大体积底板混凝土设计与施工关键技术（113页）

1、大体积底板混凝土设计与施工关键技术1.高性能混凝土的设计1.1设计理念和目标 本项目从大体积基础底板的工程需要出发，对高性能混凝土的配制提出以下目标： （1）低热。混凝土在初期水化硬化过程中的放热量低。 （2）低收缩。混凝土的自生收缩、干燥收缩都较低。 （3）低钙。水泥熟料用量低，矿物掺合料用量大，节约资源，利于环保。 （4）高工作性。混凝土具有很好的流动性和匀质性，不离析，不泌水。 （5）高抗裂性。混凝土具有很好的抵抗收缩开裂的性能。1.2 总体设计思路 （1）采用大掺量粉煤灰混凝土； （2）以强度为指标，通过正交试验分析水胶比、粉煤灰掺量、胶凝材料用量、水泥品种的影响规律； （3）以正交试

2、验得出的规律为基础，设计若干组满足设计强度的混凝土配合比； （4）对设计的若干组混凝土进行重要性能的测试，将结果对比分析，得出最佳的配合比。 本报告以金融中心基础底板的C40R60混凝土为例，介绍混凝土配合比的设计过程。1.3 正交试验方法1.3.1 正交设计考虑大体积底板连续浇筑体量较大，单位时间内对混凝土供应需求较多，拟选用两家混凝土搅拌站进行施工，并分别进行混凝土正交设计实验。在正交设计试验时，选用水泥品种、水胶比、胶凝材料用量和粉煤灰掺量等4个参数作为正交设计试验的影响因素，水胶比、胶凝材料用量和粉煤灰掺量各设定4个水平，水泥品种设定2个水平。 结合类似工程经验和相关规范规定确定因素和

3、水平如表1-1所示。以混凝土的3d、7d、28d和60d抗压强度为指标。表1-1 因素水平表水平试 验 因 素A.胶凝材料用量(kg/m3)B.粉煤灰掺量(占胶凝材料的%)C.水胶比D. 水泥品种1380350.380 水泥12400400.395水泥13420450.410 水泥24440500.425 水泥2根据因素水平表选用五因素四水平正交表L16(45)，将A排在第1列，B排在第2列，C排在第3列，D排在第4列，正交设计试验安排如表1-2所示。表1-2 正交设计试验安排表试验号A.胶凝材料用量(kg/m3)B.粉煤灰掺量(占胶凝材料的%)C.水胶比D. 水泥品种列号用量列号百分比列号水

4、胶比列号品种1138013510.3801品种12138024020.3951品4102品种24138045040.4252品种25240013520.3952品种26240024010.3802品种27240034540.4251品4101品种19342013530.4102品种210342024040.4252品种211342034510.3801品种112342045020.3951品种113444013540.4251品种114444024030.4101品种115444034520.3952品种216444045010.3802品种

5、2取固定砂率43%，固定容重2400 kg/，外加剂掺量使混凝土初始坍落度满足18020 mm的要求。表1-3为试验用混凝土配合比。表1-3 混凝土配合比计算试验号水泥品种混凝土配合比（kg/m3）水泥粉煤灰砂碎石水外加剂1品种1247133806.51069.1144.4根据工作性调整2品种1228152804.11065.8150.13品种2209171801.61062.6155.84品种2190190799.21059.3161.55品种2260140792.11049.91586品种2240160794.61053.41527品种1220180786.91043.11708品种120

6、0200789.51046.51649品种2273147777.41030.4172.210品种2252168774.61026.9178.511品种1231189782.81037.6159.612品种1210210780.11034165.913品种1286154762.41010.618714品种1264176765.21014.4180.415品种2242198768.11018.1173.816品种2220220770.91021.9167.21.3.2 正交结果分析（搅拌站甲）（1）3d强度结果极差分析表1-4 3d强度结果极差分析表试验号A.胶凝材料用量(kg/m3)B.粉煤灰掺

7、量(占胶凝材料的%)C.水胶比D. 水泥品种3d强度/MPa1380350.380江南小野田P.52.534.72380400.395江南小野田P.52.531.33380450.410台泥 P.O42.522.54380500.425台泥 P.O42.517.35400350.395台泥 P.O42.5286400400.380台泥 P.O42.526.17400450.425江南小野田P.52.521.98400500.410江南小野田P.52.520.99420350.410台泥 P.O42.527.310420400.425台泥 P.O42.523.811420450.380江南小野田

8、P.52.531.812420500.395江南小野田P.52.526.113440350.425江南小野田P.52.530.714440400.410江南小野田P.52.529.615440450.395台泥 P.O42.521.716440500.380台泥 P.O42.518.9均值126.450（380）30.175（35%）27.8775（0.380）28.075均值224.225（400）27.7（40%）26.775（0.395）28.675均值327.250（420）24.475（45%）25.075（0.410）23.30均值425.225（440）20.8（50%）23.4

9、25（0.425）23.10极差3.0259.3754.455.575从四个因素的极差结果来看，各因素对混凝土强度的敏感性由大至小依次为：粉煤灰掺量、水泥品种、水胶比、胶凝材料用量。（2）7d强度结果极差分析表1-5 7d强度结果极差分析表试验号A.胶凝材料用量(kg/m3)B.粉煤灰掺量(占胶凝材料的%)C.水胶比D. 水泥品种7d强度/MPa1380350.380江南小野田P.52.542.12380400.395江南小野田P.52.541.13380450.410台泥 P.O42.5284380500.425台泥 P.O42.524.35400350.395台泥 P.O42.537640

10、0400.380台泥 P.O42.5367400450.425江南小野田P.52.529.38400500.410江南小野田P.52.526.29420350.410台泥 P.O42.534.310420400.425台泥 P.O42.533.111420450.380江南小野田P.52.538.612420500.395江南小野田P.52.532.913440350.425江南小野田P.52.538.414440400.410江南小野田P.52.534.915440450.395台泥 P.O42.529.716440500.380台泥 P.O42.528.4均值133.875（380）37.

11、950（35%）36.275（0.380）34.8均值232.125（400）36.275（40%）35.175（0.395）36.075均值334.725（420）31.4（45%）30.850（0.410）31.625均值432.850（440）27.950（50%）31.275（0.425）31.075极差2.610.05.4255.0从四个因素的极差结果来看，各因素对混凝土强度的敏感性由大至小依次为：粉煤灰掺量、水胶比、水泥品种、胶凝材料用量。（3）28d强度结果极差分析表1-6 28d强度结果极差分析表试验号A.胶凝材料用量(kg/m3)B.粉煤灰掺量(占胶凝材料的%)C.水胶比D.

12、 水泥品种28d强度/MPa1380350.380江南小野田P.52.549.62380400.395江南小野田P.52.550.23380450.410台泥 P.O42.543.34380500.425台泥 P.O42.535.55400350.395台泥 P.O42.545.66400400.380台泥 P.O42.545.17400450.425江南小野田P.52.540.88400500.410江南小野田P.52.540.39420350.410台泥 P.O42.54610420400.425台泥 P.O42.545.311420450.380江南小野田P.52.551.7124205

13、00.395江南小野田P.52.54613440350.425江南小野田P.52.545.614440400.410江南小野田P.52.546.315440450.395台泥 P.O42.542.316440500.380台泥 P.O42.540.7均值144.65（380）46.7（35%）46.775（0.380）45.675均值242.95（400）46.725（40%）46.025（0.395）46.950均值347.25（420）44.525（45%）43.975（0.410）43.725均值443.725（440）40.625（50%）41.8（0.425）42.225极差4.36

14、.14.9754.725从四个因素的极差结果来看，各因素对混凝土强度的敏感性由大至小依次为：粉煤灰掺量、水胶比、水泥品种、胶凝材料用量。（4）60d强度结果极差分析表1-7 60d强度结果极差分析表试验号A.胶凝材料用量(kg/m3)B.粉煤灰掺量(占胶凝材料的%)C.水胶比D. 水泥品种60d强度/MPa1380350.380江南小野田P.52.559.52380400.395江南小野田P.52.558.23380450.410台泥 P.O42.552.14380500.425台泥 P.O42.5495400350.395台泥 P.O42.554.16400400.380台泥 P.O42.5

15、54.17400450.425江南小野田P.52.549.68400500.410江南小野田P.52.551.99420350.410台泥 P.O42.554.110420400.425台泥 P.O42.55311420450.380江南小野田P.52.556.612420500.395江南小野田P.52.554.713440350.425江南小野田P.52.553.614440400.410江南小野田P.52.555.115440450.395台泥 P.O42.552.116440500.380台泥 P.O42.554.9均值154.7（380）55.325（35%）56.275（0.380

16、）54.725均值252.425（400）55.1（40%）54.775（0.395）55.075均值354.6（420）52.6（45%）53.3（0.410）53.525均值453.925（440）52.625（50%）51.3（0.425）53.325极差2.2752.7254.9751.75从四个因素的极差结果来看，各因素对混凝土强度的敏感性由大至小依次为：水胶比、粉煤灰掺量、胶凝材料用量、水泥品种。对不同龄期的不同因素的影响程度排序结果如下：表1-8 各因素影响程度排序表强度龄期影响因素排序12343d粉煤灰掺量水泥品种水胶比胶凝材料用量7d粉煤灰掺量水胶比水泥品种胶凝材料用量28d

17、粉煤灰掺量水胶比水泥品种胶凝材料用量60d水胶比粉煤灰掺量胶凝材料用量水泥品种 从因素的影响程度来看，粉煤灰掺量和水胶比对强度的影响比较大，相对而言，水泥的品种和胶凝材料的用量的影响较小。粉煤灰的早期活性很低，在复合胶凝材料水化的早期，粉煤灰的反应程度很低，此时粉煤灰主要起微集料填充的作用，因而随着粉煤灰掺量的增大，混凝土的早期强度降低。但是随着水化龄期的增长，粉煤灰的火山灰活性逐渐发挥，粉煤灰混凝土后期的强度增长的幅度大于纯水泥混凝土。因此，如表1-8所示，在3d、7d和28d时，粉煤灰掺量对强度的影响程度是最大的，而到60d时，粉煤灰掺量对强度的影响程度则变成了第二位的。大体积混凝土一般对

18、早期强度没有特别的要求，而对早期的温升则有非常苛刻的要求，选择大掺量粉煤灰尽管会使早期强度有所降低，但并不影响后期强度，最重要的是使用大掺量粉煤灰可以明显降低混凝土的早期温升。60d龄期时，水胶比对混凝土强度的影响程度是最大的，水胶比增大，混凝土中的孔增多，强度降低。因此，在配合比设计中，在满足混凝土的工作性的前提下，应尽可能降低混凝土的水胶比。图1-1是江南P.52.5水泥和台泥P.O 42.5水泥的水化热对比。从中可以看出，江南P.52.5水泥的水化放热速率快，放热量大。图1-2是两种复合胶凝材料的水化热对比，从这幅图中可以看出江南P.52.5水泥与粉煤灰组成的复合胶凝材料的发热量明显高于

19、台泥P.O 42.5水泥与粉煤灰组成的复合胶凝材料。正交分析的结果显示，水泥品种对混凝土强度的影响很小，也就是说使用江南P.52.5水泥的水泥并不能明显提高混凝土的强度，但却明显增大混凝土的发热量。因此，综合水泥对混凝土强度和发热量的影响，应选用台泥P.O 42.5水泥。图1-1 水泥的水化热对比图 图1-2 复合胶凝材料的水化热对比1.3.3 正交结果分析（搅拌站乙）（1）3d强度结果极差分析表1-9 3d强度结果极差分析表试验号A.胶凝材料用量(kg/m3)B.粉煤灰掺量(占胶凝材料的%)C.水胶比D. 水泥品种3d强度/MPa1380350.41天山P.O42.530.32380400.

20、42天山P.O42.528.93380450.44华润P.O42.518.84380500.45华润P.O42.515.65400350.42华润P.O42.522.66400400.41华润P.O42.515.97400450.45天山P.O42.523.48400500.44天山P.O42.520.99420350.44华润P.O42.520.510420400.45华润P.O42.51811420450.41天山P.O42.525.812420500.42天山P.O42.520.713440350.45天山P.O42.526.114440400.44天山P.O42.522.1154404

21、50.42华润P.O42.517.716440500.41华润P.O42.517.2均值123.4（380）24.875（35%）22.3（0.41）24.125均值220.7（400）21.225（40%）22.475（0.42）25.425均值321.25（420）21.425（45%）20.575（0.44）19.15均值420.775（440）18.6（50%）20.775（0.45）17.425极差2.76.2751.98.0从四个因素的极差结果来看，各因素对混凝土强度的敏感性由大至小依次为：水泥品种、粉煤灰掺量、胶凝材料用量、水胶比。（2）7d强度结果极差分析表1-10 7d强度结

22、果极差分析表试验号A.胶凝材料用量(kg/m3)B.粉煤灰掺量(占胶凝材料的%)C.水胶比D. 水泥品种7d强度/MPa1380350.41天山P.O42.534.12380400.42天山P.O42.535.13380450.44华润P.O42.526.74380500.45华润P.O42.518.15400350.42华润P.O42.527.36400400.41华润P.O42.519.57400450.45天山P.O42.528.78400500.44天山P.O42.528.79420350.44华润P.O42.522.810420400.45华润P.O42.520.111420450.

23、41天山P.O42.531.212420500.42天山P.O42.525.313440350.45天山P.O42.530.814440400.44天山P.O42.527.315440450.42华润P.O42.521.716440500.41华润P.O42.521.1均值128.5（380）28.75（35%）26.475（0.41）28.850均值226.05（400）25.5（40%）27.350（0.42）31.450均值324.85（420）27.075（45%）26.375（0.44）23.8均值425.225（440）23.3（50%）24.425（0.45）20.525极差3.

24、655.452.92510.925从四个因素的极差结果来看，各因素对混凝土强度的敏感性由大至小依次为：水泥品种、粉煤灰掺量、胶凝材料用量、水胶比。（3）28d强度结果极差分析表1-11 28d强度结果极差分析表试验号A.胶凝材料用量(kg/m3)B.粉煤灰掺量(占胶凝材料的%)C.水胶比D. 水泥品种28d强度/MPa1380350.41天山P.O42.544.42380400.42天山P.O42.541.63380450.44华润P.O42.532.44380500.45华润P.O42.5265400350.42华润P.O42.534.66400400.41华润P.O42.528.57400

25、450.45天山P.O42.540.28400500.44天山P.O42.540.89420350.44华润P.O42.533.310420400.45华润P.O42.530.511420450.41天山P.O42.544.912420500.42天山P.O42.539.713440350.45天山P.O42.539.514440400.44天山P.O42.538.515440450.42华润P.O42.533.116440500.41华润P.O42.531.5均值136.1（380）37.95（35%）37.325（0.41）40.7均值236.025（400）34.775（40%）37.2

26、50（0.42）41.7均值337.1（420）37.650（45%）36.250（0.44）32.25均值435.650（440）34.5（50%）34.050（0.45）30.225极差1.453.453.27511.475从四个因素的极差结果来看，各因素对混凝土强度的敏感性由大至小依次为：水泥品种、粉煤灰掺量、水胶比、胶凝材料用量。（4）60d强度结果极差分析表1-12 60d强度结果极差分析表试验号A.胶凝材料用量(kg/m3)B.粉煤灰掺量(占胶凝材料的%)C.水胶比D. 水泥品种60d强度/MPa1380350.41天山P.O42.549.22380400.42天山P.O42.55

27、5.33380450.44华润P.O42.542.54380500.45华润P.O42.536.85400350.42华润P.O42.537.86400400.41华润P.O42.535.27400450.45天山P.O42.546.38400500.44天山P.O42.545.79420350.44华润P.O42.541.810420400.45华润P.O42.536.511420450.41天山P.O42.546.112420500.42天山P.O42.544.913440350.45天山P.O42.541.914440400.44天山P.O42.540.515440450.42华润P.O

28、42.535.516440500.41华润P.O42.535.7均值145.95（380）42.675（35%）41.55（0.41）45.225均值241.25（400）41.875（40%）43.375（0.42）47.25均值342.325（420）42.6（45%）42.625（0.44）38.125均值438.4（440）40.775（50%）40.775（0.45）37.325极差7.551.92.69.925从四个因素的极差结果来看，各因素对混凝土强度的敏感性由大至小依次为：水泥品种、胶凝材料用量、水胶比、粉煤灰掺量。对不同龄期的不同因素的影响程度排序结果如下：表1-13 各因素

29、影响程度排序表强度龄期影响因素排序12343d水泥品种粉煤灰掺量胶凝材料用量水胶比7d水泥品种粉煤灰掺量胶凝材料用量水胶比28d水泥品种粉煤灰掺量水胶比胶凝材料用量60d水泥品种胶凝材料用量水胶比粉煤灰掺量从不同龄期各因素影响程度排序表分析，水泥品种对混凝土强度的影响一直排在第一位，说明对相同等级的水泥而言，不同品牌的影响很大。对两种品牌的水泥不同龄期下的强度均值比较如表1-14所示。华润P.O42.5水泥与天山P.O42.5水泥相比，不同龄期下的混凝土强度值都有很大的差距。因此，水泥的品种之所是影响强度的最大因素，是因为本实验采用的两种水泥之间有很大的差距。根据强度试验结果，华润P.O42.

30、5水泥不宜被本工程采用。图1-3和图1-4分别是两种水泥的水化热对比和两种复合胶凝材料的水化热对比。从水化热的结果来看，华润P.O42.5水泥与天山P.O42.5水泥的放热量差距很小，两种复合胶凝材料的水化放热量差距更小。因此，从水化放热的角度来讲，两种水泥是比较接近的。因此，选用天山P.O42.5水泥比华润P.O42.5水泥更合适。表1-14 不同品牌水泥龄期强度比较表强度龄期各龄期强度/MPa天山P.O42.5华润P.O42.53d24.77518.28757d30.1522.162528d41.231.237560d46.237537.725 由于试验中两种水泥的性能差距较大，因而导致胶

31、凝材料用量也成为一个对强度影响很大的因素，如果采用两种性能相近的水泥，那么胶凝材料用量的影响应该较小。表1-13的结果也显示，粉煤灰对强度的影响程度早期较大，但后期较小，因此在配合比设计中可以采用大掺量粉煤灰。另外，水胶比对后期强度有较大的影响，因此应适当降低水胶比。图1-3 两种水泥的水化放热对比图1-4 两种复合胶凝材料的水化放热对比1.3.4 正交试验总结根据本文的正交试验结果，参考类似工程的配合比设计，初步选定以下四个配合比进行下一轮深入试验：（1）配合比1：胶凝材料用量400 kg/m3，粉煤灰掺量45%，水胶比0.42，采用台泥P.O42.5水泥。（2）配合比2：胶凝材料总量420

32、 kg/m3，粉煤灰掺量50%，水胶比0.42，采用台泥P.O42.5水泥。（3）配合比3：胶凝材料用量400 kg/m3，粉煤灰掺量45%，水胶比0.42，采用天山P.O42.5水泥。（4）配合比4：胶凝材料用量420 kg/m3，粉煤灰掺量50%，水胶比0.42，采用天山P.O42.5水泥。 对上述四个配合比，进行以下试验：抗压强度：3d、7d、28d、60d；劈裂抗拉强度：3d、7d、28d、60d；抗渗试验：标准养护60d，压力为P14；绝热温升试验：014d； 弹性模量：3d、28d、60d；氯离子渗透试验：60d； 干缩试验：060d； 自收缩试验：014d1.4 平行对比试验1.

33、4.1 混凝土的配合比平行对比试验所用混凝土的配合比基本参数如表1-15所示。根据正交试验结果，选用台泥P.O42.5和天山P.O42.5两种水泥进行进一步对比研究。水胶比选定为0.42，砂率选定为0.43。选用两种胶凝材料组成：第一种，胶凝材料总量为400kg/m3，粉煤灰掺量为45%；第二种，胶凝材料总量为420kg/m3，粉煤灰掺量为50%。混凝土的配合比如表1-16所示。表1-15 混凝土的配合比基本参数编号水泥种类胶凝材料用量（kg/m3）水胶比粉煤灰掺量砂率TN 01台泥P.O42.54000.4245%0.43TN 02台泥P.O42.54200.4250%0.43TS 01天山

34、P.O42.54000.4245%0.43TS 02天山P.O42.54200.4250%0.43表1-16 混凝土的实际配合比编号试验厂家水泥品种混凝土配合比（kg/m3）水泥粉煤灰砂碎石水外加剂TN 01甲台泥P.O42.5220180772102715912.0（3%）乙775161.88.8（2.2%）TN 02甲台泥P.O42.5210210759101116712.6（3%）乙763169.59.24（2.2%）TS 01甲天山P.O42.5220180771102716011.6（2.9%）乙775162.18.4（2.1%）TS 02甲天山P.O42.5210210759101

35、116811.76（2.8%）乙763169.88.82（2.1%）1.4.2 混凝土的抗压强度结果混凝土的抗压强度结果如表1-17所示。根据设计要求，混凝土的60d抗压强度应达到40MPa。根据试验结果可以看出，3d时，各组混凝土的强度都超过了设计强度的50%；7d时，各组混凝土的抗压强度都超过了设计强度的70%；28d时，各组混凝土的抗压强度均超过了40MPa；60d时，各组混凝土的抗压强度达到了设计强度的120%140%。表1-17 混凝土的抗压强度试验厂家编号3d7d28d60d强度MPa百分比%强度MPa百分比%强度MPa百分比%强度MPa百分比%甲 TN0126.967.332.2

36、80.543.9109.855.4138.5乙23.258.034.887.044.6111.547.9119.8甲 TN0223.759.331.177.846.7116.854.2135.5乙24.461.031.478.548.4121.054.7136.8甲 TS012870.034.586.347.6119.052.9132.3乙21.553.831.478.541.8104.555.9139.8甲 TS0222.656.529.874.544.6111.551.8129.5乙24.360.832.380.841.4103.552.3130.81.4.3 混凝土的劈裂抗拉强度结果表1

37、-18是混凝土的劈裂抗拉强度试验结果。从表1-18中可以看出，60d龄期时，四组混凝土的劈裂抗拉强度均接近或者大于4MPa，说明四组混凝土均具有较强的劈裂抗拉能力，这对于混凝土的抗裂是有利的。表1-18 混凝土的劈裂抗拉强度试验厂家编号强度（MPa）3d7d28d60d甲TN012.172.493.594.35乙1.93.844.265.05甲TN022.012.653.883.84乙1.733.213.235.14甲TS012.32.823.673.92乙1.82.773.344.5甲TS021.842.753.393.9乙2.12.573.854.641.4.4 混凝土的抗渗性 表1-19

38、是混凝土的抗渗性结果。由于这四组配合比都有较低的水胶比、合理的砂率、合理的胶凝材料组成，因此混凝土的孔隙率很低，混凝土具有很好的抗渗性。检测结果显示，根据国家标准，这四组配合比的混凝土的抗渗性试验结果均合格。表1-19 混凝土的抗渗性结果试验厂家编号抗渗试验结果甲TN01合 格乙合 格甲TN02合 格乙合 格甲TS01合 格乙合 格甲TS02合 格乙合 格1.4.5混凝土的弹性模量 表1-20表1-22 列出了四组混凝土的3d、28d和60d的弹性模量。从试验结果来看，龄期相同时，四组混凝土的弹性模量相差不大。并且，四组混凝土的弹性模量都比同等级的纯水泥混凝土的弹性模量低一些，这是因为四组混凝

39、土都采用了大掺量粉煤灰的缘故。在应变相同的情况下，弹性模量低有利于减小混凝土内的拉应力，对混凝土的抗裂是有利的。表1-20 混凝土的3d弹性模量/GPa1#2#3#平均TN0117.318.315.717.1TN0216.218.817.917.6TS0120.317.616.818.2TS0217.916.818.417.7表1-21 混凝土的28d弹性模量/GPa1#2#3#平均TN0132.633.332.832.9TN0233.132.231.932.4TS0133.033.832.833.2TS0232.531.632.232.1表1-22 混凝土的60d弹性模量/GPa1#2#3#

40、平均TN0137.137.837.337.4TN0236.236.437.836.8TS0136.036.936.336.4TS0234.736.235.035.91.4.6 混凝土的自生收缩图1-5图1-11是混凝土自生收缩的试验结果，其中每组配合比进行两次试验，取两次试验结果的平均值作为最终结果。试验结果显示，四组混凝土的自生收缩都非常小，14d的自生收缩值均低于35个微应变。这是因为四组混凝土均采用了大掺量的粉煤灰，粉煤灰能够明显减小混凝土的自生收缩。相对而言，TS01和TN01的自生收缩较小，TS02和TN02的自生收缩较大。图1-5 配合比TN01的自生收缩图1-6 配合比TN02的

41、自生收缩图1-7 配合比TN01与TN02的自生收缩对比（各配合比取平均值）图1-8 配合比TS01的自生收缩图1-9 配合比TS02的自生收缩图1-10 配合比TS01与TS02的自生收缩对比（各配合比取平均值）图1-11 配合比TN01、TN02、TS01和TS02的自生收缩对比（各配合比取平均值）1.4.7混凝土的干燥收缩图1-12、1-13、1-14、1-15分别为TN01、TN02、TS01、TS02在60d内的干燥收缩。每组配合比测试了三个试件，从图1-12 图1-15中可以看出，每组配合比的三个试件的干缩值比较接近，说明试验具有很好的精确性。将测得的每组配合比的三个试件的干缩值取

42、平均，作为该组配合比的干缩值。图1-16对比了四组配合比的干燥收缩，结果显示，四组配合比的干燥收缩很接近。四组配合比的60d干缩值均低于300微应变，说明本实验设计的四组混凝土的干燥收缩均较低，这是因为四组混凝土均采用了大掺量粉煤灰，粉煤灰对于减小混凝土的干燥收缩是有利的。图1-12 配合比TN01的干燥收缩图1-13 配合比TN02的干燥收缩图1-14 配合比TS01的干燥收缩图1-15 配合比TS02的干燥收缩图1-16 四种配合比的干燥收缩对比（各配合比取三组平均值）1.4.8 混凝土的绝热温升 四组混凝土的绝热温升试验结果如图1-17和图1-18所示。根据试验结果可知，混凝土在前4天的

43、温升速率很快，之后温升速率发展较慢。在4d时，TN01的温升值为43.6，TN02的温升值为44.8，TS01的温升值为41.1，TS02的温升值为44.5。因此，四组混凝土的温升值大小关系为TN02 TS02 TN01 TS01。混凝土的绝热温升是衡量混凝土发热能力的重要指标之一，也是大体积混凝土设计中应重点考虑的问题之一，应尽量选择绝热温升值小的配合比。（1）TN01与TN02的绝热温升图1-17 TN01与TN02的绝热温升（2）TS01与TS02的绝热温升图1-18 TS01与TS02的绝热温升1.4.9 氯离子渗透性混凝土的氯离子渗透性是评价混凝土耐久性的重要指标之一。本实验采用了国

44、际通用的ASTM1202的标准试验方法对四组混凝土进行了氯离子渗透性试验，表1-23是混凝土渗透性的评价标准。表1-24列出了试验结果，本实验的四种配合比的混凝土的渗透性等级均为“低”。这说明，这四组配合比的混凝土均具有非常好的抗氯离子渗透能力，具有非常好的耐久性。相对而言，TS01的抗氯离子渗透能力最好。表1-23 混凝土渗透性评定标准电通量（库伦）渗透性 4000高2000到4000中1000到2000低100到1000很低低于100基本不渗透表1-24 混凝土的氯离子渗透试验结果编号电通量（库伦）渗透性实测值平均值TN 0113141298低13451234TN 0214451478低1

45、5381451TS 0112411199低11541201TS 0213561229低121811121.4.10 底板混凝土配合比的确定根据上述试验结果可知，TS01的绝热温升低，干燥收缩和自生收缩小，弹性模量低，抗渗性合格，抗氯离子渗透性好，抗压强度和劈裂抗拉强度高，因此TS01宜作为足尺模型试验的配合比。即：水泥种类：天山P.O42.5胶凝材料总量：400 kg/m3粉煤灰掺量45%水胶比0.42砂率43%混凝土的配合比如表1-25所示。表1-25 底板混凝土的配合比材 料 名 称水 泥掺 和 料砂子石子水外加剂规 格P.O 42.5粉煤灰 = 2 * ROMAN II级河 砂碎 石地下

46、水减水剂产地广东云浮深圳妈湾东莞惠州-深圳市五山用量（kg/m3）220180852.51027164.58.42 足尺模型试验与计算2.1 足尺模型实验条件 2.1.1足尺模型试验试块为4.5 m 4.5 m 4.5 m的混凝土试块，试块的边界为底面、侧壁和上表面。底面采用与实际底板相同的处理方法；侧壁包括泡沫塑料保温层和夯实土层；上表面采用与实际基础底板施工时的养护方法。为检测混凝土材料在施工期间的温差收缩变形和抗裂性能，模拟试块只在上表面和侧壁配置构造筋，其余部位不配钢筋，如图2-1所示。图2-1 试块浇筑前2.1.2足尺模型试验所用的配合比已在表1-25中给出。在试块浇筑前，现场检验混

47、凝土的坍落度和均匀性，如图2-2所示。本试验所用混凝土的坍落度为160 180 mm之间，满足泵送混凝土的要求，且混凝土的均匀性良好。 2.1.3现场搭设保温棚，如图2-3所示。棚内设置数个电加热器，使环境温度控制在3035，以模拟深圳地区夏季的气温。 2.1.4浇注时，采用混凝土泵车一次性连续浇注，浇注后，用木杠刮平、搓平，表面无水后覆盖塑料薄膜及保温草帘被，以保持表面温度，如图2-4所示。终凝后洒水养护，始终保持混凝土表面足够湿润。图2-2 混凝土坍落度检测图2-3 现场保温棚图2-4 混凝土表面覆盖养护2.15养护棚内放置混凝土温度匹配养护箱，如图2-5所示。根据试块内部中心点的温度变化

48、调整养护箱内的温度，使养护箱内的混凝土试块的温度养护条件与混凝土足尺模型内部温度变化相匹配。图2-5 温度匹配养护箱2.2 温度传感器和应变传感器的布置方案 2.2.1温度传感器的布置方案温度传感器的总体布置方案如图2-6和图2-7所示。其中A点、C点和D点为型测点，在此三点的位置分别额外设置两个传感器于下部土体中，测定在实验过程中足尺模型下部土地的温度变化。P点和Q点测定周围保温板内部的温度，N点和O点测定保温板外部土体的温度。测定足尺模型下部土体温度、保温板温度和保温板外部温度对于用有限元计算时所采用的边界条件有指导作用。2.2.2应变传感器的布置方案应变传感器的总体布置方案如图2-8和图

49、2-9所示。其中C点为型测点，其它各点为型测点。由于混凝土的上下表面分别向空气和土体中传热，因此上下表面的温度梯度较大，相应地温度应变也应当比较大。因此应变传感器主要埋置在上下表面。图2-6 温度传感器布置方案 （a）型测点布置图 （b）型测点布置图图2-7 温度传感器测点布置图2-8 应变传感器布置方案 （a）型测点布置图 （b）型测点布置图图2-9 应变传感器测点布置2.3 温度监测结果图2-10图2-26是各点的温度变化曲线。C3点是整个足尺模型的中心点，混凝土入模温度为23.25，C3点的温峰值为64.5，在浇筑后73 h出现温峰，混凝土的绝对温升值为41.25。对于足尺模型内部的点，

50、“2”和“4”号点是对称点，尽管“2”和“4”号点与中心点“3”号点的距离为1.1 m左右，但它们与中心点的温差并不大。“1”和“5”号点是对称点，其中“1”号点接近混凝土上表面，“5”号点接近混凝土下表面。混凝土上表面覆盖棉被，且上不空气温度在30以上，而混凝土下表面直接接触土体，因此混凝土上表面散热的速率低于下表面散热的速率，所以“1”号点的温度高于“5”号点。对于同一个投影点而言，“3”和“5”的温差是最大的。选取混凝土中心点、内部点、角点、侧边点进行分析：C3与C5的最大温差为18.5，L3与L5的最大温差为19.25，A3与A5的最大温差为16.75，I3与I5的最大温差为17.75

51、，H3与H5的最大温差为20，B3与B5的最大温差为22.25。可见，B点和H点（即侧边点）处容易出现最大温差，但最大温差值仅为22.25。土体温度低是造成混凝土足尺模型下部温度低的主要原因，试验是在冬季，实际工程浇筑时是在夏季，那时土体温度提高，会在一定程度上降低混凝土内部的最大温差。在同一水平面上，C3与A3的最大温差为16.25，C3与I3的最大温差为7.5。C3与K3的最大温差为7.5，C3与L3的最大温差仅为2，C3与M3的最大温差仅为2.75。可见在足尺模型的水平面上，混凝土内部的温差很小，即使是中心点与角点之间的最大温差也仅为16.25。周围保温板内部、保温板周围土体、足尺模型下

52、部土体的温度变化曲线与足尺模型内部测点温度变化曲线相似，也呈现先上升后下降的趋势，并逐渐趋于平缓。这是因为这些部位一方面受内部混凝土的传热，另外也向土层深处散热，开始时前种作用为主，因此温度上升，随着混凝土放热的逐渐减小，后种作用开始占主导，因此后期温度逐渐下降。图2-10 A点的温度变化曲线图2-11 B点的温度变化曲线图2-12 C点的温度变化曲线图2-13 D点的温度变化曲线图2-14 E点的温度变化曲线图2-15 F点的温度变化曲线图2-16 G点的温度变化曲线图2-17 H点的温度变化曲线图2-18 I点的温度变化曲线图2-19 J点的温度变化曲线图2-20 K点的温度变化曲线图2-

53、21 L点的温度变化曲线图2-22 M点的温度变化曲线图2-23 N点的温度变化曲线图2-24 O点的温度变化曲线图2-25 P点的温度变化曲线图2-26 Q点的温度变化曲线2.4 应变监测结果 说明：在本报告中，应变值为正时，表示压应变；应变值为负值时，表示拉应变。2.4.1足尺模型上表面的应变 图2-272-40为实测的足尺模型上表面各点的应变值，从结果可以看出，早期由于混凝土内部温升，混凝土产生膨胀，内部各点都处于受压的状态，且各个点处的拉应变均很小，小于40微应变，此时混凝土不会开裂。60d时，各点的拉应变都低于200微应变，从绝对值来讲，这个应变也是比较小的。 图2-27 A1东西方

54、向的应变 图2-28 B1的应变 图2-29 C1东西方向的应变 图2-30 D1的应变 图2-31 F1的应变 图2-32 G1的应变 图2-33 H1的应变 图2-34 J1的应变 图2-35 K1的应变 图2-36 M1的应变 图2-37 A1南北方向的应变 图2-38 C1南北方向的应变 图2-39 E1的应变 图2-40 L1的应变2.4.2足尺模型中间截面的应变 图2-41和图2-42是混凝土中心点处的应变，从这两幅图中可以看出，该处的压应变低于20微应变，拉应变低于160微应变，核心区混凝土混凝土开裂的风险低于表面混凝土。 图2-41 C3南北方向的应变 图2-42 C3东西方向

55、的应变2.4.3足尺模型下表面的应变 图2-43图2-50是实测的混凝土足尺模型下表面各点的应变，从结果可以看出，各点的拉应变均小于120微应变，拉应变的绝对值比较小。 图2-43 A5南北方向的应变 图2-44 C5南北方向的应变 图2-45 A5东西方向的应变 图2-46 D5的应变 图2-47 H5的应变 图2-48 J5的应变 图2-49 K5的应变 图2-50 M5的应变综合混凝土足尺模型表面和内部各点应变的监测情况可知，各点的压应变很小，不能对混凝土造成威胁；各点60d的拉应变最大值也仅为200微应变，混凝土的开裂风险比较小。2.5 强度和抗渗性结果2.5.1抗压强度结果混凝土强度

56、试块分三批养护，即标准养护：置于20的标准养护室内养护；同条件养护：置于足尺模型旁边养护；温度匹配养护：置于养护箱内养护，根据足尺模型内部的温度变化，调整养护箱内的温度，使混凝土试块的养护温度与足尺模型内部温度匹配。表2-1为在三种养护条件下混凝土在3d、7d、14d、28d和60d的抗压强度。从表2-1中可以看出，混凝土在三种养护条件下的60d强度均达到了C40混凝土的要求。温度匹配养护更能反映足尺模型内部实际强度的发展规律，温度匹配养护的试验结果显示，由于混凝土内部温升对水泥和粉煤灰的激发作用，混凝土3d的抗压强度就达到了53.9MPa，达到了C40混凝土的要求；60d强度达到了66.8M

57、Pa，远超过了C40混凝土的要求。因此，从强度的结果来看，本实验所采用的混凝土是合格的。表2-1 混凝土的强度/MPa养护条件龄期/d37142860标准养护24.533.542.352.154.6同条件养护32.843.244.654.855.3温度匹配养护53.960.863.366.366.82.5.2抗渗性结果 表2-2是温度匹配养护混凝土60d龄期时的抗水渗透试验结果，结果显示试验所采用的6个混凝土试件的渗透状态均为“未渗”，且渗水高度低于143 mm，抗渗标号为P14，混凝土的抗水渗透试验结果合格。表2-2 抗渗结果试件序号试验最大水压（MPa）渗透状态渗水高度（mm）11.4未渗

58、13221.4未渗14131.4未渗9341.4未渗11751.4未渗12161.4未渗1432.6 足尺模型有限元分析2.6.1 温度场计算原理（1）温度场热传导原理图2-51 微小单元对一均匀且各向同性的固体进行热传导分析，其任意一点处的热流量q在各个方向上的分量分别与该方向上的温度梯度成正比，热流方向与温度梯度方向相反，即， ，(2-1)式中，为导热系数，单位kJ/(mhC)。取内部一个六面体微小单元dxdydz，考察单位时间内其内部热量变化。在单位时间内，左边界流入热量为qxdydz，右边界流出热量为qx+dxdydz，热量差为（qx-qx+dx）dydz。对qx+dx进行泰勒级数展开

59、并取前两项，并结合式（3-1），即可得(2-2)因此，在x方向上的净流入热量为(2-3)同理，在y和z方向上的净流入热量为和。单位时间内单位体积中发出的热量为Q，则在体积dxdydz内单位时间发出的热量为Qdxdydz。对于混凝土来说，Q代表了胶凝材料的发热能力。在时间dt内，此微小单元由于温度升高所吸收的热量为(2-4)式中，c为比热，单位是kJ/(kg)；t为时间，单位为h；为密度，单位kg/m3。根据热量守恒，温度升高所吸收的热量必须等于从外界净流入热量与内部发热量之和，即 (2-5)整理后得热传导方程(2-6)式中，为导温系数，单位m2/h在绝热条件下，混凝土的温度上升速度为(2-7)

60、式中，为混凝土的绝热温升，单位； 因此，热传导方程可以改写为(2-8)热传导方程建立了物体的温度与时间和空间的关系，但满足热传导方程的解有无限多，为了确定需要的温度场，还必须知道初始条件和边界条件。初始条件指的是初始瞬间物体内部的温度分布规律，边界条件是指物体表面与周围介质之间温度相互作用的规律，初始条件和边界条件合称边值条件。通常情况下，边界条件可用以下四种方式给出：第一类边界条件，表面温度T是时间的已知函数，即(2-9)混凝土和水接触时，表面温度等于已知的水温，属于这种边界条件。第二类边界条件，表面热流量是时间的已知函数，即(2-10)式中n指表面外法线方向。第三类边界条件，当物体与空气接