大體積砼的裂縫控制

陳 明

（重慶水利電力職業技術學院 中國 重慶 402160）

砼結構的裂縫是一個帶普遍性的技術問題，雖然結構設計是建立在強度的極限承載力基礎上的，但大多數工程的使用標準仍是由裂縫寬度控制的。

1 大體積砼裂縫分析

大體積砼施工常見的質量問題是溫度裂縫。砼隨著溫度變化而發生膨脹收縮，成為溫度變形。對于大體積砼施工階段來講，裂縫是由于砼溫度變形而引起的。

大體積砼產生溫度裂縫，是其內部矛盾發展的結果。矛盾的一方面是溫度變化引起的應力和應變，另一方面是砼本身的強度和抵抗變形的能力。砼內部溫度變化產生變形受到砼內部和外部的約束后，將產生很大應力。這是導致砼產生裂縫的主要原因。分述如下：

水泥水化熱是大體積砼中主要溫度因素。砼在硬結過程中，由于水泥的水花作用在初始幾天產生大量的水化熱，砼溫度升高。由于砼導熱不良，體積較大，相對散熱較小，因此形成熱量的積聚，內部水化熱不易散失，外部砼散熱較快，水化熱溫升隨著板厚度的增加而增加，砼形成一定的溫度梯度，無論溫升階段，還是溫降階段，砼中心溫度總是高于砼表面溫度。根據熱脹冷縮的原理，中心部分砼膨脹速率比表面砼大。因此，砼中心與表面各質點間的內約束以及來自地基及其它外部邊界約束的共同作用，使得砼內部產生壓應力，砼表面產生拉應力。當溫度梯度大到一定程度時，表面拉應力超過砼的極限抗拉強度，砼表面就會產生裂縫。在升溫階段，砼未充分硬化，彈性模量小，因此拉應力較小，只會引起砼表面裂縫。

隨著水泥水化反應的結束及砼的不斷散熱，大體積砼由升溫階段過渡到降溫階段。溫度降低，砼體積收縮。由于砼內部熱量是通過表面向外散發，降溫階段砼中心部分與表面部分的冷縮程度不同，在砼內部產生較大的內約束，同時地基與便捷條件也對收縮的砼產生較大的外束，內外約束的作用，使得收縮的砼產生拉應力，隨著砼的齡期增長，抗拉強度 Rf（t）增大，彈性模量 E（t）增高，徐變影響減小。 因此降溫收縮產生的拉應力σ（t）較大，易在砼中心部位形成較高拉應力區，若此時的砼拉應力σ（t）大于砼此齡期的抗拉強度Rf（t），則大體積砼產生貫穿裂縫。

圖1 抗拉強度及應力變化時間關系曲線

大體積砼從澆筑到設計強度R為止，砼的抗拉強度Rf與引起砼開裂的溫度應力σ是隨著時間變化而變化的，是以時間t為自變量的函數，即 Rf（t）、σ（t）。 當溫度應力 σ2（t）大于砼此齡期的抗拉強度 Rf（t），則砼產生裂縫，裂縫出現在 σ2（t）＞Rf（t）的受拉砼處。 如果通過合理措施控制砼拉應力σ1（t）一直小于砼此齡期抗拉強度Rf（t），就能保證此砼不會產生溫度裂縫。見圖1所示。

2 大體積砼裂縫的控制技術

2.1 砼原材料選用的控制

1）水泥

水泥水化熱是大體積砼的主要溫度因素，因此在選擇水泥時，應優先考慮選擇水化熱低、凝結時間長、收縮小、具有微膨脹的水泥，因為這種水泥在水化膨脹期（1-5d）可產生一定的預壓應力，而在水化后期預壓應力部分抵消溫度徐變應力，減少砼內的拉應力，提高砼的抗裂能力。一般采用品質穩定強度等級符合要求的低堿硅酸鹽水泥或低堿普通硅酸鹽水泥。

2）細骨料

細骨料應選用級配合理、質地均勻堅固、吸水率低、孔隙率小的潔凈天然河砂，不宜選用人工砂、山砂及海砂。砂的平均粒徑宜大于0.5毫米，含泥量不大于5%。選用平均粒徑較大的中、粗砂拌制的砼比采用細砂拌制的砼可減少用水量10%左右，同時相應減少水泥用量，使水泥水化熱減少，降低砼溫升，從而減少砼收縮。

3）粗骨料

粗骨料應選用級配合理、粒形良好、質地均勻堅固、線膨脹系數小的潔凈碎石，也可采用碎卵石，不宜采用砂巖碎石。粗骨料的最大公稱粒徑不宜超過鋼筋砼保護層厚度的2/3，且不得超過鋼筋最小間距的3/4，一般在粒徑5-25毫米之間，含泥量不大于1%。選用粒徑較大、級配良好的石子配制的砼，和易性較好，抗壓強度較高，同時可以減少用水量及水泥用量，從而使水泥水化熱減少，降低砼溫升。

4）外加劑

在砼中摻高效外加劑，可以改變水泥漿體的流變性能，改變水泥及砼結構，對砼收縮有補償功能，起到改善砼性能的作用。宜選用減水率高、坍落度損失小、適量引氣、摻量低、與低堿水泥適應性好的外加劑，適量的外加劑能夠大大改善砼拌和物的經時損失，延緩砼溫升峰值的出現的時間，減小砼的收縮，提高砼的抗裂性。

5）水

盡可能減少水的用量。水對砼具有雙重作用，水化反應離不開水的存在，但多余水貯存于砼體內，不僅會對砼的凝膠體結構和骨料與凝膠體間的界面過度區相的結構發展帶來影響，而且一旦這些水分損失后，凝膠體體積會收縮，如果收縮產生的內應力超過界面過度區相的抗力，就有可能在此界面區產生微裂縫，降低砼內部抵抗拉應力的能力。

砼拌合用水采用潔凈的自來水或符合要求的井水，不得采用海水拌合或養護砼。

2.2 砼澆筑過程的控制

澆注前，對模板、鋼筋和預埋件進行檢查，模板內的雜物、積水和鋼筋上的污垢必須清理干凈。砼澆筑時，為防止砼離析其自由傾落高度不得超過2.0m，砼從汽車泵中直接輸送澆筑時，砼出口到已澆筑砼面的距離宜為50cm左右。

砼澆筑方法采用整體分層連續澆筑，不留施工縫，分層厚度為30-50cm。為了使砼不出現冷縫，前后澆筑砼間隔時間控制在2小時以內。

砼振搗人員要由有豐富的砼施工經驗的專業人員操作，保證砼的施工質量，做到內實外光。振搗時采用插入式振搗器，垂直振搗，振搗器插入下層砼5-10cm，移動間距不超過振動器作用半徑的1.5倍，與側模保持5-10cm距離；每一層振動完畢后邊振動邊徐徐提出振動棒，避免振動棒碰撞模板、鋼筋及其它預埋件。對每一振動部位，必須振動到該部位砼密實為止，密實的標志是砼停止下沉、不再冒出氣泡、表面呈現平坦、泛漿。

澆筑砼面出現泌水時，應及時排出，同時澆筑面四周比中間高，泌水往砼中間集中。

澆筑時必須有專人監護模板、鋼筋、預埋件是否變化，如發現變形、位移時，立即停止澆筑，并在已澆筑的砼初凝前修好。

3 結語

大體積砼凝結硬化過程中釋放的大量水化熱，致使大體積砼水化熱過大或內外溫差過大，產生溫度應力，造成大體積砼的開裂。有效的施工技術措施是可以控制大體積砼裂縫產生的，從而提高工程質量，保證建筑使用的安全性與穩定性。

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