水工結(jié)構(gòu)大體積砼裂紋控制淺析

高紅成 范小培

摘 要：通過分析大體積砼產(chǎn)生裂紋的原因，根據(jù)已往工程施工經(jīng)驗(yàn)，對大體積砼裂紋防治，從環(huán)境、原材料、施工等環(huán)節(jié)提出預(yù)防控制措施。

關(guān)鍵詞：水工結(jié)構(gòu)；大體積砼；裂紋；控制措施

一、概述

大體積砼裂紋主要是由于砼水化熱使在砼強(qiáng)度增長的過程中，由于升溫膨脹、降溫收縮、濕度變化、自身和外界相關(guān)約束、外界環(huán)境等因素影響，砼抗拉平衡破壞，導(dǎo)致砼開裂，甚至產(chǎn)生貫穿型裂紋，影響砼構(gòu)件的結(jié)構(gòu)、耐久性及外觀質(zhì)量。

在我國《大體積砼施工規(guī)范》GB50496-2009里規(guī)定：砼結(jié)構(gòu)物實(shí)體最小幾何尺寸不小于1m的大體量砼，或預(yù)計(jì)會因砼中膠凝材料水化引起的溫度變化和收縮而導(dǎo)致有害裂縫產(chǎn)生的砼，稱之為大體積砼。

在水工結(jié)構(gòu)建筑構(gòu)建中，高樁碼頭的橫梁、縱梁，重力式碼頭的沉箱、重力塊等大部分結(jié)構(gòu)均為大體積砼。本文僅以施工過得神華電廠碼頭重件墩臺為例，對大體積砼裂紋產(chǎn)生的原因及技術(shù)措施進(jìn)行淺析，為以后水工項(xiàng)目大體積砼施工提供經(jīng)驗(yàn)。

二、砼裂紋產(chǎn)生的主要原因分析

1、溫度裂紋

大體積砼在其強(qiáng)度增長過程中，由于水泥水化熱的作用，內(nèi)部溫度不斷升高，加之砼導(dǎo)熱性能差，表面溫度較低，內(nèi)部膨脹，產(chǎn)生溫度應(yīng)力。在砼降溫階段，內(nèi)部溫度和表面溫度也存在較大溫差，即存在較大溫度應(yīng)力。另外，砼受地基及老砼約束，限制砼變形，在砼降溫收縮階段，較為明顯。溫度應(yīng)力和約束力達(dá)到砼抗拉極限時(shí)，在砼表面內(nèi)部便出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。砼水化熱較高、砼攪拌不均勻，砼澆筑分塊體積大、構(gòu)件不規(guī)則起伏較大、后期養(yǎng)護(hù)不利等，均對溫度裂紋有較大影響。溫度應(yīng)力約束也是大體積砼開裂的主要原因。

2、沉降裂紋

由于地基或澆筑砼底模有不均勻沉降，或砼振搗不到位，密實(shí)度不均勻等，在澆筑砼初期會出現(xiàn)沉降裂紋。

3、干縮裂紋

砼澆筑初期，由于溫度高、干燥、風(fēng)速等外進(jìn)因素影響，砼表面水分損失較大，表面和內(nèi)部濕度差異大，表面發(fā)生干縮變形，產(chǎn)生干縮變形。

三、大體積砼裂紋控制措施

江西神華電廠碼頭工程平臺長409m，寬22m，為高樁梁板結(jié)構(gòu)。其中墩臺長36.6m，寬29m，高2.5m，共澆筑砼2653.5m3。項(xiàng)目部通過方案策劃和施工質(zhì)量控制，重件墩臺鮮有裂紋出現(xiàn)。項(xiàng)目部在大體積砼施工的裂紋防控方面，主要從以下幾個(gè)方面采取措施：

1、原材料控制

水泥：大體積砼開裂的主要原因是溫度應(yīng)力產(chǎn)生的，而砼的熱源主要是砼中水泥的水化熱造成的，所以降低水泥的水化熱對砼的裂紋控制有重要作用。水泥的水化熱主要影響因素是水泥的礦物成分和細(xì)度。所以降低水泥中的主要制熱礦物鋁酸三鈣和硅酸三鈣含含量，在不影響水泥活躍性的情況下，適當(dāng)降低水泥的細(xì)度，均對降低水泥的水化熱產(chǎn)生影響。

摻加外摻料：考慮經(jīng)濟(jì)性和降低水泥用量，常采用粉煤灰、礦粉等作為砼的外摻料，利用外摻料的活性，與水泥水化物進(jìn)行二次反應(yīng)，來代替部分水泥用量。同時(shí)，由于增加了二次反應(yīng)的界面，使砼中的介質(zhì)分散更為均勻，降低了砼中的孔隙率，使結(jié)構(gòu)更加密實(shí)，降低了砼的收縮。但由于粉煤灰的密度小于水泥的密度，使得砼在振搗過程中，粉煤灰容易上浮，砼表面強(qiáng)度降低，容易形成表面收縮裂紋。施工過程中選擇合理的的粉煤灰摻量，并做好養(yǎng)護(hù)工作，可較好的控制表面裂紋。

粗骨料：碎石等骨料料粒徑越大，級配越好，孔隙率越小，總表面積越小，單位體積內(nèi)用水泥水泥用量就越小，從而降低水化熱，有利于防止裂縫的產(chǎn)生。

細(xì)骨料：砂子等細(xì)骨料宜采用級配良好的中砂和中粗砂，因?yàn)槠淇紫堵市?，總表面積小，砼中所用水泥用量就相應(yīng)減少，水化熱就低，對防裂縫有利。同時(shí)，要嚴(yán)格控制細(xì)骨料中的含泥量，含泥量越大，砼的收縮性就越大，越容易產(chǎn)生裂縫。

外加劑：工程上常用的外加劑有減水劑、膨脹劑等，外加劑的摻入對砼的抗裂性能也十分有利。首先，減水劑能延緩砼的凝結(jié)時(shí)間，推遲砼溫度上升，降低峰值溫度，從而降低內(nèi)外溫差，對控制裂紋有利。其次，減水劑的摻入，可減低水泥和水的用量，從而降低砼水化熱及過多的水分蒸發(fā)造成的砼表面的收縮裂紋。再次，微膨脹劑的加入可一定程度上補(bǔ)償砼收縮，對砼的收縮裂紋控制有利。

2、配合比控制

從降低砼的水化熱出發(fā)，配合比設(shè)計(jì)時(shí)，在保證砼強(qiáng)度和工作性能的前提下，通過調(diào)整各組分的含量，盡量降低水泥的用量，合理控制水和外加劑的用量，嚴(yán)把砂石質(zhì)量關(guān)，選用大粒徑連續(xù)級配，合理選用粉煤灰摻量，從配合比上對砼的水化熱進(jìn)行控制。同時(shí)砼配合比設(shè)計(jì)時(shí)，常在易開裂的砼結(jié)構(gòu)中摻假纖維（鋼纖維、比例纖維等），與砼原材料一起攪拌后，進(jìn)行構(gòu)件澆筑，以增加砼的抗裂性能，對砼抗裂有利。

在本項(xiàng)目施工中，墩臺砼標(biāo)號為C30，項(xiàng)目部試驗(yàn)室經(jīng)過多次試配，最后選用的配合比（kg/m3）為：水泥：粉煤灰：砂：碎石：纖維：水：外加劑---300：75：730：1095：11：180：3。其中水泥選用中低熱的普通硅酸鹽水泥P.O42.5，粉煤灰為F類，Ⅱ級，砂選用中粗砂，含泥量小于3%，泥塊含量小于1%，碎石為5-31.5mm，含泥量小于1%，泥塊含量小于0.5%，外加劑為緩凝型高效減水劑，減水率大于18%。

3、施工工藝控制

在施工工藝方面，項(xiàng)目部主要從砼攪拌，施工溫濕環(huán)境、分層分塊施工、提高砼抗裂措施、冷水降溫、施工過程控制及養(yǎng)護(hù)等方面采取措施，控制裂紋的產(chǎn)生。

攪拌控制：砼在生產(chǎn)時(shí)，要保證達(dá)到規(guī)定的攪拌時(shí)間，以保證砼介質(zhì)的均勻性和砼的工作性能，本項(xiàng)目采用雙臥軸攪拌機(jī)，攪拌時(shí)間控制在90s-120s。為保證砼泵送要求，塌落度控制在140mm左右。

施工溫濕度：砼從原材料到施工，整個(gè)過程均應(yīng)控制施工溫濕度，防止產(chǎn)生較大的溫差。夏季施工時(shí)，原材料采用覆蓋遮陽等方式降低溫度，采用降溫處理的自來水，以降低砼的攪拌溫度，運(yùn)送過程中砼罐車及泵管采取隔溫措施，避免燥熱天氣，大風(fēng)天氣施工，盡可能安排在溫度較低夜間施工，保證砼的入模溫度小于30℃，以減弱水泥水化給砼帶來的升溫影響。在冬季施工時(shí)，砼的入模溫度應(yīng)大于5℃，澆筑完畢后，做好保溫措施，防止砼冷擊。項(xiàng)目部在施工大體積墩臺時(shí)，正值夏季，項(xiàng)目部原材料上采取遮陽棚、灑水降溫等方式，降低原材料的溫度。運(yùn)輸過程中，罐車采用保溫布包裹，澆筑時(shí)間均安排在夜間，且風(fēng)速小于3級的天氣進(jìn)行。

分層施工：大體積砼施工時(shí)，根據(jù)構(gòu)件結(jié)構(gòu)，采用分層、分塊的方式進(jìn)行澆筑施工，來降低一次性澆筑大體積砼裂紋的影響。采用分層澆筑時(shí)，常在二次澆筑前，在砼界面澆一層緩凝砂漿，來降低一次澆筑砼對二次澆筑砼約束的影響，控制砼裂紋。采用分塊澆筑時(shí)，塊與塊之間的后澆帶采用微膨脹砼，來補(bǔ)償砼的收縮裂紋。

提高砼抗裂措施：在大體積砼施工時(shí)，根據(jù)溫度應(yīng)力計(jì)算，在砼溫度應(yīng)力最大的地方，增設(shè)鋼絲網(wǎng)進(jìn)行抗拉強(qiáng)度補(bǔ)償，以增強(qiáng)砼的抗裂性能。本項(xiàng)目共分3次澆筑，第一次伸縮縫設(shè)置在中心位置，第二次澆筑離頂面高15cm位置，第三次進(jìn)行面層澆筑。施工時(shí)，在第二次頂面和底面設(shè)置兩層鋼筋網(wǎng)片，來提高控制砼的抗裂性能。

埋設(shè)冷凝水管：在大體積砼施工時(shí)，常在構(gòu)件鋼筋綁扎完畢后，從構(gòu)件中心向四縱埋設(shè)冷水降溫管，在砼水化升溫過程中，通入冷水，冷水不斷循環(huán)，帶走砼中的水化熱，以降低砼的溫度和內(nèi)外溫差。同時(shí)設(shè)置溫度監(jiān)控措施，通過冷凝水，嚴(yán)格保證砼內(nèi)外溫差控制在25℃內(nèi)。

振搗與抹面：施工過程中，要注意砼的振搗施工，砼振搗應(yīng)均勻有序進(jìn)行，不得漏振或過振，做到均勻振實(shí)。同時(shí)，大體積砼最后一層澆筑完成后，要進(jìn)行收面工作，做好收面工作對砼表面裂紋有益。面層抹面一般不少于四次并根據(jù)現(xiàn)場施工情況適當(dāng)增加次數(shù)。最后一次抹面必須在砼終凝前進(jìn)行。后面的幾次抹面采用收光機(jī)進(jìn)行機(jī)械收面。經(jīng)過多次抹面和壓光施工，有助于減少砼表面的干縮裂紋。一般在砼強(qiáng)度增長的過程中，在保證砼不缺棱掉角的情況下，按設(shè)計(jì)要求對砼面層進(jìn)行切假縫施工，然后在假縫內(nèi)灌注瀝青，也主要是控制砼表面裂紋的規(guī)則性。

4、養(yǎng)護(hù)控制

砼澆筑完成后，合理有效的養(yǎng)護(hù)措施對砼的開裂控制尤為重要。在砼養(yǎng)護(hù)階段，要注意砼水化熱的散熱及砼內(nèi)外的溫差控制，在高溫環(huán)境下，特別要注重降溫措施，在低溫環(huán)境下要注重保溫措施。常用的養(yǎng)護(hù)方法有，覆蓋水浴法、覆水法、保溫法等。覆蓋水浴法是采用土工布覆蓋，在其表面采用循環(huán)水不斷流動，既保證了砼水化所需水分，同時(shí)循環(huán)水帶走大量砼水化產(chǎn)生的熱量。覆水法是在砼表面覆一定厚度的水，利用水具有的一定隔熱性，降低砼內(nèi)部和表面的溫差。保溫法，由于砼表面受外界環(huán)境影響較大，常采用推遲拆模時(shí)間等，降低外界環(huán)境對砼的影響，降低砼內(nèi)外溫差，從而達(dá)到控制砼裂紋的作用。本項(xiàng)目采取了覆蓋土工布后冷水自流的方式進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間控制在14-21天。

水工結(jié)構(gòu)大體積砼施工較多，砼裂紋在工程中為常出現(xiàn)的質(zhì)量通病，影響結(jié)構(gòu)性能及耐久性。本文通過已施工項(xiàng)目大體積砼的裂縫控制措施的經(jīng)驗(yàn)介紹，希望對類似施工有所借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1] 趙沖久. 水運(yùn)工程砼施工規(guī)范 JST202-2011

[2] 董芳. 水運(yùn)工程大體積砼溫度裂縫控制技術(shù)規(guī)程 JTS202-1-2010

作者簡介：

第一作者：高紅成（1983.11-），男，朝鮮內(nèi)蒙古，中級工程師，本科，中交二航局第三工程有限公司，研究方向：港航工程

第二作者：范小培（1983.10-），男，漢族，寧夏，中級工程師，中交二航局第三工程有限公司