编者按
为了加强与广大用户的应用交流，本期开始科之杰微讲坛推出“混凝土大咖谈”系列讲座，邀请砼界著名专家对混凝土应用问题进行答疑解惑，加强砼界朋友之间的交流，促进行业的技术进步和健康发展。
超高层建筑的荷载巨大，通常采用厚大的钢筋混凝土筏板基础。这些结构施工时，为了保证结构的整体性，满足承载要求，大多要求整体浇筑，除沉降后浇带外，不留其它后浇带。同时还要控制混凝土结构内部的温升不能过高，避免由于过大的温度收缩而导致开裂。施工方希望加快施工进度，满足工期要求，也不希望留温度后浇带。因此目前实际施工时，一次性浇筑的混凝土板块的尺寸越来越大，远远超出我国现行施工规范规定的范围。
混凝土在水化硬化过程中，必然伴随着体积收缩。在结构中存在的各种约束条件作用下，当混凝土收缩过大时，将发生开裂，对混凝土的承载能力和耐久性产生不利影响。正是考虑到这一点，现行混凝土结构施工技术规范才对一次性浇筑的混凝土结构尺寸进行限制。为了浇筑超出规范允许尺寸范围的大体积混凝土底板，发展了多种混凝土施工技术。最常用的是补偿收缩混凝土和大掺量矿物掺合料混凝土。
一、补偿收缩混凝土+膨胀加强带
补偿收缩混凝土是在普通混凝土配合比中，加入一定量的混凝土膨胀剂，在混凝土硬化过程中，产生一定量的体积膨胀，来补偿混凝土的温度收缩与化学收缩，从而避免混凝土结构开裂。目前常用的混凝土膨胀剂有硫铝酸盐型膨胀剂，硫铝酸盐与氧化钙复合型膨胀剂两种。
按照《补偿收缩混凝土应用技术规程》JGJ／T178的规定，使用补偿收缩混凝土浇筑超长结构时，应使用普通补偿收缩混凝土+膨胀加强带的结构形式。普通补偿收缩混凝土含有胶凝材料总量8～12%的膨胀剂，其在水中养护14d后的限制膨胀率≥0.015%；水中养护14d转入空气中养护28d后的限制膨胀率≥-0.030%。膨胀加强带混凝土含有胶凝材料总量13～14%的膨胀剂，其在水中养护14d后的限制膨胀率≥0.025%；水中养护14d转入空气中养护28d后的限制膨胀率≥-0.020%。在板厚小于1.5m，板长不超过60m～120m时，混凝土可连续浇筑，每隔30m～60m设置一道2m宽的膨胀加强带。板厚大于1.5m或板长大于120m时，膨胀加强带仍需后浇。
采用上述技术路线，成功地浇筑了许多大体积混凝土底板，施工质量良好。但是补偿收缩混凝土需掺加膨胀剂，其成本较高；需要使用两种不同的混凝土，搅拌站生产与运输需要精确调度；在结构中要增设分隔用的钢板网，浇筑后应保证充分的湿养护，施工过程较为复杂。补偿收缩混凝土的限制膨胀率均是在试验室内标准条件下用小试件测定，而在实际结构中，湿度与温度条件变化很大，结构内部各处的约束条件也不同，所以补偿收缩混凝土的表现可能与试验室内的测定结果相差很大。膨胀剂主要补偿混凝土的温度收缩和干燥收缩。在大体积高强混凝土结构中，由于表面积与体积之比小，干燥收缩并不是一个严重的问题，而自身收缩却很大。但现在市售的膨胀剂不能有效地补偿混凝土在水化早期发生的自身收缩。目前广泛使用的硫铝酸盐型膨胀剂，主要的水化产物是钙矾石，其分解温度为70℃～80℃。对于厚度超过1m的大体积底板, 混凝土内部的温度常会超过70℃，存在钙矾石分解的危险。硫铝酸盐型膨胀剂需要充分的水养护才能发挥作用。但大体积混凝土芯部在浇筑后处于近似绝湿状态，不能进行充分的水养护。硫铝酸盐型膨胀剂在30℃～40℃水化时，膨胀能力最大，超过50℃，膨胀能力开始下降，60℃以上膨胀能力就很低了。所以对于内部温升较大的厚大结构，补偿收缩混凝土的补偿收缩作用小，有时甚至起不到应有作用。膨胀剂只要掺加进混凝土拌合物，就不能对其掺量和品质进行检验。施工单位不具备检测补偿收缩混凝土的最主要性能之一：补偿收缩能力的条件，只能根据膨胀剂生产厂家的介绍选用。这样就给使用假冒伪劣的膨胀剂或减少膨胀剂掺量留下漏洞。
由于补偿收缩混凝土性能的影响因素众多，实际应用效果难于预测。虽然有大量成功案例，但也有许多失败的案例。对于膨胀剂的作用和补偿收缩混凝土的合适用途，目前学术界与工程界争论很大。对于补偿收缩混凝土应用的成功案例，不禁要问，如果不使用补偿收缩混凝土，是否也能达到同样的效果。在一些工程中，就改变了原设计方案，不使用补偿收缩混凝土，改用了大掺量矿物掺合料混凝土，实际效果也很好。
二、大掺量矿物掺合料混凝土
大掺量矿物掺合料混凝土是指所用胶凝材料中的矿物掺合料的比例在40%以上的混凝土。对于大体积混凝土，通常用粉煤灰，有时也复合使用粉煤灰和磨细矿渣粉。大掺量矿物掺合料混凝土配合比设计特点是低水胶比、高胶凝材料用量、低水泥用量。其性能特点为：早期强度发展慢，后期强度稍低；干缩较大，抗碳化性能稍差；水化温升值和温升速率较低。由于矿物掺合料的水化反应受温度影响很大，混凝土结构内部水泥的水化放热可促进其反应加速，性能提高。所以大掺量矿物掺合料混凝土，特别是大掺量粉煤灰混凝土在实际结构内的性能要优于小试件。
限制大掺量矿物掺合料混凝土，特别是大掺量粉煤灰混凝土广泛应用的不利因素主要有两个。一是早期强度发展慢，这是施工方最为看重的一点；二是耐久性令人担心，主要是抗碳化性能不好。这两点对于需要快速拆模，长期暴露于空气中的上部结构，特别是承受弯曲荷载的构件，确实是不利因素；但是对于强度发展速率要求不高的底板来说，使用水化缓慢的大掺量矿物掺合料混凝土，可延缓结构内部温升速率，降低温升值，有利于降低温度收缩。大掺量矿物掺合料混凝土后期强度稳步发展，最终强度并不低。底板的荷载是缓步增加的，可以充分利用大掺量矿物掺合料混凝土的后期强度。现在许多工程的大体积混凝土底板都采用60d，甚至90d作为强度验收龄期。这些都很有利于控制大体积混凝土结构的开裂风险。大体积混凝土底板埋在地下，没有暴露面，不存在碳化问题；研究结果表明，即使是粉煤灰掺量50%的大掺量粉煤灰混凝土，在湿养护4a后，虽然粉煤灰的反应程度已经很高了，硬化胶凝材料浆体中仍有大量Ca(OH)2存在，能保持浆体孔溶液的pH值在12.5以上，碳化风险与普通混凝土相当。为了达到相同强度等级，大掺量矿物掺合料混凝土的水胶比更低，其结构致密性很好，有利于改善抗渗性。因此充分水化的大掺量矿物掺合料混凝土的耐久性令人满意。
表1为一些超高层建筑底板的混凝土配合比。这些底板最薄4m，最厚12m；混凝土大多采用60d强度验收。对于C40强度等级的混凝土，PO42.5普通硅酸盐水泥的用量最少只有200(kg/m3），远低于现行规范要求的最低水泥用量。工程完工数年，性能良好，无开裂。
表1 一些超高层建筑底板的混凝土配合比
表1所列国贸三期A塔楼基础底板所用大掺量粉煤灰混凝土，测定其绝热温升，其最大绝热温升仅43℃，主体部分一次连续浇注混凝土18000余m3。实体结构测温结果显示，顶部混凝土温峰约为55～60℃，底部混凝土温峰60～65℃，中部温峰最高约为75℃，绝大部分测温点温差在25℃以内，大大低于设计提出的最高温度不超过85℃的要求。在标准（20℃，RH≥95%）条件下养护的混凝土试件，60d强度达到57.9MPa，满足验收条件。在按照结构内部温度升高曲线调整养护箱内温度的温度匹配养护条件下养护的混凝土试件，由于结构内部高温环境激发了粉煤灰的火山灰活性，使其水化反应提前，程度增加，其早期强度迅速增长，各龄期强度都远高于标准条件养护的试件的强度（图1）。
图1 不同养护条件下大掺量粉煤灰混凝土的强度发展
三、结论
补偿收缩混凝土+膨胀加强带的技术路线配制的混凝土性能难于控制，施工工艺复杂，造价高，不建议在厚大的混凝土底板中使用。
大掺量矿物掺合料混凝土，特别是大掺量粉煤灰混凝土，水化温升低，强度发展满足要求，适用于大体积混凝土底板。大掺量矿物掺合料混凝土可改善结构抗开裂性，简化混凝土生产控制，降低工程成本。这种混凝土水泥用量少，大量利用工业废渣，减少CO2排放量，增加混凝土的绿色度！
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