利用砼的松弛特性來控制大體積砼裂縫

韓雪峰

摘 要：大體積砼施工裂縫控制措施，利用砼的松弛特性來控制砼貫穿性有害裂縫發生。

關鍵詞：大體積砼；砼松弛特性；裂縫控制

1 引言

大同二電廠二期擴建2×600MW機組鍋爐基礎為柱下板式基礎，基礎底板面積3717m2，底板厚2.7m， 砼方量為10036m3，設計強度等級C30，砼需一次澆筑，不留施工縫，基礎埋深為 -6.0m， 坐落在第Ⅱ層沙土上。

2 控制砼產生裂縫的幾項措施

鍋爐基礎厚度為2.7m，砼方量為1萬多方，屬大體積砼施工。大體積砼施工主要是控制溫度裂縫，砼溫度裂縫分內約束裂縫和外約束裂縫，在施工中控制砼內外溫差小于《規范》規定的25℃，防止由于內約束引起表面裂縫，同時主要控制砼緩慢降溫和收縮，充分發揮砼的松弛特性，減小砼外約束應力，使其小于砼的抗拉強度，防止砼產生貫徹性的有害裂縫。

2.1 優化配比設計，降低砼內部溫升

砼設計為C30，在征得設計院同意后用R60d代替R28d強度，降低水泥用量，同時，在砼中采用“雙摻”技術，摻15%粉煤灰代替部分水泥，摻2%UNF-3B（山西黃河化工廠產）的高效減水劑，延長砼的緩凝時間（經實驗室試配砼緩凝時間為5～7小時），滿足砼澆筑時使用條件。鍋爐基礎C30砼配比（單方用量）水泥：348㎏、砂744㎏、石子1117㎏、粉煤灰92㎏、水180㎏、UNF-3B高效減水劑8.8㎏。

2.2 控制砼入模溫度

鍋爐基礎砼澆筑在10月份初進行，當時氣溫較低，平均氣溫在12℃左右，根據熱工計算，砼入模溫度為21℃-24℃，為進一步降低砼入模溫度，對進廠的水泥提前與生產廠家聯系，建立水泥儲存罐，降低水泥進廠溫度。 因施工時所用水泥為散裝水泥，其溫度達60℃-90℃，根據計算，水泥溫度每升高10℃，入模溫度提高1℃，通過降低水泥溫度，可使砼入模溫度降低5℃-6℃，保證了較低的砼入模溫度（Tλ在18℃-16℃）。

2.3 材料方面

水泥采用大同新龍水泥廠生產的32.5礦渣硅酸鹽水泥，礦渣硅酸鹽水泥不僅水化熱低而且其自身收縮為膨脹變形，盡管變形不大，但對砼的抗裂是有益的。粉煤灰采用神頭電廠的Ⅰ級粉煤灰，摻和15%的粉煤灰不僅可以節約水泥，降低水化熱（約15%左右），同時可改善砼質量，增加砼的抗裂性能，砂、石子都采用當地的中砂和0.5cm～3㎝的碎石，主要控制砂、石子的含泥量（砂的含泥量嚴格控制<3%、石子的含泥量<1%），提高砼抗拉強度。

2.4 施工工藝

砼澆筑采用斜面分層，薄層澆筑（約300mm～400mm一層）一次到頂的澆筑方法，在不留施工冷縫的前提下盡量加大砼的散熱面積。砼振搗采用二次振搗技術，在澆筑下一層砼時，對上層砼進行二次振搗，增加砼的密實度，減小砼內部裂縫和提高砼的強度。對于砼分層澆筑時灰漿較多的部位投入同配比相同的石子再進行振搗，砼表面用刮杠刮平，木抹子搓平后，再用鐵抹子壓光，以消除砼表面裂縫。

2.5 增加表面抗裂鋼筋網片

鍋爐基礎設計時在中間設φ20@600雙向兩層溫度筋，防止裂縫的產生，在施工時表面又增設φ10@150的抗裂鋼筋網片，防止砼表面裂縫產生。

2.6 加強砼的保濕保溫養護

砼澆筑的前5天為砼升溫階段，此時砼內部為壓應力，不會產生裂縫，加強保濕養護，側面用竹膠模板支設，保濕效果好，表面有塑料布一層緊貼砼表面覆蓋，防止砼水份蒸發，蓋麻袋兩層保濕養護，根據測溫砼5天后開始升溫 ，應加強保濕養護 ， 側面及加表面用δ=60mm厚的巖棉被覆蓋，外側裹塑料布一層覆蓋。

通過上述措施，根據現場實測，砼入模溫度T1=14-18℃，砼5天后達到最高溫度62℃，砼最高溫升T2=62-16℃=46℃，與理論計算基本相符，T1理論=WQ/Cr=348×334×103/2400×0.96×103=50.4×0.91=46℃（考慮0.91的散熱系數） ， 5天后砼開始降溫，降溫速率0.7-1℃/d。

3 利用砼的松弛特性控制砼由于溫差和收縮產生貫穿性裂縫

砼不是一種簡單的脆性材料，它具有流變特性，如果盡力降低荷載速度（或降低約束變形速度）它的極限拉伸強度可以提高1-3倍，在大體積砼裂縫控制中求得的最大應力乘以松弛系數H（t，τi ） [即松弛應力與彈性應力σx（τi ）之比值]反映這一性質，忽略齡期影響，松弛系數與發生約束變形后經歷的時間t 的關系可按表1取值。

鍋爐基礎施工在10月份進行，砼澆筑完畢進入冬期施工，根據進度計劃不再進行其他結構施工，故對側面虛填土保溫養護，上面繼續覆蓋好保溫材料保溫，使砼緩慢降溫，緩慢地收縮，充分發揮砼的應力松弛特性，即利用“時間控制裂縫”。

（1）鍋爐基礎中心砼60天的測溫記錄。

（2）砼60天的實際測溫曲線見下圖。

（3）砼60天最大溫度應力計算。

①溫差T′=T1+T2-T3=62-24=38℃

②二個月（60天）收縮值：

ξy=3.24×10-4×（1- e-0.01×60 ）=1.46×10-4

收縮應力溫差：T″=ξy/σ=1.46×10-4/10×10-6=14.6℃

總降值差：T=T′+ T″= -（38+14.6）= -52.6℃

③驗算基礎第60天最拉應力：

σ60max= -EσT（1-1/chβ0.5L）H（t，τ）

其中：

E（60）=E（0）（1-e-0.09×t）=2.6×104×（1-e-0.09×60）=2.58×104N/㎜2

σ=10×10-6

T= -52.6℃

ChβL/2=Ch√Cx//HE（t）·L/2

=Ch·67920/2√4×10-2/2700×2.58×104

=1.3495

σ60max=-2.58×104×10×10-6×（-52.6）×（1-1/1.3495）×0.3

=1.05Mp

（由于保溫較好，砼緩慢降溫，應力松弛系數取0.3）

從上面計算及實測結果可知：砼緩慢降溫和收縮，充分發揮砼的應力松弛特性，是控制大體積砼產生貫穿性裂縫的有效措施。

參考文獻：

[1] 王鐵夢.工程結構裂縫控制[M].北京：中國建筑工業出版社出版.