大體積砼的裂縫控制

劉海

摘要：解決大體積砼現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)經(jīng)常出現(xiàn)的問題，不是處理力學(xué)上的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，而是控制砼溫度變形裂縫，從而提高砼的抗?jié)B、抗裂和抗侵蝕性能，進(jìn)而提高建筑結(jié)構(gòu)的耐久性。文中通過分析大體積砼裂縫的產(chǎn)生原因，說明了控制裂縫的措施。

關(guān)鍵詞：公路；大體積砼；結(jié)構(gòu)強(qiáng)度； 裂縫控制

大體積砼，是指澆筑砼結(jié)構(gòu)物中實體最小尺寸大于1m，或預(yù)計會因水泥水化熱引起砼內(nèi)外溫差過大而導(dǎo)致裂縫的砼。大體積砼的共同特征：結(jié)構(gòu)厚實，砼量大，工程條件復(fù)雜，施工技術(shù)要求高；水泥水化熱使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生溫度和收縮變形。應(yīng)采取相應(yīng)的措施，盡可能減少溫度變形引起的開裂。

1大體積現(xiàn)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(xiàn)的集料與水泥石粘結(jié)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(kuò)展和增加的結(jié)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(dǎo)致砼中產(chǎn)生表面裂縫和貫通裂縫。（1）表面裂縫。由于砼表面和內(nèi)部的散熱條件不同，溫度外低內(nèi)高形成溫度梯度，使砼內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，表面拉應(yīng)力超過砼抗拉強(qiáng)度時便會產(chǎn)生表面裂縫。（2）貫通裂縫。由于大體積砼內(nèi)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(jié)構(gòu)邊界條件約束下產(chǎn)生拉應(yīng)力。當(dāng)該拉應(yīng)力超過砼抗拉強(qiáng)度時，就可能產(chǎn)生貫通整個截面的裂縫。

2砼裂縫的產(chǎn)生原因和控制

2.1砼結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的主要原因。（1）由外荷載（靜、動荷載）的直接應(yīng)力（即按常規(guī)計算的主要應(yīng)力）引起裂縫；（2）結(jié)構(gòu)次應(yīng)力引起裂縫，這是由于結(jié)構(gòu)的實際受力狀態(tài)與計算假定模型的差異引起的；（3）變形應(yīng)力引起裂縫，主要由溫度、收縮、膨脹、不均勻沉降等引起的結(jié)構(gòu)變形受到約束所產(chǎn)生的應(yīng)力超過了砼的抗拉強(qiáng)度時產(chǎn)生裂縫。以上劃分并沒有嚴(yán)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(qū)別和判斷裂縫是由外荷載引起的，還是由于結(jié)構(gòu)變化引起的。

2.2大體積砼結(jié)構(gòu)施工中裂縫控制的出發(fā)點。砼隨著溫度的變化而發(fā)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(chǎn)生的溫度裂縫，是其內(nèi)部矛盾發(fā)展的結(jié)果。一方面是砼由于內(nèi)外溫差而產(chǎn)生應(yīng)力和應(yīng)變，另一方面是結(jié)構(gòu)物的外部約束和砼各質(zhì)點間的約束，應(yīng)阻止這種應(yīng)變。一旦溫度應(yīng)力超過砼能承受的抗拉強(qiáng)度時，即會出現(xiàn)裂縫。這種裂縫一般雖不會影響結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，但卻對結(jié)構(gòu)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(guān)系。各種結(jié)構(gòu)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(nèi)約束（亦稱自約束）。外約束指構(gòu)造物的邊界條件，一般指支座或其他外界因素對結(jié)構(gòu)物變形的約束；內(nèi)約束指較大斷面的結(jié)構(gòu)，由于內(nèi)部非均勻的溫度及收縮分布，各質(zhì)點變形不均勻而產(chǎn)生的相互約束。具有大斷面的結(jié)構(gòu)，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(chǎn)生變形，而這種變形又受到約束，便產(chǎn)生了應(yīng)力，這就是溫度變化引起的應(yīng)力狀態(tài)。當(dāng)應(yīng)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(nèi)部砼的溫度梯度，這對大體積砼是極為不利的。砼內(nèi)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(yīng)力則是由溫差所引起的溫度變形造成的。溫差愈大，溫度應(yīng)力也愈大。同時，在高溫條件下，大體積砼不易散熱，砼內(nèi)部的最高溫度一般可達(dá)60~70 e，并且有較長的延續(xù)時間（與結(jié)構(gòu)尺寸和澆筑的塊體厚度等有關(guān)）。在這種情況下，合理的溫度控制措施對防止砼內(nèi)外溫差引起的過大溫度應(yīng)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(fā)掉。而這些多余水分的蒸發(fā)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(fā)展。如果砼收縮后再處于水飽和狀態(tài)，還可以恢復(fù)膨脹，幾乎達(dá)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(shè)計強(qiáng)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(shù)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(xì)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(qiáng)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(bǔ)償收縮，減少溫度與收縮裂縫的出現(xiàn)。

2.3.2選擇施工方法。（1）水平分層法：分幾個薄層進(jìn)行砼的澆筑，以使砼的水化熱能盡快散失，并使?jié)仓蟮捻艤囟确植季鶆颉＃?）降溫法和保溫法：在夏季施工時，應(yīng)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(qiáng)施工中的溫度控制。（1）加強(qiáng)溫度監(jiān)測與管理，內(nèi)外溫差、基面溫差和基底溫差控制在20 e 以內(nèi)。（2）采取長時間的保養(yǎng)，規(guī)定合理的拆模時間，延緩降溫時間和速度，充分發(fā)揮砼的應(yīng)力松弛效應(yīng)。

2.3.4改善砼構(gòu)件的約束條件。（1）設(shè)置永久性伸縮縫。將超長的現(xiàn)澆鋼筋砼構(gòu)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(yīng)力。（2）設(shè)置后澆帶和施工縫。合理設(shè)置水平或者垂直施工縫，或者在適當(dāng)位置設(shè)置施工后澆帶，以削減溫度應(yīng)力，同時有利于散熱，降低砼內(nèi)部溫度。（3）設(shè)置滑動墊層。在墊層砼上先鋪一層低強(qiáng)度水泥砂漿，以降低新舊砼之間的約束力。

3結(jié)語

綜上所述，在大體積砼工程中，僅僅根據(jù)砼內(nèi)部最高溫度和內(nèi)外溫差來控制砼的質(zhì)量是不全面的，還應(yīng)考慮溫度應(yīng)力的影響。而溫度應(yīng)力的大小，又涉及到構(gòu)筑物的平面尺寸、澆筑高度、基礎(chǔ)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(yīng)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(chǎn)生。大體積砼結(jié)構(gòu)的開裂問題，是這種結(jié)構(gòu)工程的一種通病，各種大體積砼的工況條件復(fù)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(jìn)行了長期的探索，也取得了一定的效果，但是在已經(jīng)澆筑成型的砼結(jié)構(gòu)上仍然會出現(xiàn)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(jìn)行新的探索。