选择大体积混凝土的原材料和优化混凝土配合比,其主要目的是使混凝土具有较小的抗裂能力,具体地说,就是要求混凝土的绝热温升较小、抗拉强度较大、极限拉伸变形能力较大、线膨胀系数较小,自生体积变形低收缩性。
    大体积混凝土结构引起裂缝的原因很多,但其主要的原因是:混凝土的导热性能较差,水泥水化热的大量积聚。因此,控制水泥水化热引起的温升,对降低温度应力、防止产生温度裂缝将起到决定性的作用。
1.水泥品种的选择
    大体积混凝土升温的热源主要是水泥在水化反应中产生的水化热,因此选用中热或低热的水泥品种,是控制大体积混凝土温升的最根本方法。
    现行的行业标准《普通混凝土配合比设计规程》(JGJ55-2011)中建议:配制大体积混凝土的水泥,应选用水化热较低和凝结时间长的水泥,如低热矿渣硅酸盐水泥、中热硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥等。当采用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥时,应采取相应措施延缓水化热的释放。
    对大体积混凝土所用的水泥,应进行水化热的测定,大体积混凝土施工所用水泥其3d的水化热不宜大于240kJ/kg,7d的水化热不宜大于270kJ/kg。当混凝土有抗渗性要求时,所用水泥中的铝酸三钙含量不宜大于8%;所用水泥在搅拌站的入机温度不应大于60℃。
    另外,水泥进场时应对水泥品种、强度等级、包装或散装仓号、出厂日期等进行检查,并对水泥的强度、安定性、凝结时间、水化热等性能指标及其他必要的性能指标进行复检。
2.水泥用量的选择
    根据大量的试验资料表明,每立方米混凝土中的水泥用量,每增减10kg其水化热将使混凝土的温度相应升降1℃。因此,为控制混凝土的温升,降低温度应力,避免出现温度裂缝,在满足混凝土强度和耐久性的前提下,应尽量减少水泥的用量。
    但是,目前我国大体混凝土均采用泵送商品混凝土施工工艺,即从过去的干硬性、低流动性、现场搅拌混凝土转向大流动性泵送混凝土浇筑,水灰比增加、砂率增大、集料粒径减小等,从而引起水泥用量增加,最终导致混凝土的水化热增加和体积收缩增加。
    在泵送混凝土的施工中,混凝土的可泵性能与单位体积水泥用量有很大关系,水泥用量除了满足混凝土的强度和耐久性要求外,还要满足管道的输送要求。因为混凝土拌合物中石子本身无流动性,它必须均匀地分散在水泥浆体才能流动,而且石子产生相对移动的阻力和水泥浆体的厚度有关。在混凝土拌合物中,水泥浆填充集料间的空隙并包裹着集料,在集料表面形成浆层,而这种水泥浆层的厚度加大,则集料产生相对移动的阻力就会减小。若水泥用量不足,水泥浆不能包裹集料全部表面,造成管道输送时的摩阻力增大,并且这种混凝土的保水性差,容易产生泌水和离析,易发生混凝土堵管现象。如果水泥用量过大,混凝土拌合物黏度增高,泵送阻力也会增大,会使凝结硬化的混凝土增大干缩和开裂,在大体积混凝土施工中还会引起较大的温度应力而产生温度裂缝。所以选择合适的水泥用量是提高泵送混凝土的可泵性、降低工程成本、确保工程质量的关键。
3.充分利用混凝土的后期强度
    为了降低大体积混凝土结构因水泥水化热引起的温升,达到降低温度应力和保温养护费用的目的,在保证混凝土有足够强度满足使用要求的前提下,对结构的强度和刚度进行复核,并取得设计单位、监理单位和质量检测部门的认可后,采用45d、60d、90d的混凝土强度代替28d的设计强度,这样可使单位体积混凝土的水泥用量减少40~70kg,混凝土水化热温升也相应降低4~7℃。
    结构工程中的大体积混凝土,大多采用矿渣硅酸盐水泥,其水泥熟料矿物含量要比硅酸盐水泥少得多,而且混合材料中的活性氧化硅、活性氧化铝与氢氧化钙、石膏的作用,在常温下进行比较缓慢,其早期强度比较低,但在混凝土的硬化后期,由于水化硅酸钙凝胶数量增多,使水泥石强度不断增长,最后甚至能超过同强度等级的普通硅酸盐水泥,对利用其后期强度非常有利。