大體積砼的裂縫控制

劉海

摘要：解決大體積砼現澆結構經常出現的問題，不是處理力學上的結構強度，而是控制砼溫度變形裂縫，從而提高砼的抗滲、抗裂和抗侵蝕性能，進而提高建筑結構的耐久性。文中通過分析大體積砼裂縫的產生原因，說明了控制裂縫的措施。

關鍵詞：公路；大體積砼；結構強度； 裂縫控制

大體積砼，是指澆筑砼結構物中實體最小尺寸大于1m，或預計會因水泥水化熱引起砼內外溫差過大而導致裂縫的砼。大體積砼的共同特征：結構厚實，砼量大，工程條件復雜，施工技術要求高；水泥水化熱使結構產生溫度和收縮變形。應采取相應的措施，盡可能減少溫度變形引起的開裂。

1大體積現澆砼裂縫分類

1.1微觀裂縫微觀裂縫指那些肉眼不可見的裂縫，寬度一般在0. 05mm 以下，主要有3 種：沿著集料周圍出現的集料與水泥石粘結面上的裂縫，主要存在于粗骨料周圍，稱之為粘著裂縫；分布于集料之間水泥漿中的水泥石裂縫；集料本身的骨料裂縫。

1.2宏觀裂縫寬度不小于0. 05mm、肉眼可見的裂縫稱為宏觀裂縫，它是微觀裂縫擴展和增加的結果。在大體積砼中，水泥水化熱造成的溫度變化和收縮作用會導致砼中產生表面裂縫和貫通裂縫。（1）表面裂縫。由于砼表面和內部的散熱條件不同，溫度外低內高形成溫度梯度，使砼內部產生壓應力，表面產生拉應力，表面拉應力超過砼抗拉強度時便會產生表面裂縫。（2）貫通裂縫。由于大體積砼內部水泥水化到一定程度后，砼逐漸降溫，加之砼失水引起體積收縮變形，在低級和其他結構邊界條件約束下產生拉應力。當該拉應力超過砼抗拉強度時，就可能產生貫通整個截面的裂縫。

2砼裂縫的產生原因和控制

2.1砼結構裂縫產生的主要原因。（1）由外荷載（靜、動荷載）的直接應力（即按常規計算的主要應力）引起裂縫；（2）結構次應力引起裂縫，這是由于結構的實際受力狀態與計算假定模型的差異引起的；（3）變形應力引起裂縫，主要由溫度、收縮、膨脹、不均勻沉降等引起的結構變形受到約束所產生的應力超過了砼的抗拉強度時產生裂縫。以上劃分并沒有嚴格的界限，因為許多工程裂縫的起因往往是綜合性的。重要的是必須區別和判斷裂縫是由外荷載引起的，還是由于結構變化引起的。

2.2大體積砼結構施工中裂縫控制的出發點。砼隨著溫度的變化而發生膨脹與收縮，稱為溫度變形。對于大體積砼施工階段來說，由溫度變形而引起的裂縫，可稱為初始裂縫或早期裂縫。大體積砼施工階段所產生的溫度裂縫，是其內部矛盾發展的結果。一方面是砼由于內外溫差而產生應力和應變，另一方面是結構物的外部約束和砼各質點間的約束，應阻止這種應變。一旦溫度應力超過砼能承受的抗拉強度時，即會出現裂縫。這種裂縫一般雖不會影響結構的強度，但卻對結構的耐久性有所影響。因此，必須予以重視和加以控制。

2.2.1約束條件和裂縫的關系。各種結構物在變形變化中，必然會受到一定的約束或抑制而阻礙變形，這就是約束條件。約束一般可概括為兩類，即外約束和內約束（亦稱自約束）。外約束指構造物的邊界條件，一般指支座或其他外界因素對結構物變形的約束；內約束指較大斷面的結構，由于內部非均勻的溫度及收縮分布，各質點變形不均勻而產生的相互約束。具有大斷面的結構，其變形還可能受到其他物體的宏觀約束。大體積砼由于溫度變化會產生變形，而這種變形又受到約束，便產生了應力，這就是溫度變化引起的應力狀態。當應力超過某一值時，便引起裂縫。

2.2.2外界溫度變化。外界氣溫對施工階段大體積砼的影響是顯而易見的。因為外界氣溫愈高，砼的澆筑溫度也愈高；如外界溫度下降，又增加砼的降溫幅度，特別是氣溫驟降，會大大增加外層砼與內部砼的溫度梯度，這對大體積砼是極為不利的。砼內部溫度是澆筑溫度、水泥水化熱的絕熱溫度和砼的散熱溫降等的疊加，而溫度應力則是由溫差所引起的溫度變形造成的。溫差愈大，溫度應力也愈大。同時，在高溫條件下，大體積砼不易散熱，砼內部的最高溫度一般可達60~70 e，并且有較長的延續時間（與結構尺寸和澆筑的塊體厚度等有關）。在這種情況下，合理的溫度控制措施對防止砼內外溫差引起的過大溫度應力顯得更為重要。

2.2.3砼的收縮變形。砼的拌和水中，只有約20% 的水分是水泥水化所必需的，其余80% 的水分要被蒸發掉。而這些多余水分的蒸發會引起砼的體積收縮（干縮），這種收縮變形不受約束條件的影響。若有約束，即可引起砼開裂，并隨齡期的增加而發展。如果砼收縮后再處于水飽和狀態，還可以恢復膨脹，幾乎達到原有的體積。干濕交替將引起砼體積的交替變化，這對砼很不利。

2.3裂縫控制方法

2.3.1選擇材料。（1）水泥：選用水化熱低和安定性好的水泥，并在滿足設計強度要求的前提下，盡可能減少水泥用量，以減少水泥水化熱。（2）骨料：盡量選用粒徑較大、級配較好的粗集料，在無筋或者少筋的砼中摻加一定數量的毛石，控制石子、砂子的含泥量，分別不超過1% 和3%。（3）外加劑：摻加少量磨細的粉煤灰和減水劑，以減少水泥用量；摻加緩凝劑，減緩砼的澆筑速度和澆筑強度，以利于水泥散熱；摻入適量的微膨脹劑或膨脹水泥，使砼得到補償收縮，減少溫度與收縮裂縫的出現。

2.3.2選擇施工方法。（1）水平分層法：分幾個薄層進行砼的澆筑，以使砼的水化熱能盡快散失，并使澆筑后的砼溫度分布均勻。（2）降溫法和保溫法：在夏季施工時，應盡量避開炎熱的天氣，并用降溫法施工；冬季則采用保溫法施工，利用保溫材料防止冷空氣侵襲。

2.3.3加強施工中的溫度控制。（1）加強溫度監測與管理，內外溫差、基面溫差和基底溫差控制在20 e 以內。（2）采取長時間的保養，規定合理的拆模時間，延緩降溫時間和速度，充分發揮砼的應力松弛效應。

2.3.4改善砼構件的約束條件。（1）設置永久性伸縮縫。將超長的現澆鋼筋砼構件分成若干段，減少約束體與被約束體之間的相互約束作用，以釋放大部分變形，減小約束應力。（2）設置后澆帶和施工縫。合理設置水平或者垂直施工縫，或者在適當位置設置施工后澆帶，以削減溫度應力，同時有利于散熱，降低砼內部溫度。（3）設置滑動墊層。在墊層砼上先鋪一層低強度水泥砂漿，以降低新舊砼之間的約束力。

3結語

綜上所述，在大體積砼工程中，僅僅根據砼內部最高溫度和內外溫差來控制砼的質量是不全面的，還應考慮溫度應力的影響。而溫度應力的大小，又涉及到構筑物的平面尺寸、澆筑高度、基礎約束條件甚至砼的各種組成材料特性等多種因素。因此，在建筑工程中，必須采用/ 溫差- 溫度應力雙控的辦法，綜合考慮各種因素，才能在一定程度上減少砼裂縫的產生。大體積砼結構的開裂問題，是這種結構工程的一種通病，各種大體積砼的工況條件復雜，目前還沒有找到一種有效的方法徹底解決這一問題。雖然在實際工程中進行了長期的探索，也取得了一定的效果，但是在已經澆筑成型的砼結構上仍然會出現這樣或那樣的裂縫，在今后的工程實踐中仍然需要付出不懈的努力，不斷進行新的探索。