大体积清水混凝土配合比研究

大体积清水混凝土配合比研究

沈阔

中铁十二局集团第二工程有限公司 030032

摘要：随着时代的发展进步，建筑行业中大体积混凝土和清水混凝土被越来越多的使用，虽然在结构形式上具有明显优势，但仍有许多问题需要克服，特别是混凝土裂缝防治。本人在大体积清水混凝土的配合比方面着手进行了一些研究，通过混凝土配合比的优化、原材料的控制达到有效预防大体积清水混凝土开裂并在拆模后获得较好外观质量的目的。

关键词：大体积清水混凝土；配合比；预防开裂；表面效果

1.大体积混凝土产生裂缝原因

大体积混凝土是指混凝土结构物实体最小几何尺寸不小于1m的大体量混凝土，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温度裂缝产生的混凝土，其产生裂缝的原因主要表现为：

1.1有可能是混凝土在自身收缩的时候受到外力的影响，或者温度的影响，导致产生了拉硬力，就会形成开裂的问题。一般来说在初步凝固的时候就已经产生了，而后期因为水分的蒸发，从而产生了收缩裂缝。

1.2 有的是因为水泥水化热的影响，因为在发生水化的时候，一般来说在5天左右，就会释放出大量的热，但是如果温度比较高，造成了很大的温差，就会在表面形成裂缝。

2、清水混凝土的简介

清水混凝土极具装饰效果，所以又称装饰混凝土。它浇筑的是高质量的混凝土，而且在拆除浇筑模板后，不再作任何外部抹灰等工程。它不同于普通混凝土，表面非常光滑，棱角分明，无任何外墙装饰，只是在表面涂一层或两层透明的保护剂，显得十分天然、庄重。清水混凝土具有以下特点：

2.1 清水混凝土是典型的绿色混凝土，构成的时分不需要装饰，省去了涂料、饰面等化工产品，有利于环保。清水混凝土还避免了开裂、空鼓和掉落等质量危险，减少了工程的质量问题。

2.2与传统工艺相比，清水混凝土对施工工艺要求很高，对施工温度要求严格，适合在5-10月份施工。

2.3冻融稳定性好，施工的时分避免冰冷湿润的冬天。

3.导致混凝土开裂的配合比参数

混凝土开裂有很多因素，其中可能导致混凝土开裂的配合比参数主要有以下几点：

3.1水胶比：在施工过程中，为保证混凝土的施工性能，需要加入比胶凝材料水化反应所需的水分多几倍的水，在水化反应结束后，多余的水分会以结晶水的形式存在在混凝土内部，并且在混凝土硬化过程中会逐渐蒸发，在混凝土内部形成大量的毛细孔和空隙，造成混凝土体积收缩，导致混凝土有开裂的风险。

3.2水化热：在混凝土硬化过程中，水泥与水反应，会释放大量的水化热，这就造成混凝土构件在截面尺寸较大的时候，混凝土内部水化反应产生的水化热无法均匀快速的散失，导致混凝土在硬化过程中内外温差急剧增大，产生极大的温度应力，而混凝土本身的强度可能不足以抵抗温度应力，导致混凝土有开裂的风险。

4.影响混凝土外观质量的配合比参数

清水混凝土对外观质量的要求比较高，清水混凝土施工应进行全过程质量控制，对饰面效果要求相同的清水混凝土，材料和施工工艺应保持一致。

4.1原材料的选用对保证清水混凝土的外观质量尤为重要，应遵循以下原则：

4.1.1水泥：本工程清水混凝土强度等级为C50，强度较高，宜采用42.5级的普通硅酸盐水泥，且在施工过程中不允许更换水泥厂家、品种及强度等级。

4.1.2掺合料：配制清水混凝土时，应采用矿物掺合料，同一工程所用的掺合料应来自同一厂家、同一规格型号。宜选用Ⅰ级粉煤灰。

4.1.3骨料：应选用结构致密、颜色均匀、表面洁净的连续粒级粗骨料，含泥量不大于0.5%，泥块含量不大于0.2%，针片状颗粒含量不大于8%。细骨料宜采用中砂，含泥量不大于2.0%，泥块含量不大于0.5%。

4.1.4外加剂：建议选用高性能聚羧酸减水剂，应根据原材料试验结果确定外加剂型号和用量。

4.1.5所有原材料都应有足够的存储量，且原材料的颜色和技术参数应一致。

4.2混凝土拌合物的和易性对混凝土外观质量也有较大影响，混凝土拌合物的和易性包括坍落度、保水性、粘聚性，这三种混凝土物理性能相辅相成，有一种性能不好都能严重影响混凝土外观质量，坍落度过大，混凝土易产生砂线、泌水纹等缺陷，坍落度过小混凝土易产生空鼓、蜂窝麻面等缺陷，保水性和粘聚性不好混凝土易产生离析现象，因此施工过程中在满足施工现场条件的前提下，应保持混凝土拌合物和易性良好稳定并持续生产供应。

5.配合比设计及优化采取措施

在设计大体积清水混凝土配合比时，既要考虑如何预防大体积混凝土开裂，又要顾及清水混凝土的外观质量，因此要遵循的原则是“低水胶比、低坍落度、低胶材”。

5.1低水胶比是指在胶凝材料使用量一定的情况下，尽量降低拌合水的使用量。首先，众所周知，相同胶凝材料使用量，水胶比越低，混凝土的强度越高，所以采用低水胶比能有效的保证混凝土强度，其次，采用低水胶比可以减少混凝土水化反应结束后混凝土中结晶水的存在，减小因结晶水蒸发引气的混凝土收缩，预防混凝土收缩裂缝的产生，最后，冬季施工时，由于水结冰后体积膨胀，混凝土易遭受冻害，采用低水胶比可以降低冬季施工中混凝土遭受冻害的几率。

5.2低坍落度是指在满足施工现场条件的情况下，尽可能降低混凝土的坍落度，并保持稳定。坍落度是影响混凝土外观质量的一个重要物理性能指标，混凝土表面存在的缺陷几乎都跟坍落度的大小有关，低坍落度并不是指按现场施工条件随意更改坍落度，好施工的部位坍落度小点，难施工的部位坍落度大点，而是要稳定在一个可控的范围内，这样才能有效的保证混凝土状态一致，达到混凝土表面缺陷没有或者极少并且外观质量基本一致的效果。

5.3低胶材是指满足混凝土强度等级的情况下，尽量降低胶凝材料的用量。胶凝材料越多，在混凝土水化反应过程中释放的水化热越多，混凝土越容易产生温度裂缝，所以我们说的低胶材可以理解为降低混凝土水化热释放量或者拉长混凝土水化热的释放周期，这就可以从掺加矿物掺合料方面考虑了。混凝土掺加矿物掺合料好处多多，首先，矿物掺合料的水化热远远低于水泥的水化热，并且能延缓水泥的水化反应，这样用矿物掺合料取代一部分水泥能够有效的降低混凝土的水化热释放量，同时拉长混凝土水化热的释放周期，从而减少混凝土硬化过程中产生的温度应力，降低产生温度裂缝的风险，其次，矿物掺合料的密度要小于水泥的密度，同样重量的矿物掺合料体积要大于水泥的体积，因此用矿物掺合料取代一部分水泥能够增加混凝土的浆体量，使混凝土拌合物的和易性更好，混凝土更密实，最后，使用矿物掺合料取代一部分水泥，能够减少胶凝材料引入混凝土中的碱含量，降低发生碱骨料反应的几率。由于掺入矿物掺合料后混凝土的强度增长周期较长，但是不影响混凝土强度等级，因此混凝土配合比的设计龄期建议延长。

6.配合比的试验及试配工作

6.1为了增加混凝土颜色的多样性，对混凝土颜色影响较大的矿物掺合料（粉煤灰）分别采取10%、15%、20%和25%的掺量来设计配合比，减水剂掺量为2%。

6.2正式试拌之前对粗集料进行了不同级配组合的试验检测，5-10mm碎石和10-20mm碎石的掺配比例分别为2:8、3:7和4:6，紧密孔隙率检测结果分别为40%、38%和39%，说明掺配比例为3:7的时候级配最为合理密实，试拌时采用3:7的比例。

6.3由于砂子细度模数较大，接近粗砂，试配时先从砂率调整，当混凝土拌合物饱满度达到最优时开始正式试拌，经过前期试拌，砂率从40%到45%分别进行调整试配，比较结果显示砂率为44%的混凝土拌合物和易性最好，因此砂率采用44%。

6.4由于本工程清水混凝土构件构造复杂，钢筋又粗又密，中间有型钢骨柱或者型钢骨梁，而且很多都是异形构造，清水混凝土的浇筑施工存在较大难度，混凝土拌合物坍落度不宜过小，建议采用200±20mm的坍落度。

6.5根据以上结果设计配合比如下表：

表1：C50清水混凝土配合比（kg/m³）

6.6根据表1中混凝土配合比进行试拌，通过与减水剂厂家技术人员的协同配合，调整减水剂的配方，使混凝土拌合物的各种物理指标能够达到设计要求，和易性良好，每种配合比分别成型混凝土抗压强度试块及150*150*550mm颜色比选试块，抗压强度试块进行标准养护，颜色比选试块模拟实体构件进行自然条件下的养护。

6.7在试块养护期间，采用表1中的配合比分别在施工现场模拟清水混凝土构件浇筑试验墩柱，并且在浇筑成型7天内对混凝土试验墩柱的外观质量、内外温度变化进行测量观察及对比，结果显示，外观质量方面4个配合比中粉煤灰掺量越大，混凝土表面气泡相对较小，但是颜色相对不够均匀统一，杂色斑点很多，局部有泌水纹，粉煤灰掺量越小，混凝土表面颜色相对比较均匀统一，但是表面气泡相对较多而且较大；温度变化方面是粉煤灰掺量越大，混凝土温度峰值出现的越晚且越低，内外温差也越小。

6.8混凝土抗压试块分别进行7d、28d、60d抗压强度试验，结果显示，4种配合比中粉煤灰掺量越大，早期强度越低，28d强度都能够达到设计强度等级，60d强度都能够达到配合比设计配置强度，抗压强度实验结果如下表：

表2：C50清水混凝土配合比试压结果

6.9经过以上试验及对比，综合考虑混凝土的强度、外观质量、内外温度变化等因素，建议采用3#配合比用来指导现场施工。

7.结束语

通过以上的试验工作表明，如果想让试验检测技术更好的服务施工，必须深刻认识到混凝土自身的变化性，同样的原材料通过不同的搭配能够制作出各种不同的混凝土，最重要的是需要根据设计图纸、施工条件及现场环境来设计出最适合工程施工的混凝土配合比，这不仅需要试验检测人员掌握大量的基础知识，不断的去学习新标准、新方法、新技术，保持一个与时俱进的步伐，同时还要善于、敢于进行试验，尝试新的试验检测技术，不断积累试验数据，科学准确的试验检测数据是服务施工的第一手资料，深挖材料属性，强化配合比试验，更好的不同结构要求的实体工程设计性价比最优的混凝土配合比！

参考文献：

[1]田福太.建筑工程大体积混凝土有害裂缝的预防措施 [J].绿色环保建材，2019.

[2]GB50496-2018，大体积混凝土施工标准 [S].

[3]JGJ169-2009，清水混凝土应用技术规程 [S].