利用砼的松弛特性来控制大体积砼裂缝

韩雪峰

摘 要：大体积砼施工裂缝控制措施，利用砼的松弛特性来控制砼贯穿性有害裂缝发生。

关键词：大体积砼；砼松弛特性；裂缝控制

1 引言

大同二电厂二期扩建2×600MW机组锅炉基础为柱下板式基础，基础底板面积3717m2，底板厚2.7m， 砼方量为10036m3，设计强度等级C30，砼需一次浇筑，不留施工缝，基础埋深为 -6.0m， 坐落在第Ⅱ层沙土上。

2 控制砼产生裂缝的几项措施

锅炉基础厚度为2.7m，砼方量為1万多方，属大体积砼施工。大体积砼施工主要是控制温度裂缝，砼温度裂缝分内约束裂缝和外约束裂缝，在施工中控制砼内外温差小于《规范》规定的25℃，防止由于内约束引起表面裂缝，同时主要控制砼缓慢降温和收缩，充分发挥砼的松弛特性，减小砼外约束应力，使其小于砼的抗拉强度，防止砼产生贯彻性的有害裂缝。

2.1 优化配比设计，降低砼内部温升

砼设计为C30，在征得设计院同意后用R60d代替R28d强度，降低水泥用量，同时，在砼中采用“双掺”技术，掺15%粉煤灰代替部分水泥，掺2%UNF-3B（山西黄河化工厂产）的高效减水剂，延长砼的缓凝时间（经实验室试配砼缓凝时间为5～7小时），满足砼浇筑时使用条件。锅炉基础C30砼配比（单方用量）水泥：348㎏、砂744㎏、石子1117㎏、粉煤灰92㎏、水180㎏、UNF-3B高效减水剂8.8㎏。

2.2 控制砼入模温度

锅炉基础砼浇筑在10月份初进行，当时气温较低，平均气温在12℃左右，根据热工计算，砼入模温度为21℃-24℃，为进一步降低砼入模温度，对进厂的水泥提前与生产厂家联系，建立水泥储存罐，降低水泥进厂温度。 因施工时所用水泥为散装水泥，其温度达60℃-90℃，根据计算，水泥温度每升高10℃，入模温度提高1℃，通过降低水泥温度，可使砼入模温度降低5℃-6℃，保证了较低的砼入模温度（Tλ在18℃-16℃）。

2.3 材料方面

水泥采用大同新龙水泥厂生产的32.5矿渣硅酸盐水泥，矿渣硅酸盐水泥不仅水化热低而且其自身收缩为膨胀变形，尽管变形不大，但对砼的抗裂是有益的。粉煤灰采用神头电厂的Ⅰ级粉煤灰，掺和15%的粉煤灰不仅可以节约水泥，降低水化热（约15%左右），同时可改善砼质量，增加砼的抗裂性能，砂、石子都采用当地的中砂和0.5cm～3㎝的碎石，主要控制砂、石子的含泥量（砂的含泥量严格控制<3%、石子的含泥量<1%），提高砼抗拉强度。

2.4 施工工艺

砼浇筑采用斜面分层，薄层浇筑（约300mm～400mm一层）一次到顶的浇筑方法，在不留施工冷缝的前提下尽量加大砼的散热面积。砼振捣采用二次振捣技术，在浇筑下一层砼时，对上层砼进行二次振捣，增加砼的密实度，减小砼内部裂缝和提高砼的强度。对于砼分层浇筑时灰浆较多的部位投入同配比相同的石子再进行振捣，砼表面用刮杠刮平，木抹子搓平后，再用铁抹子压光，以消除砼表面裂缝。

2.5 增加表面抗裂钢筋网片

锅炉基础设计时在中间设φ20@600双向两层温度筋，防止裂缝的产生，在施工时表面又增设φ10@150的抗裂钢筋网片，防止砼表面裂缝产生。

2.6 加强砼的保湿保温养护

砼浇筑的前5天为砼升温阶段，此时砼内部为压应力，不会产生裂缝，加强保湿养护，侧面用竹胶模板支设，保湿效果好，表面有塑料布一层紧贴砼表面覆盖，防止砼水份蒸发，盖麻袋两层保湿养护，根据测温砼5天后开始升温 ，应加强保湿养护 ， 侧面及加表面用δ=60mm厚的岩棉被覆盖，外侧裹塑料布一层覆盖。

通过上述措施，根据现场实测，砼入模温度T1=14-18℃，砼5天后达到最高温度62℃，砼最高温升T2=62-16℃=46℃，与理论计算基本相符，T1理论=WQ/Cr=348×334×103/2400×0.96×103=50.4×0.91=46℃（考虑0.91的散热系数） ， 5天后砼开始降温，降温速率0.7-1℃/d。

3 利用砼的松弛特性控制砼由于温差和收缩产生贯穿性裂缝

砼不是一种简单的脆性材料，它具有流变特性，如果尽力降低荷载速度（或降低约束变形速度）它的极限拉伸强度可以提高1-3倍，在大体积砼裂缝控制中求得的最大应力乘以松弛系数H（t，τi ） [即松弛应力与弹性应力σx（τi ）之比值]反映这一性质，忽略龄期影响，松弛系数与发生约束变形后经历的时间t 的关系可按表1取值。

锅炉基础施工在10月份进行，砼浇筑完毕进入冬期施工，根据进度计划不再进行其他结构施工，故对侧面虚填土保温养护，上面继续覆盖好保温材料保温，使砼缓慢降温，缓慢地收缩，充分发挥砼的应力松弛特性，即利用“时间控制裂缝”。

（1）锅炉基础中心砼60天的测温记录。

（2）砼60天的实际测温曲线见下图。

（3）砼60天最大温度应力计算。

①温差T′=T1+T2-T3=62-24=38℃

②二个月（60天）收缩值：

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

收缩应力温差：T″=ξy/σ=1.46×10-4/10×10-6=14.6℃

总降值差：T=T′+ T″= -（38+14.6）= -52.6℃

③验算基础第60天最拉应力：

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

（由于保温较好，砼缓慢降温，应力松弛系数取0.3）

从上面计算及实测结果可知：砼缓慢降温和收缩，充分发挥砼的应力松弛特性，是控制大体积砼产生贯穿性裂缝的有效措施。

参考文献：

[1] 王铁梦.工程结构裂缝控制[M].北京：中国建筑工业出版社出版.