，遇水易分散，导致导管布置间距大，混凝土不工作性能不良，遇水易分散，导致导管布置间距大，混凝土不密实，引起混凝土渗水。密实，引起混凝土渗水。l 索塔部位实心段大体积混凝土索塔部位实心段大体积混凝土超高、超远距离泵送且标号较高（超高、超远距离泵送且标号较高（C50C50）、）、水化温升比较高易造成内外温差较大、自收缩比较大、易开裂；混凝土养护水化温升比
7、较高易造成内外温差较大、自收缩比较大、易开裂；混凝土养护不到位，脱模时间过早，造成大体积混凝土表面出现微裂纹；不到位，脱模时间过早，造成大体积混凝土表面出现微裂纹；承台裂缝承台裂缝塔柱裂缝塔柱裂缝二、研究内容及完成情况1、低温升抗裂大体积混凝土配合比优化设计及其温控技术研究2、抗水分散、自密实、低温升抗裂混凝土的制备及其施工技术3、索塔抗裂高性能混凝土的设计及其泵送施工技术研究内容研究内容完成情况完成情况对照任务书，全面完成了课题研究任务，申请国家发明专利6项，发表论文8篇。三、取得的创新性成果大体积混凝土裂缝控制技术大体积混凝土裂缝控制技术低温升抗裂大体积混凝土配合比设计（材料设计）通过开发
8、新材料、配合比优化设计，降低水化升温和收缩，提高混凝土的抗拉强度内部-低温升抗裂大体积混凝土边部-高韧性抗裂大体积混凝土 减小减小T T提高混凝土提高混凝土r降低降低T增强大体积结构增强大体积结构抗裂性能抗裂性能大体积混凝土梯度抗裂结构设计（结构设计）研究思路研究思路（1）混凝土裂缝驱动力影响因素较大，而表面的凹凸状况相对较小，所以将一个试件断面分成了多个部分。下图是其中一个断面分成了四部分，每一部分的三维重构图。图 2-13 C-1-1 断面的四部分立体形貌 02468101214161820222426280.00.51.01.52.02.53.0/MPa/MPaAge/dA-1 Cotr
9、olB-1-1 C+15%FAB-1-2 C+30%FAC-1-1 C+25%GBFSC-1-2 C+50%GBFS D-1-1 C+5%SF D-1-2 C+10%SFW/B=0.35研究了胶凝材料组成、温湿度环境条件、限制研究了胶凝材料组成、温湿度环境条件、限制因素等对因素等对1）微裂纹起裂条件；）微裂纹起裂条件；2）断裂面三维）断裂面三维构造；构造；3）收缩率；）收缩率；4）内部相对湿度；）内部相对湿度；5）开裂）开裂敏感性等，确定了关键影响因素条件。敏感性等，确定了关键影响因素条件。05101520253035404550556065707580859095100IRH(%)Age/d
10、 A-1 B-1-1 B-1-2 C-1-1 C-1-2 D-1-1 D-1-2W/B=0.3薄膜养护薄膜养护IRH值值05101520253035404550556065707580859095100IRH(%)Age/d A-1 B-1-1 B-1-2 C-1-1 C-1-2 D-1-1 D-1-2W/B=0.3室内养护室内养护IRH值值0510152025303540455055606065707580859095100IRH(%)Age/d A-1 B-1-1 B-1-2 C-1-1 C-1-2 D-1-1 D-1-2W/B=0.3水养护水养护IRH值值IRH与收缩值的关系可用公与收缩
11、值的关系可用公式式y=ax+b表示表示自收缩率和开裂面积及抗拉强度三者之间关系：抗拉强度和开裂面积为自变量x和y，AS作为因变量s,s 可以用含有常数项、X和Y的多项式表示，其中,X=1/(x-2)和 Y=1/y,R2 超过了0.852常数项和自变量项常数项和自变量项系数系数常数项常数项55740.68136X1790.729Y-1190830.729X*Y-227542.5151X2956.8542741Y28224359.842X2*Y-4258.586697X*Y2657491.4132X31.07279099Y3-17920949.92SamplesFitted equationsCo
12、rrelation coefficient:R2 A1-A6s=390.52x-45.118y-349.4240.9472B1-B6s=-3.204x+15.066y+113.2090.8818(2)基于微观测试技术，研究了水泥基材料微观结构的开裂敏感性环境相对湿度降低，砂浆集料刚性体与凝胶体之间的界面裂隙增大相对湿度为相对湿度为80%相对湿度为相对湿度为40%相对湿度为相对湿度为10%凝胶凝胶凝胶刚性体刚性体刚性体相对湿度从相对湿度从85%到到50%，相对湿度从相对湿度从85%到到20%（3）混凝土开裂敏感性试验与评价方法 A、圆环法 B、平板法编号编号水水(kg/m3)水泥水泥(kg/m3
13、)粉煤粉煤灰灰(kg/m3)纤维纤维(kg/m3)砂砂(kg/m3)石石(kg/m3)减水剂减水剂(Wb%)基准基准14540080081110180.9PP145400801.081110180.9PPF145400800.881110180.9SF145400806080310020.9试件试件编号编号抗裂性指标抗裂性指标初裂初裂时间时间/h裂缝最裂缝最大宽度大宽度/mm平均开平均开裂面积裂面积a/mm2单位面单位面积的裂积的裂缝数目缝数目b/根根m-2单位面积单位面积上的总开上的总开裂面积裂面积c/mm2m-2评定评定等级等级基准基准3.90.352.3692217.1PP17.00.0
14、50.803024.0PPF20.10.050.25123.0SF6.30.151.297394.2C、采用采用自主研发自主研发的的WTST-150约束可调式单轴温度应力开裂试验机试验机由温湿约束可调式单轴温度应力开裂试验机试验机由温湿度调节装置、步进电机、滚珠丝杆、力传感器等组成，底座上设有环境箱。度调节装置、步进电机、滚珠丝杆、力传感器等组成，底座上设有环境箱。通过测通过测试最高温升、最高温度、降至室温时的最大拉应力、混凝土的抗拉强度、应力储备试最高温升、最高温度、降至室温时的最大拉应力、混凝土的抗拉强度、应力储备值、安全系数等参数进行混凝土的开裂敏感性评价。值、安全系数等参数进行混凝土的
15、开裂敏感性评价。温湿度调节装置温湿度调节装置进气管道进气管道出气管道出气管道步进电机步进电机滚珠丝杆滚珠丝杆力传感器力传感器活动端活动端固定端固定端碳纤维棒碳纤维棒.位移传感器位移传感器双层模板双层模板底座底座试件试件环境箱环境箱连杆连杆温度传感器温度传感器图图2-162-16新型试验机新型试验机的主机结构组成示意图的主机结构组成示意图图图2 温度温度应力开裂试验应力开裂试验试验特征参数试验特征参数数值数值时间时间入模温度入模温度250第一次收缩最大拉应力第一次收缩最大拉应力/Mpa-0.01212第一零应力温度第一零应力温度/29.124最大压应力最大压应力/Mpa0.23972最大压应力时
16、的温度最大压应力时的温度/49.6最高温度最高温度/49.672温升温升/24.6第二零应力温度第二零应力温度/46.381温度降至室温时拉应力温度降至室温时拉应力/Mpa1.40265抗拉强度抗拉强度/Mpa1.90应力储备应力储备/35.7合江一桥拱座合江一桥拱座C30大体积混大体积混凝土绝热温升凝土绝热温升28，取消冷，取消冷却水管后混凝土最高水化温却水管后混凝土最高水化温升升50左右，内外温差小于左右，内外温差小于25，应力储备值达，应力储备值达35.7%，且各龄期混凝土的最大温度且各龄期混凝土的最大温度主拉应力均小于相同龄期的主拉应力均小于相同龄期的抗拉强度，有较大的安全系抗拉强度，
17、有较大的安全系数，在施工中可有效避免温数，在施工中可有效避免温度裂缝的产生。度裂缝的产生。编号编号水水水泥水泥粉煤灰粉煤灰砂砂石石减水剂减水剂3 3172172260260130130715715107310739.49.44 4165165230230160160728728109510952.62.6拱座拱座C30大体积混凝土配合比大体积混凝土配合比(kg/m3)17基本原理钢筋混凝土结构中均存在不同层次的核心限制收缩：钢筋限制水泥砂浆；粗骨料限制水泥砂浆；细骨料限制水泥净浆；未水化水泥颗粒限制凝胶。温度湿度变化会对受限制体产生附加应变，设为：建立受力模型及为计算见图为：()P P刚性体水
18、泥浆体rROU图1 受力模型图2 计算简图（3）提出了微裂缝驱动力产生原因及计算方法，建立了刚性体限制下水泥浆体的开裂驱动力公式。18192、低温升抗裂大体积混凝土配合比设计、低温升抗裂大体积混凝土配合比设计混凝土密实骨混凝土密实骨架设计原理架设计原理大体积混凝土大体积混凝土胶凝材料体系优胶凝材料体系优化化大体积混凝土大体积混凝土缓凝缓凝保塑减保塑减水剂、减缩增韧剂开发水剂、减缩增韧剂开发低温升抗裂大体积低温升抗裂大体积混凝土配比设计方法混凝土配比设计方法最大幅度最大幅度减少减少胶凝材料用量，胶凝材料用量，抑制抑制水化升温的同时，水化升温的同时，兼顾兼顾混凝土力学性能和耐久性能混凝土力学性能和
19、耐久性能（1 1）密实骨架堆积设计）密实骨架堆积设计（2 2）补偿收缩材料）补偿收缩材料（低水泥用量，低温升、低水泥用量，低温升、低收缩）低收缩）减少收缩减少收缩减小水化峰值减小水化峰值延迟水化峰值出现时间延迟水化峰值出现时间方法方法密实堆积设计是通过矿物掺和料填充细集料空隙、矿物掺和料和密实堆积设计是通过矿物掺和料填充细集料空隙、矿物掺和料和细集料的混合物填充粗集料之间的空隙来实现最小空隙率细集料的混合物填充粗集料之间的空隙来实现最小空隙率Vv，再利用，再利用Vv控控制混凝土中的水泥浆体用量制混凝土中的水泥浆体用量Vp，从而达到减少混凝土中水泥用量和单位用，从而达到减少混凝土中水泥用量和单位
20、用水量。浆量水量。浆量Vp与空隙与空隙Vv、集料表面积、集料表面积s（含粉煤灰）和浆量厚度（含粉煤灰）和浆量厚度t之间的关之间的关系为：系为：Vp=Vv+st=NVv，依据强度和耐久性要求设定水胶比，借鉴普，依据强度和耐久性要求设定水胶比，借鉴普通混凝土的水胶比取值，通混凝土的水胶比取值，C30混凝土的水胶比可在混凝土的水胶比可在0.360.40之间选取，之间选取，C40混凝土的水胶比在混凝土的水胶比在0.320.36之间选取，之间选取，C50混凝土的水胶比在混凝土的水胶比在0.280.32之间选取；最后再求出拌和水量。之间选取；最后再求出拌和水量。原理原理 粉煤灰等矿物掺合料的密度和细度均比
21、砂小，从材料堆积理论上讲，密粉煤灰等矿物掺合料的密度和细度均比砂小，从材料堆积理论上讲，密度小的材料填充密度大的材料，其曲线会表现为具有峰值的抛物线形式。度小的材料填充密度大的材料，其曲线会表现为具有峰值的抛物线形式。按四分法取料，进行最大容重测定，将实验数据通过曲线拟合得出致密堆按四分法取料，进行最大容重测定，将实验数据通过曲线拟合得出致密堆积系数积系数、，获得最大堆积密度，获得最大堆积密度Uw。不同强度等级低温升抗裂大体积混凝土配合比优化不同强度等级低温升抗裂大体积混凝土配合比优化设计（密实骨架堆积法）设计（密实骨架堆积法）/()ffswww()/()fsfsawwww w1)确定粉煤灰填
22、充砂的比例确定粉煤灰填充砂的比例2)以以比例的细集料比例的细集料(含粉煤灰与砂含粉煤灰与砂)填充粗集料得最大堆积因子填充粗集料得最大堆积因子a.配合比计算步骤配合比计算步骤3)由此得出最大单位重为由此得出最大单位重为Uw，(其中其中wf、ws、wa分别表示粉煤灰、砂、分别表示粉煤灰、砂、石子的单位重量；不同级配的粗、细骨料对应不同的石子的单位重量；不同级配的粗、细骨料对应不同的、）4)最大单位质量中的粗集料质量：最大单位质量中的粗集料质量：；5)最大单位重中的砂的重：最大单位重中的砂的重：6)最大单位重中的粉煤灰重：最大单位重中的粉煤灰重：7)最小空隙率：最小空隙率：1(/)vfsaVflys
23、andagg)1(wUagg)1(wUsandwUfly pvvVVs tN V1aggpVV8)混凝土中所需填塞和润滑的水泥浆量：混凝土中所需填塞和润滑的水泥浆量：式中：式中：N水泥浆量的放大倍数；水泥浆量的放大倍数；s为骨料表面积；为骨料表面积；t为包裹于骨料表面的润浆厚度。为包裹于骨料表面的润浆厚度。9)骨料的用量：骨料的用量：1/(1)/(1)/(1)(1)/(1)/(1)aggssafasfsVWWWWW 10)由于水泥浆量需要放大，则集料质量作如下调整：由于水泥浆量需要放大，则集料质量作如下调整：1/(1)/(1)/(1)(1)/(1)/(1)aggssafasfsVWWWWW 1
24、/(1)/(1)/(1)(1)/(1)/(1)aggssafasfsVWWWWW 注：注：ws为调整后砂的质量为调整后砂的质量 ，wa调整后粗骨料的质量调整后粗骨料的质量 ，wf为调整后粉煤灰的质量，为调整后粉煤灰的质量，WC、WW 分别为水泥、水的质量，分别为水泥、水的质量，为水为水胶比。胶比。WCfCCWPCWVWWWCWPfCWVWW21)1)最大容重试验要求最大容重试验要求取若干砂样，放入烘箱，待烘干后用于试验。取若干砂样，放入烘箱，待烘干后用于试验。称取一定量的干砂，进行筛分分析，得出细度模数，属于中砂即可。称取一定量的干砂，进行筛分分析，得出细度模数，属于中砂即可。称取一定量（足以
25、填满称取一定量（足以填满3L容重桶）的干砂，按容重桶）的干砂，按2%的比例往砂中添的比例往砂中添加粉煤灰，加到加粉煤灰，加到8%左右后，按左右后，按1%的比例减慢添加粉煤灰。在最大单位的比例减慢添加粉煤灰。在最大单位重附近，多做几次求取平均值。重附近，多做几次求取平均值。对求得的数据进行曲线拟合，得出二次曲线方程，对方程进行求一对求得的数据进行曲线拟合，得出二次曲线方程，对方程进行求一阶导数，并令其为阶导数，并令其为0。将求得的。将求得的值代回方程，即可求得粉煤灰与砂的最值代回方程，即可求得粉煤灰与砂的最大堆积密度大堆积密度Uw。求求的方法与求的方法与求的方法一样，只不过用含粉煤灰比例为的方法
26、一样，只不过用含粉煤灰比例为的砂、粉的砂、粉煤灰混合物取代砂。由此通过曲线拟合同样可得煤灰混合物取代砂。由此通过曲线拟合同样可得、Uw（三者的最大单（三者的最大单位重）。位重）。b.配合比设计系数的确定配合比设计系数的确定2）、以及以及U Uw w的确定的确定以细度模数为以细度模数为2.8的中砂、的中砂、5-25mm连续级配的碎石、需水比为连续级配的碎石、需水比为96%的的级级粉煤灰为例，根据以上试验方法、得到的粉煤灰充填单位重数据见下表。粉煤灰为例，根据以上试验方法、得到的粉煤灰充填单位重数据见下表。Uw/(kg/m3)Uw/(kg/m3)0.041826.70.301993.30.1019
27、13.30.442133.30.091853.30.502060.0以堆积系数为横坐标，以堆积以堆积系数为横坐标，以堆积密度为纵坐标，作出抛物线图，密度为纵坐标，作出抛物线图，拟合的二次曲线的方程为：拟合的二次曲线的方程为：Y=24068X2+4775.5X+1676.2粉煤灰充填单位重粉煤灰充填单位重致密堆积因子致密堆积因子图图 对上式求一阶导，并令其为对上式求一阶导，并令其为0，可得，可得=10%时，时，Uw=1913.1kg/m3，即粉煤，即粉煤灰与砂的最大单位重为灰与砂的最大单位重为1913.1kg/m3。当当=10%时，将粉煤灰加入中砂与碎石的最佳混合物中，可以得到抛物线时，将粉煤灰
28、加入中砂与碎石的最佳混合物中，可以得到抛物线如图，其曲线方程为：如图，其曲线方程为：Y=2897.2X2+2503.5X+1584.5。对上式求一阶导，并令其为对上式求一阶导，并令其为0，可得，可得43，此时，此时，Uw2125.3kg/m3，即粉煤灰、砂、石子三者的最大单位重为即粉煤灰、砂、石子三者的最大单位重为2125.3kg/m3。致密堆积因子致密堆积因子图图3）n值的确定值的确定在致密系数在致密系数、以及最大单位重以及最大单位重UwUw确定的前提下，从表确定的前提下，从表6.3.3-2可得：如果可得：如果同一水胶比时，同一水胶比时，n降低，则降低，则Vp=Vv+st=nVv随之下降，水
29、泥浆量相应减小，随之下降，水泥浆量相应减小，而骨料用量相应增加；反之，则水泥浆量增加，骨料减少；然而，而骨料用量相应增加；反之，则水泥浆量增加，骨料减少；然而，n值过于减值过于减小，虽然保证了水泥的用量减少，但降低了混凝土的工作性和强度；如若小，虽然保证了水泥的用量减少，但降低了混凝土的工作性和强度；如若n值值过大，则会达不到降低水泥用量的目的，从而经济性和耐久性也体现不出来。过大，则会达不到降低水泥用量的目的，从而经济性和耐久性也体现不出来。通过多次试验找到的合理的通过多次试验找到的合理的n值为值为1.2，既保证了强度，又使得经济性和耐久性，既保证了强度，又使得经济性和耐久性体现出来。体现出
30、来。n值值混凝土工作性能混凝土工作性能1.1浆料包裹不住砂、石，坍落度小，且损失大，基本浆料包裹不住砂、石，坍落度小，且损失大，基本无流动性，扩展度小，不适宜泵送无流动性，扩展度小，不适宜泵送1.2浆料能包裹住砂石集料，坍落度满足设计要求，损浆料能包裹住砂石集料，坍落度满足设计要求，损失小，且适宜于泵送失小，且适宜于泵送1.4浆料用量过多，虽然有较大的坍落度和扩展度，但浆料用量过多，虽然有较大的坍落度和扩展度，但胶凝材料用量过多，不满足经济性和耐久性的要求胶凝材料用量过多，不满足经济性和耐久性的要求n值与混凝土工作性能值与混凝土工作性能4)骨料用量的校正骨料用量的校正 由于水泥浆量需要放大（步
31、骤由于水泥浆量需要放大（步骤10计算式），对骨料用量进行调整后得出每计算式），对骨料用量进行调整后得出每立方米混凝土中砂、石、粉煤灰的用量分别为立方米混凝土中砂、石、粉煤灰的用量分别为796kg、1099kg和和160kg，砂，砂率为率为42%。5）胶凝材料的用量的计算胶凝材料的用量的计算 pwcfVVV V cfwWWW/pwwccffV WWW1()1/pfwfccwVwWwfcWWW浆料体积率浆料体积率，设水胶比为，设水胶比为 ，则，则由上式可得由上式可得故有故有依据强度和耐久性要求设定水胶比，借鉴普通混凝土的水胶比取值，铺装依据强度和耐久性要求设定水胶比，借鉴普通混凝土的水胶比取值，铺
32、装水泥混凝土的水胶比可在水泥混凝土的水胶比可在0.340.40之间选取，最后根据以上公式求出拌之间选取，最后根据以上公式求出拌合用水量。通过上述计算过程，可得出水泥、粉煤灰、水、砂及石的用量。合用水量。通过上述计算过程，可得出水泥、粉煤灰、水、砂及石的用量。减水剂的掺量可根据水泥与减水剂的适应性分析和施工和易性来确定。减水剂的掺量可根据水泥与减水剂的适应性分析和施工和易性来确定。6）配合比试验验证配合比试验验证通过密实骨架堆积理论设计出混凝土的配合比后，还需对其进行试验的验通过密实骨架堆积理论设计出混凝土的配合比后，还需对其进行试验的验证：证：对密实骨架堆积法所得配合比的工作性能与抗压强度进行
33、试验，检验其对密实骨架堆积法所得配合比的工作性能与抗压强度进行试验，检验其是否能够满足桥梁工程混凝土的技术指标；是否能够满足桥梁工程混凝土的技术指标；验证密实骨架堆积配合比是否达到了减少胶凝材料用量、提高工作性能验证密实骨架堆积配合比是否达到了减少胶凝材料用量、提高工作性能和耐久性能的目的。和耐久性能的目的。（1）进行混凝土配合比试配时，应采用工程中实际使用的原材料，混凝）进行混凝土配合比试配时，应采用工程中实际使用的原材料，混凝土的搅拌方法，宜与生产时使用的方法相同。土的搅拌方法，宜与生产时使用的方法相同。（2）混凝土配合比试配时，每盘混凝土的最小搅拌量应大于混凝土配合比试配时，每盘混凝土的
34、最小搅拌量应大于15升；当升；当采用机械搅拌时，其搅拌量不应小于搅拌机额定搅拌量的采用机械搅拌时，其搅拌量不应小于搅拌机额定搅拌量的1/4。（3）按计算的配合比进行试配时，首先应进行试拌，以检查拌合物的性）按计算的配合比进行试配时，首先应进行试拌，以检查拌合物的性能。当试拌得出的拌合物工作性能不能满足要求时，应调整用水量、砂能。当试拌得出的拌合物工作性能不能满足要求时，应调整用水量、砂率、外加剂掺量、掺加方法等；当其仍然不能满足要求时，应调整水泥、率、外加剂掺量、掺加方法等；当其仍然不能满足要求时，应调整水泥、矿物掺合料、外加剂等材料种类，直到符合要求为止。矿物掺合料、外加剂等材料种类，直到符
35、合要求为止。c.试配、调整与确定试配、调整与确定（4）混凝土工作性能评价指标有：坍落度、坍落度经时损失、压力泌水、）混凝土工作性能评价指标有：坍落度、坍落度经时损失、压力泌水、扩展度、倒坍落筒流出时间等，初始坍落度一般宜控制在扩展度、倒坍落筒流出时间等，初始坍落度一般宜控制在180mm220mm，2h后坍落度宜在后坍落度宜在160mm以上，现场浇注时混凝土坍落度应大于以上，现场浇注时混凝土坍落度应大于160mm；对；对于弯、斜、坡桥等特殊段落，可根据具体情况控制现场水泥混凝土浇注时的于弯、斜、坡桥等特殊段落，可根据具体情况控制现场水泥混凝土浇注时的坍落度大于坍落度大于160mm。（5）制作混凝
36、土强度试验试件前，应检验混凝土拌合物的坍落度或扩展）制作混凝土强度试验试件前，应检验混凝土拌合物的坍落度或扩展度、粘聚性、保水性及拌合物的表观密度，并以此结果作为代表相应配合比度、粘聚性、保水性及拌合物的表观密度，并以此结果作为代表相应配合比的混凝土拌合物的性能。的混凝土拌合物的性能。（6）进行混凝土强度试验时，一般宜试拌三种不同混凝土配合比，每种进行混凝土强度试验时，一般宜试拌三种不同混凝土配合比，每种配合比至少应制作一组（每组三块）试件，标准养护到配合比至少应制作一组（每组三块）试件，标准养护到28d时试压；需要时时试压；需要时可同时制作几组试件供可同时制作几组试件供3d、7d试压，提供参
37、考配合比，满足施工急用，但试压，提供参考配合比，满足施工急用，但应以标准养护应以标准养护28d强度或按现行国家标准（粉煤灰混凝土应用技术规程）强度或按现行国家标准（粉煤灰混凝土应用技术规程）(DG/JT08-230-2006)、现行行业标准、现行行业标准粉煤灰在混凝土和砂浆中应用技术规粉煤灰在混凝土和砂浆中应用技术规程程(JGJ28)等规定的龄期强度的检验结果为依据调整配合比。等规定的龄期强度的检验结果为依据调整配合比。（1）对混凝土性能指标有特殊要求时；）对混凝土性能指标有特殊要求时；（2）水泥、外加剂或矿物掺合料品种、质量有显著变化时；）水泥、外加剂或矿物掺合料品种、质量有显著变化时；（3
38、）该配合比的混凝土生产间断半年以上时；）该配合比的混凝土生产间断半年以上时；（4）施工环境条件和天然原材料发生较大变化时。）施工环境条件和天然原材料发生较大变化时。d.当遇有下列情况之一时，应重新进行配合比设计：当遇有下列情况之一时，应重新进行配合比设计：以合江一桥以合江一桥C30大体积拱座混凝土、合江二桥塔座大体积拱座混凝土、合江二桥塔座C40实心段实心段混凝土、塔实心段混凝土、塔实心段C50混凝土为例。该工程的相关原材料物理混凝土为例。该工程的相关原材料物理性能参数如下：性能参数如下：水泥：重庆腾辉水泥：重庆腾辉PO42.5水泥，表观密度水泥，表观密度3100kg/m3；粉煤灰：重庆华珞粉
39、煤灰：重庆华珞级粉煤灰，表观密度为级粉煤灰，表观密度为2250 kg/m3，级粉煤灰，表观密度级粉煤灰，表观密度2200 kg/m3；砂：合江当地的河砂，表观密度为砂：合江当地的河砂，表观密度为2760 kg/m3；卵石：合江当地的卵石碎石，表观密度为卵石：合江当地的卵石碎石，表观密度为2700kg/m3。密实骨架堆积法设计法算例密实骨架堆积法设计法算例第一步：针对工程提供的砂、石集料以及粉煤灰等原材料，进行密实填第一步：针对工程提供的砂、石集料以及粉煤灰等原材料，进行密实填充试验，具体方法为：充试验，具体方法为：称取一定量（足以填满称取一定量（足以填满3L容重桶即可）的干砂，按容重桶即可）的
40、干砂，按2%的比例往砂中添加的比例往砂中添加粉煤灰，加到粉煤灰，加到8%左右，加粉煤灰比例减慢，按左右，加粉煤灰比例减慢，按1%的比例往砂中添加粉煤的比例往砂中添加粉煤灰。在最大单位重附近，多做几次求取平均值。同理，将最密实填充的粉灰。在最大单位重附近，多做几次求取平均值。同理，将最密实填充的粉煤灰和砂的混合物作为细集料，进行与碎石的最大密实填充试验，得到下煤灰和砂的混合物作为细集料，进行与碎石的最大密实填充试验，得到下表所示的数据。水泥（华新）密度为表所示的数据。水泥（华新）密度为3100kg/m3，粉煤灰（，粉煤灰（级）的密度为级）的密度为2200kg/m3，河卵石的密度为，河卵石的密度为
41、2700kg/m3，砂的密度为，砂的密度为2760kg/m3，水的密度，水的密度为为1000 kg/m3。Uw/(kg/m3)Uw/(kg/m3)0.051676.70.3520530.081712.20.3820910.101746.70.4021200.121769.40.4221490.151783.30.4521660.201756.50.502140密实填充数据密实填充数据对所得的数据进行曲线拟合，所得的抛物线图见下图：对所得的数据进行曲线拟合，所得的抛物线图见下图：从上图看出，拟合的二次曲线的方从上图看出，拟合的二次曲线的方程为：程为：Y=9637.7X2+2999X+1544.8
42、，对其进行求一阶导，并令其为对其进行求一阶导，并令其为0，可得，可得=15%时，时，Uw=1783.8kg/m3，即粉煤，即粉煤灰与砂的最大单位重为灰与砂的最大单位重为1783.8kg/m3。当当=15%时，将粉煤灰加入中砂时，将粉煤灰加入中砂与碎石的最佳混合物中，同样可以与碎石的最佳混合物中，同样可以得到抛物线如上图，其曲线方程为：得到抛物线如上图，其曲线方程为：Y=9444.6X2+8672.5X+168.24，求一阶导，并令其为求一阶导，并令其为0，可得，可得45，此时，此时，Uw2166kg/m3，即，即粉煤灰、砂、石子三者的最大单位粉煤灰、砂、石子三者的最大单位重为重为2166kg/
43、m3。粉煤灰粉煤灰+砂密实填充曲线图砂密实填充曲线图粉煤灰粉煤灰+砂砂+碎石密实填充曲线图碎石密实填充曲线图第二步：进行相关参数设定，并按照公式计算混凝土配合比。第二步：进行相关参数设定，并按照公式计算混凝土配合比。强度强度等级等级试验参数试验参数设定设定/计算参数计算参数密实堆积配合比（密实堆积配合比（kg/m3）UwGSFANVvVpWsWaWfWcWwC30216611918281460.381.100.190.217921145150226140C400.331.200.190.237891134139282139C500.311.300.190.257691105135331144密
44、实堆积相关参数计算结果密实堆积相关参数计算结果根据上述试验和计算，获得的密实骨架堆积法混凝土配合比，并进行了工根据上述试验和计算，获得的密实骨架堆积法混凝土配合比，并进行了工作性能和力学性能测试，试验结果如下表：作性能和力学性能测试，试验结果如下表：强度等强度等级级水泥水泥(kg/m3)粉煤灰粉煤灰(kg/m3)砂砂(kg/m3)碎石碎石(kg/m3)水水(kg/m3)减水剂减水剂(kg/m3)坍落度坍落度(cm)抗压强度抗压强度(MPa)7d28dC3022615079211451403.382030.141.6C4028214978911341393.802039.752.5C50*331
45、13576911051444.602150.263.6注：注：(1)聚羧酸减水剂的掺量根据具体施工时对混凝土工作性能要求以及减水剂的减水聚羧酸减水剂的掺量根据具体施工时对混凝土工作性能要求以及减水剂的减水率、保塑性能、含气量、缓凝时间来确定；率、保塑性能、含气量、缓凝时间来确定；(2)C50混凝土配合比采用的是混凝土配合比采用的是级粉煤灰。级粉煤灰。密实骨架堆积法混凝土配合比及性能密实骨架堆积法混凝土配合比及性能实际施工配合比在密实骨架堆积法设计确定的配合比基础上进行了微调实际施工配合比在密实骨架堆积法设计确定的配合比基础上进行了微调，也能满足，也能满足普通混凝土配合比设计规程普通混凝土配合比
46、设计规程JGJ55-2000，确定混凝土的实，确定混凝土的实际施工配合比及性能如下表：际施工配合比及性能如下表：强度强度等级等级水泥水泥(kg/m3)粉煤灰粉煤灰(kg/m3)砂砂(kg/m3)碎石碎石(kg/m3)水水(kg/m3)减水剂减水剂(kg/m3)坍落度坍落度(cm)抗压强度抗压强度(MPa)7d28dC3022515079211301453.382128.040.1C4024018077411151403.802040.854.0C5032913175411211384.702148.362.7通过对现场混凝土的温度监控，测得的通过对现场混凝土的温度监控，测得的C30大体积塔座混
47、凝土实际温升为大体积塔座混凝土实际温升为29，采用，采用级粉煤灰制进行级粉煤灰制进行C40承台大体积混凝土的配制时，以承台大体积混凝土的配制时，以50kg的粉的粉煤灰等量取代水泥，混凝土绝热温升为煤灰等量取代水泥，混凝土绝热温升为32，在不通冷却水管的情况下，混，在不通冷却水管的情况下，混凝土内外温差均小于凝土内外温差均小于25。实际施工配合比及性能实际施工配合比及性能合江一桥拱座、二桥承台和塔实心段混凝土施工配合比合江一桥拱座、二桥承台和塔实心段混凝土施工配合比(kg/m3)合江二桥合江二桥2号墩承台长号墩承台长37.620.16米，一次性浇注。米，一次性浇注。入模温度为入模温度为28摄氏度
48、，最高温度摄氏度，最高温度为为61.8，内外最大温差，内外最大温差23.5。90天强度达到天强度达到63MPa，PH值值12.6。合江二桥塔柱实心段合江二桥塔柱实心段26.514.73米，一次性浇注。米，一次性浇注。入模温度为入模温度为30，最高温度为，最高温度为58.9，内外最大温差，内外最大温差19.7。合江一桥拱座合江一桥拱座C30大体积混凝土，大体积混凝土，总方量为总方量为11000方，方，28天强度天强度3841MPa，90天强度天强度5357MPa，新拌混凝土，新拌混凝土PH值值12.4。入模温度。入模温度25，混凝土最，混凝土最高温度高温度5355，内外温差，内外温差19，未出现
49、裂缝未出现裂缝A、高活性补偿收缩矿物掺合料、高活性补偿收缩矿物掺合料RA研发了由研发了由钢渣、矿渣、硫铝酸盐水泥钢渣、矿渣、硫铝酸盐水泥熟料和石膏熟料和石膏混合而成的具有高活性和混合而成的具有高活性和补偿收缩功能的干粉状高活性补偿收补偿收缩功能的干粉状高活性补偿收缩矿物掺合料缩矿物掺合料(RA)，该体系中四种成分相互作用、协调发该体系中四种成分相互作用、协调发展，利用硫铝酸盐水泥熟料和石膏的展，利用硫铝酸盐水泥熟料和石膏的早期反应生成钙钒石，提供强度和发早期反应生成钙钒石，提供强度和发挥其补偿收缩功能，钢渣中的挥其补偿收缩功能，钢渣中的f-CaO、f-MgO中后期水化生成中后期水化生成Ca(O
50、H)2、Mg（OH）2体积膨胀，补偿混凝土的收体积膨胀，补偿混凝土的收缩。同时，体系中的磨细高炉矿渣粉、缩。同时，体系中的磨细高炉矿渣粉、钢渣粉与水泥匹配发挥其高活性，使钢渣粉与水泥匹配发挥其高活性，使得该矿物掺合料既具有高活性也具有得该矿物掺合料既具有高活性也具有持续膨胀补偿收缩的功能。持续膨胀补偿收缩的功能。38为了进一步降低混凝土温升，减少收缩，开发了以下功能材料39编号编号水泥水泥kg/m3粉煤灰粉煤灰kg/m3RAkg/m3抗压强度抗压强度/MPa膨胀率膨胀率10-428d84d氯离子氯离子扩散系数扩散系数/m2/s28d碳碳化深度化深度/mm抗裂抗裂等级等级28d90dC30100
