大体积混凝土低温升梯度设计与综合抗裂技术研究报告120页(科研项目)_ppt课件

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:汇报人: 2013年11月21日汇报提纲一、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GB50496-2009中定义：“实体最小尺寸大于或等于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致有害裂缝产生的混凝土”一、立项背景承台塔柱实心段锚碇封底结构厚，体积大，钢筋密，一次浇筑量大。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（流动性好，塌

2、落度经时损失小，凝结时间长，不离析、泌水）.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，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相变储能大体积混凝土通过降低绝热温升减小T控制温度裂缝的产生配合比设计外加剂（缓凝）使用优质矿物掺和料优选水泥品种（低、中热）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）分层浇

3、筑（控制混凝土浇筑质量）温度及应力监测石蜡相变体系膨润土+癸酸相变集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根据施工规范（设计规范不统一），水泥用量较高，水化温升高，里表温差大，产生温度应力导致混凝土开裂；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（温峰后降温速率过快）也会产生温度裂缝降低耐久性能；冷却水管存在压浆不实的问题，水、有害离子的渗入，导致冷却水管锈蚀，影响桥梁结构安全性，冷却水管用量较大，增大工程成本； 封底混

4、凝土工作性能不良，遇水易分散，导致导管布置间距大，混凝土不密实，引起混凝土渗水。 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（C50）、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低

5、温升抗裂大体积混凝土配合比设计（材料设计）通过开发新材料、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T提高混凝土降低增强大体积结构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（1） 混凝土裂缝驱动力影响因素研究了胶凝材料组成、温湿度环境条件、限制因素等对1）微裂纹起裂条件；2）断裂面三维构造；3）收缩率；4）内部相对湿度；5）开裂敏感性等，确定了关键影响因素条件。薄膜养护IRH值室内养护IRH值水养护IRH值IRH与收缩值的关系可用公式y=ax+b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

6、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常数项和自变量项系数常数项55740.68136X1790.729Y-1190830.729X*Y-227542.5151X2956.8542741Y28224359.842X2*Y-4258.586697X*Y2657491.4132X31.07279099Y3-17920949.92SamplesFitted equationsCorrelation coefficient :R2 A1-A6s = 390.52x-45.118y -349.

7、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微观观察1环境扫描电镜观察环境相对湿度降低，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80% 相对湿度为40% 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85%到50%， 相对湿度从85%到20%微观观察2DMP方法微观观察收缩（3）混凝土开裂敏感性试验与评价方法A、圆环法B、平板法编号水(kg/m3)水泥(kg/m3)粉煤灰(kg/m3)纤维(kg/m3)砂(kg/m3)石(kg/m3)减水剂(Wb%)基准14540

8、080081110180.9PP145400801.081110180.9PPF145400800.881110180.9SF145400806080310020.9试件编号抗裂性指标初裂时间/h裂缝最大宽度/mm平均开裂面积a/ mm2单位面积的裂缝数目b/根m-2单位面积上的总开裂面积c/ mm2m-2评定等级基准3.90.352.3692217.1PP17.00.050.803024.0PPF20.10.050.25123.0SF6.30.151.297394.2C、 采用自主研发的WTST-150约束可调式单轴温度应力开裂试验机试验机由温湿度调节装置、步进电机、滚珠丝杆、力传感器等组成

9、，底座上设有环境箱。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、应力储备值、安全系数等参数进行混凝土的开裂敏感性评价。温湿度调节装置进气管道出气管道步进电机滚珠丝杆力传感器活动端固定端碳纤维棒.位移传感器双层模板底座试件环境箱连杆温度传感器图2-16新型试验机的主机结构组成示意图图2 温度应力开裂试验试验特征参数数值时间入模温度250第一次收缩最大拉应力/Mpa-0.01212第一零应力温度/29.124最大压应力/Mpa0.23972最大压应力时的温度/49.6最高温度/49.672温升/24.6第二零应力温度/46.381温度降至室温时拉应力/Mpa1.40265

10、抗拉强度/Mpa1.90应力储备/35.7合江一桥拱座C30大体积混凝土绝热温升28，取消冷却水管后混凝土最高水化温升50左右，内外温差小于25，应力储备值达35.7%，且各龄期混凝土的最大温度主拉应力均小于相同龄期的抗拉强度，有较大的安全系数，在施工中可有效避免温度裂缝的产生。 编号水水泥粉煤灰砂石减水剂317226013071510739.4416523016072810952.6拱座C30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

11、附加应变，设为：建立受力模型及为计算见图为：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混凝土密实骨架设计原理大体积混凝土胶凝材料体系优化大体积混凝土缓凝保塑减水剂、减缩增韧剂开发低温升抗裂大体积混凝土配比设计方法最大幅度减少胶凝材料用量，抑制水化升温的同时，兼顾混凝土力学性能和耐久性能（1）密实骨架堆积设计（2）补偿收缩材料（ 低水泥用量，低温升、低收缩）减少收缩减小水化峰值延迟水化峰值出现时间方法密实堆积设计是通过矿物掺和料填充细集料空隙、矿物掺和料和细集料的混合物填充粗集料

12、之间的空隙来实现最小空隙率Vv，再利用Vv控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水量。浆量Vp与空隙Vv 、集料表面积s（含粉煤灰）和浆量厚度t之间的关系为： Vp= Vv+st=NVv ，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，C30混凝土的水胶比可在0.360.40之间选取，C40混凝土的水胶比在0.320.36之间选取，C50混凝土的水胶比在0.280.32之间选取；最后再求出拌和水量。 原理 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。按四分法取料，进行最

13、大容重测定，将实验数据通过曲线拟合得出致密堆积系数、，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设计（密实骨架堆积法）1)确定粉煤灰填充砂的比例2)以比例的细集料(含粉煤灰与砂)填充粗集料得最大堆积因子a. 配合比计算步骤3)由此得出最大单位重为Uw， (其中wf、ws、wa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、） 4)最大单位质量中的粗集料质量：；5)最大单位重中的砂的重： 6)最大单位重中的粉煤灰重： 7)最小空隙率：8)混凝土中所需填塞和润滑的水泥浆量：式中：N水泥浆量的放大倍数； s为骨料表面积； t为包裹于骨料表面的润浆厚度。9)

14、骨料的用量：10)由于水泥浆量需要放大，则集料质量作如下调整：注：ws为调整后砂的质量 ， wa调整后粗骨料的质量 ， wf为调整后粉煤灰的质量，WC、 WW 分别为水泥、水的质量， 为水胶比。1)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。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（足以填满3L容重桶）的干砂，按2%的比例往砂中添加粉煤灰，加到8%左右后，按1%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。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0。将求得的值代回方程，即可求得粉煤灰与砂的最大堆积密度Uw

15、。求的方法与求的方法一样，只不过用含粉煤灰比例为的砂、粉煤灰混合物取代砂。由此通过曲线拟合同样可得、Uw（三者的最大单位重）。b.配合比设计系数的确定2）、以及Uw的确定以细度模数为2.8的中砂、5-25mm连续级配的碎石、需水比为96%的级粉煤灰为例，根据以上试验方法、得到的粉煤灰充填单位重数据见下表。Uw/(kg/m3)Uw/(kg/m3)0.041826.70.301993.30.101913.30.442133.30.091853.30.502060.0以堆积系数为横坐标，以堆积密度为纵坐标，作出抛物线图，拟合的二次曲线的方程为：Y=24068X2+4775.5X+1676.2粉煤灰充

16、填单位重致密堆积因子图 对上式求一阶导，并令其为0，可得=10%时，Uw=1913.1kg/m3，即粉煤灰与砂的最大单位重为1913.1kg/m3。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0，可得43，此时，Uw2125.3kg/m3，即粉煤灰、砂、石子三者的最大单位重为2125.3kg/m3。致密堆积因子图3）n值的确定在致密系数、以及最大单位重Uw确定的前提下，从表6.3.3-2可得：如果同一水胶比时，n降低，则Vp= Vv+st=nVv随之下降，水泥浆量相应减小，而骨

17、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n值为1.2，既保证了强度，又使得经济性和耐久性体现出来。n值混凝土工作性能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4)骨料用量的校正 由于水泥浆量需要放

18、大（步骤10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796kg、1099kg和160kg，砂率为42%。 5）胶凝材料的用量的计算 浆料体积率，设水胶比为 ，则由上式可得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。6）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证：对密实骨架堆积法所得配合比的工作性能与抗压

19、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；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。（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15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、矿物掺合料、外加剂等材料种类，直到符合要求为

20、止。c. 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、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160mm以上，现场浇注时混凝土坍落度应大于160mm；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坍落度大于160mm。（5）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，每种配合比至少应制作一组（每组三块）试件，标准养护到28d时

21、试压；需要时可同时制作几组试件供3d、7d试压，提供参考配合比，满足施工急用，但应以标准养护28d强度或按现行国家标准（粉煤灰混凝土应用技术规程）(DG/JT08-230-2006)、现行行业标准粉煤灰在混凝土和砂浆中应用技术规程(JGJ28)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；（2）水泥、外加剂或矿物掺合料品种、质量有显著变化时；（3）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。d.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C30大体积拱座混凝土、合江二桥塔座C40实心段混凝土、塔实心段C50混凝土

22、为例。该工程的相关原材料物理性能参数如下：水泥：重庆腾辉PO42.5水泥，表观密度3100kg/m3；粉煤灰：重庆华珞级粉煤灰，表观密度为2250 kg/m3，级粉煤灰，表观密度2200 kg/m3；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2700kg/m3。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，进行密实填充试验，具体方法为：称取一定量（足以填满3L容重桶即可）的干砂，按2%的比例往砂中添加粉煤灰，加到8%左右，加粉煤灰比例减慢，按1%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

23、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，得到下表所示的数据。水泥（华新）密度为3100kg/m3，粉煤灰（级）的密度为2200kg/m3，河卵石的密度为2700kg/m3，砂的密度为2760kg/m3，水的密度为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

24、曲线的方程为：Y=9637.7X2+2999X+1544.8 ，对其进行求一阶导，并令其为0，可得=15%时，Uw=1783.8kg/m3，即粉煤灰与砂的最大单位重为1783.8kg/m3。当=15%时，将粉煤灰加入中砂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：Y=9444.6X2+8672.5X+168.24，求一阶导，并令其为0，可得45，此时，Uw2166kg/m3，即粉煤灰、砂、石子三者的最大单位重为2166kg/m3。粉煤灰+砂密实填充曲线图粉煤灰+砂+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。强度等级试验参数设定/计算参数密实堆积配

25、合比（kg/m3）UwGSFANVvVpWsWaWfWcWwC30216611918281460.381.100.190.217921145150226140C400.331.200.190.237891134139282139C500.311.300.190.257691105135331144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，并进行了工作性能和力学性能测试，试验结果如下表：强度等级水泥(kg/m3)粉煤灰(kg/m3)砂(kg/m3)碎石(kg/m3)水(kg/m3)减水剂 (kg/m3)坍落度(cm)抗压强度(MPa)7d28dC3022615

26、079211451403.382030.141.6C4028214978911341393.802039.752.5C50*33113576911051444.602150.263.6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级粉煤灰。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，也能满足普通混凝土配合比设计规程JGJ55-2000，确定混凝土的实际施工配合比及性能如下表：强度等级水泥(kg/m3)粉煤灰(kg/m3)砂(kg/m3)碎石(

27、kg/m3)水(kg/m3)减水剂(kg/m3)坍落度(cm)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C30大体积塔座混凝土实际温升为29，采用级粉煤灰制进行C40承台大体积混凝土的配制时，以50kg的粉煤灰等量取代水泥，混凝土绝热温升为32，在不通冷却水管的情况下，混凝土内外温差均小于25。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(kg/m3)合江

28、二桥2号墩承台长37.620.16米，一次性浇注。入模温度为28摄氏度，最高温度为61.8，内外最大温差23.5。90天强度达到63MPa，PH值12.6。合江二桥塔柱实心段26.514.73米，一次性浇注。入模温度为30，最高温度为58.9，内外最大温差19.7。合江一桥拱座C30大体积混凝土，总方量为11000方，28天强度3841MPa，90天强度5357MPa，新拌混凝土PH值12.4。入模温度25，混凝土最高温度5355，内外温差19，未出现裂缝A、高活性补偿收缩矿物掺合料RA研发了由钢渣、矿渣、硫铝酸盐水泥熟料和石膏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缩矿物掺合料

29、(RA)，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f-CaO、f-MgO中后期水化生成Ca(OH)2、Mg（OH）2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、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编号水泥kg/m3粉煤灰kg/m3RAkg/m3抗压强度/MPa膨胀率10-428d84d氯离子扩散系数/m2/s28d碳化深度/mm抗裂等级28d90dC3010015014042.453.4

30、0.51.02.510-125.0C4014014014056.569.10.30.81.810-123.5C5023013012064.774.8-0.30.51.510-121.0表1 高活性补偿收缩矿物掺合料制备的混凝土性能混凝土强度等级C30C40C50最高温度（取消冷却水管，）505557636570水化温升（）202527333540表2 采用高活性补偿收缩矿物掺合料制备的混凝土的最高温度和水化温升()注：入模温度30武汉中北路跨楚河桥 各组分用量（kg/m3）坍落度（cm）抗压强度（MPa）水水泥粉煤灰RA砂石减水剂0h1h7d28d14514014014078511004.82

31、2.019.535.455.3入模温度为10，混凝土最高温度40.2，最大内表温差均小于21，在分块浇筑+混凝土配合比优化设计的综合温控措施温度控制效果效果明显，没有产生温度裂缝。 中北路跨楚河桥桥台长约66.80m，宽约7.70m，高约3.20m，属于大体积混凝土结构。本工程综合采用设置后浇段分块浇筑以及配合比优化设计减少水泥用量的方法，降低水化热，达到取消冷却水管，抑制桥台混凝土结构温度裂缝产生的目的。武汉东一路跨楚河桥 各组分用量（kg/m3）坍落度（cm）抗压强度（MPa）水水泥粉煤灰RA砂石减水剂0h1h7d28d14514014014078511004.822.019.535.45

32、5.3入模温度为10，混凝土内部最高温度小于60.5，断面平均最高温度小于58.9，桥台大体积混凝土内表最大温差小于22.6， ，没有产生温度裂缝。 东一路跨楚河桥单个桥台基础采用6根2.5m钻孔灌注桩，其中0#桥台长约42.00m，宽约10.20m，高约4.00m，混凝土浇筑方量约为1713.60m3；1#桥台长约47.30m，宽约10.20m，高约4.00m，混凝土浇筑方量约为1929.84m3，0#和1#桥台均属于大体积混凝土结构。复掺粉煤灰和矿粉的大体积混凝土配合比（kg/m3）复掺粉煤灰和矿粉的大体积混凝土的性能标号坍落度（mm）抗压强度（MPa）收缩（10-6）0h1h3d7d28

33、d3d7d28dC3022020019.832.545.8101168231C4022020023.537.952.1112188262C5021019529.647.665.3128204299标号水水泥粉煤灰矿粉砂石减水剂C301429615015079510553.8C4014514014014078010604.73C5015023013012077010505.28复掺矿粉和粉煤灰的大体积混凝土配合比优化设计降低水化温升，但增大了混凝土的自收缩C、减缩增韧剂的开发以有机硅氧烷基团与聚醚基团进行修饰，优化氨基甲酸酯嵌段共聚物结构，制备出具有减缩与增韧作用的外加剂，探明了以网络状骨架结构

34、为特征的减缩增韧机理。_Side chainLong side chain 较低的掺量、分散、减缩、增韧 聚合物网络骨架结构编号水泥粉煤灰水粗集料细集料减水剂减缩增韧剂%减缩剂：增韧剂135013015410537631.2%235013015410537631.2%1.0%1:1335013015410537631.2%1.0%1:2435013015410537631.2%1.0%1:328d抗折强度混凝土自收缩率单掺粉煤灰C50大体积混凝土低温升抗裂混凝土与普通混凝土收缩对比结果标号水水泥粉煤灰矿粉砂石减水剂减缩增韧剂C30（抗裂）1429615916379510553.84.2C30（

35、普通）158290100/79510553.8/C40（抗裂）14513014014079510554.14.4C40（普通）15533080/77010704.8/C50（抗裂）15023013012077010505.284.8C50（普通）15040080/75010705.8/标号3d*10-67d*10-628d*10-660d*10-6180d*10-6C30（抗裂）59113174203246C30（普通）101168231304382C40（抗裂）75129203233286C40（普通）112188262322412C50（抗裂）88143230263319C50（普通）12

36、8204299346458承台，直径40.6m，厚6m，C30塔座下部30*26m，上部25*21m 厚2.5m，C40塔柱下部实心段24*18m，厚9m，C50塔，中部实心段19*18m,10.7厚,C50嘉绍斜拉桥，塔高173m嘉绍大桥大体积混凝土推荐配合比（kg/m3）嘉绍大桥大体积混凝土的性能标号坍落度（mm）抗压强度（MPa）28d碳化深度(mm)抗冻等级氯离子渗透系数（10-12m2/s）0h1h3d7d28dC3022020019.832.545.85.0F3002.0C4022020023.537.952.13.5F3001.5C5021019529.647.665.32.0F

37、3001.0标号水水泥粉煤灰矿粉砂石减水剂减缩增韧剂C301429615015079510553.84.0C4014514014014078010604.734.4C5015023013012077010505.284.8矿物掺合料对混凝土孔溶液离子碱度的影响承台第一层第3天水化热温度云图 承台第一层第7天水化热温度云图 层号最高温度/最大温差/承台第一层56.821.5承台第二层60.323.8大体积混凝土温控计算嘉绍大桥（无冷却水管） 承台第二层第3天水化热温度云图 承台第二层第7天水化热温度云图 塔座第3天水化热温度云图 塔座第7天水化热温度云图 层号最高温度最大温差塔座68.123.1

38、塔座混凝土温度应力场 龄期第3天第7天第28天塔座0.4330.7461.028塔座混凝土最大主应力表 （MPa）塔座混凝土温度分析结果（） 下塔柱第一层第3天水化热温度云图 下塔柱第一层第7天水化热温度云图 下塔柱第二层第3天水化热温度云图 下塔柱第二层第7天水化热温度云 层号最高温度/最大温差/下塔柱第一层68.123.7下塔柱第二层68.221.5下塔柱混凝土温度应力场 龄期第3天第7天第28天下塔柱第一层0.421.081.59下塔柱第二层0.511.01.43下塔柱混凝土最大主应力表（Mpa） 中下塔柱第一层第3天水化热温度云图 中下塔柱第一层第7天水化热温度云图 中下塔柱第二层第3

39、天水化热温度云图 中下塔柱第二层第7天水化热温度云图 中下塔柱第三层第3天水化热温度云图 中下塔柱第三层第7天水化热温度云图 层号最高温度/最大温差/中下塔柱第一层55.222.8中下塔柱第二层67.023.3中下塔柱第三层67.322.5中下塔柱混凝土温度应力场 龄期第3天第7天第28天中下塔柱第一层0.410.901.41中下塔柱第一层0.521.031.59中下塔柱第一层0.500.901.50中下塔柱混凝土最大主应力表（Mpa） 中上塔柱第一层第3天水化热温度云图 中上塔柱第一层第7天水化热温度云图 中上塔柱第二层第3天水化热温度云图 中上塔柱第二层第7天水化热温度云图 层号最高温度/

40、最大温差/中下塔柱第一层50.022.5中下塔柱第二层56.823.9 龄期第3天第7天第28天下塔柱第一层0.410.781.39下塔柱第一层0.560.901.46中上塔柱混凝土温度应力场 中上塔柱混凝土最大主应力表（Mpa）大体积混凝土劈裂抗拉强度（Mpa） 龄期（d）3728C30混凝土1.192.683.42C40混凝土1.872.903.57C50混凝土1.933.213.95温控施工的现场监测 承台温度测点平面布置图（单位：mm） 根据承台、塔座及塔柱结构特点和温度场计算成果，拟在各层埋设温度传感器，温度传感器为PN结温度传感器，温度检测仪采用PN-4C型数字多路自动巡回检测控制

41、仪。 温度传感器主要技术性能：测温范围-50+150；工作误差+0.5；分辨率0.1；平均灵敏度-2.1（mv/）。 承台第一层混凝土测温点剖面布置图（单位：mm） 承台混凝土第一层布置3层测温点，位于0.5m、1.25m、2m的位置 承台第二层混凝土测温点剖面布置图（单位：mm） 承台混凝土第二层布置3层测温点，位于0.5m、1.75m、3m的位置。 塔座温度测点平面布置图（单位：mm） 塔座混凝土测温点剖面布置图(单位：mm)塔座混凝土布置三层测温点，位于0.5m、1.3m和2.1m的位置 下塔柱实心段温度测点平面布置图（单位：mm） 下塔柱实心段混凝土测温点剖面布置图（单位：mm） 下塔

42、柱各层布置测温点，位于0.5m、1.5m和2.5m的位置 中下塔柱连接段温度测点平面布置图（单位：mm） 中下塔柱连接段混凝土测温点剖面布置图（单位：mm） 中下塔柱各层布置测温点，位于0.5m、2.25m和4.0m的位置 中上塔柱连接段温度测点平面布置图（单位：mm） 中上塔柱连接段混凝土测温点剖面布置图（单位：mm） 中上塔柱各层布置测温点，位于0.5m、2.15m和3.8m的位置。 同时检测大气温度，混凝土浇筑温度 。 在混凝土浇筑前完成传感器的埋设及保护工作，并将电缆接至测试房，保护材料主要为角钢和塑料泡沫。各项测试应在混凝土浇筑后立即进行，连续不断。混凝土的温度测试，峰值以前每2小时

43、观测一次，峰值出现后，每4小时观测一次，持续5天，转入每天测2次，直至基本稳定。每次检测完后及时填写混凝土测温记录表。 嘉绍大桥承台大体积混凝土温控结果 Z3墩承台大体积混凝土第一次浇筑厚度为2.5m，在预埋冷却水管未进行通冷却水降温的情况下，升温阶段持续3天，入模温度35，气温39，混凝土最高温度为66.2 ，最大内外温差为19.8 ，其最高升温及最大内外温差均在第二层测点范围内出现；承台大体积混凝土第二次浇筑厚度为3.5m，在未通冷却水进行降温的情况下，升温阶段持续3天，最高温度为66.3 ，断面最高平均温度为64.9 ，最大内外温差为20.9 ，其最高升温及最大内外温差均在第二层测点范围

44、内出现。由有限元分析结果及力学试验结果可知，承台混凝土7d劈裂抗拉强度为2.1MPa，28d劈裂抗拉强度为3.3，均大于同龄期下混凝土温度应力，且有较大安全系数。 主墩承台及桩基础平面图 主墩承台布置立面图 大榭二桥主墩基础位于水中，单墩基础采用22根3.0m2.5m钻孔灌注桩，桩基呈梅花形布置。从减少承台阻水面积及利于通航的角度考虑，承台与主塔按斜交10布置，承台两端采用圆端型。承台宽26.4m、长38.22m、厚5.0m，封底混凝土厚1.5m。宁波大榭二桥编号水kg/m3水泥kg/m3粉煤灰kg/m3矿粉kg/m3砂kg/m3石kg/m3减水减缩增韧剂kg/m3初凝时间h坍落度(cm)抗压

45、强度（MPa）0h1h7d 28d113213517513080510008.817221844 52213615517511080510008.81722194452配合比设计项目抗裂等级抗冻标号抗蚀系数 Cl扩散系数1012m2/s性能VF30098.5% 1.4性能指标1.温度场分析大榭承台第一层3d温度云图 未通冷却水通冷却水大榭承台第一层7d温度云图未通冷却水通冷却水大榭承台第一层28d温度云图未通冷却水通冷却水大榭承台第二层3d温度云图未通冷却水通冷却水大榭承台第二层7d温度云图未通冷却水通冷却水大榭承台第二层3d温度云图未通冷却水通冷却水大榭承台第二层28d温度云图未通冷却水通冷

46、却水温度效应对比分析层号不通水通水最高温度最大温差最高温度最大温差第一层43.5/51.620.7/22.537.2/47.719.6/20.3第二层46.8/54.722.6/23.942.8/50.920.8/20.9由分析结果可知，通冷却水后第一层的最高温升降低了6.3，最大温差降低了1.1；第二层的最高温升降低了4.0，最大温差降低了1.8。而取消冷却水管施工仍满足大体积混凝土施工规范中规定温差不宜大于25，浇筑体表面与大气温差满不宜大于20的要求。出于经济及施工进度等相关考虑，建议可取消冷却水管施工。 2.应力场分析大榭承台第一层3d应力云图 未通冷却水通冷却水大榭承台第一层7d应力

47、云图未通冷却水通冷却水大榭承台第一层28d应力云图未通冷却水通冷却水大榭承台第二层3d应力云图未通冷却水通冷却水大榭承台第二层7d应力云图未通冷却水通冷却水大榭承台第二层28d温度云图未通冷却水通冷却水应力结果对比分析层号通水最大拉应力(MPa)不通水最大拉应力(MPa)3d7d28d3d7d28d第一层0.370.690.990.440.710.98第二层0.450.751.110.510.751.01龄期(d)3728承台C40混凝土1.832.873.48应力分析结果大榭承台C40混凝土劈裂抗拉强度(MPa)分析结果可知，取消冷却水管进行施工的情况下，混凝土各龄期下的劈裂抗拉强度均大于温

48、度应力。应力结果结果分析 由上述应力云图结果可知，未通水时最大拉应力出现在混凝土外表面，且分布较均匀； 而通水时最大拉应力出现在混凝土与冷却水管的接触部分，且分布较为集中，在冷却水管与内部混凝土间较大的温度梯度下，即使大体积混凝土表面可能未见裂缝，但两者的接触部分仍然可能产生无法修复的温度裂缝，从而影响到大体积混凝土的长期耐久性能。 出于经济及工程质量等相关考虑，最后确定施工方案取消冷却水管施工。 大榭二桥标，承台长38.22m、宽26.4m、厚5.0m，属大体积混凝土结构。根据本工程承台大体积混凝土结构的特点，综合采用低温升抗裂大体积混凝土的配合比设计方法和分层浇筑的施工方法，降低大体积混凝

49、土结构内部升温，达到取消冷却水管，抑制桥台混凝土结构温度裂缝产生的目的。 在未进行预埋冷却水管施工的情况下，第一层（1.5m）混凝土最高温度为34.6 ，最大内外温差为18.5；第二层（3.5m）混凝土最高温度为51.3，最大内外温差为21.1。施工完毕后均未见温度裂缝的产生，施工效果优良。5 高标号大体积混凝土梯度结构设计塔，中部实心段19*18m,10.7厚,C50塔柱下部实心段24*18m，厚9m，C50塔柱实心段高标号大体积混凝土存在通水困难，取消冷却水管存在开裂的风险，安全系数低！ 根据材料复合设计原理，设计采用在大体积混凝土的边部采用通过增韧增稳技术制备出纤维增强高韧性混凝土，中部

50、采用低温升高抗裂混凝土，形成连续（无冷缝）的高抗裂大体积混凝土梯度结构。高韧性抗裂大体积混凝土配合比设计编号水泥粉煤灰砂石水高强有机聚合物纤维矿粉减水剂A减缩增韧剂B-C30230160795105514540.90.8B-C4028014080210731494.51.10.8B-C5035013081510671555.21.20.8C-C30100150795105514541300.90.8C-C4014014080210731494.51401.20.8C-C5023013081510671555.2/1.01201.40.8编号抗压强度/MPa劈裂抗拉强度/MPa抗裂性能评定等级7

51、d28d3d7d28dB-C3032.446.71.92.73.9VB-C4039.154.22.53.44.6VB-C5050.061.43.14.35.5VC-C3032.545.81.72.84.0VC-C4032.252.92.53.34.7VC-C5041.059.43.3/3.14.4/4.25.6/5.3V由于高强有机聚合物纤维的掺入，混凝土的劈裂抗拉强度出现了大幅增长，加入减缩增韧剂后，C30、C40、C50高韧性抗裂大体积混凝土的抗裂等级均达到V级，混凝土的抗裂性能优良。嘉绍大桥塔柱实心段梯度结构应用情况广东长大集团承担的3塔的建设应用结果表明：塔柱上、中、下实心段C50大体

52、积混凝土未出现温度裂缝。2、抗水分散、自密实、低温升抗裂混凝土A、由纤维素类水溶性聚合物羟乙基纤维素作为抗水分散主剂，复配无机增粘保水组分和缓凝组分，研制出适用于水下抗分散大体积混凝土的专用外加剂WHT-1。B、通过对抗水分散剂及胶凝材料用量的影响分析，设计出适合施工要求的水下不分散、自密实、低温升、高抗裂性能的混凝土配合比。抗水分散、自密实、低温升抗裂混凝土配合比设计 （1）抗水分散剂的掺量水下不分散混凝土性能的影响C20抗水分散、自密实、低温升抗裂混凝土性能C20抗水分散、自密实、低温升抗裂混凝土配合比（Kg/m3）配合比用量不变的情况下，随着抗水分散剂掺量的增加，水下不分散混凝土的初始坍

53、落度逐渐变小，并且坍落度损失快；另外，随着抗水分散剂掺量的增加，水下不分散混凝土的水陆强度比先增大，掺量增到0.6%时，水陆强度比基本不变；所以，综合水下不分散混凝土的工作状态和经济效益，优选抗水分散剂最佳掺量0.4%。编号CFUEA砂大石水PCWHT%12201303082010851553.80.222201303082010851553.80.432201303082010851553.80.6编号坍落度/mm扩展度/mm7d抗压强度水陆比28d抗压强度水陆比0h2h0h2h水中陆地水中陆地124022060060016.821.60.7828.136.00.78223022058057

54、017.720.80.8530.335.20.86321021055053017.219.80.8730.133.80.89（2） C30抗水分散、自密实、低温升抗裂混凝土C30抗水分散、自密实、低温升抗裂混凝土C30抗水分散、自密实、低温升抗裂混凝土配合比（Kg/m3） 胶凝材料总用量不变时，随着水泥用量增加和粉煤灰用量降低，需水量不断增加才能保证水下不分散混凝土工作状态和经时工作状态保持一致。由于抗水分散剂、高效减水保塑剂和基本配合比没有变化，7d、28d水陆强度比基本不变，均满足设计要求；在此，考虑封底混凝土为C30高性能混凝土，优选配合比4进行研究。编号CFUEA砂碎石水PCWHT%1

55、2501403081010401604.20.222501403081010401604.20.432501403081010401604.20.6编号坍落度/mm扩展度/mm7d抗压强度水陆比28d抗压强度水陆比0h2h0h2h水中陆地水中陆地125022061060024.329.50.7836.344.80.81224023063057025.428.90.8539.244.50.88321021060053023.326.50.8837.641.80.90应用结果表明：课题研究的抗水分散自密实低温升抗裂混凝土的性能均达到设计要求，封底混凝土无裂缝、渗水，效果良好。 嘉绍C20大榭C30编号水(kg/m3)水泥(kg/m3)粉煤灰(kg/m3)矿粉(kg/m3)粉煤灰微珠(kg/m3)聚丙烯腈纤维(kg/m3)砂(kg/m3)石(kg/m3)减