大体积砼的裂缝控制

时间：2024-05-20

陈明

（重庆水利电力职业技术学院中国重庆 402160）

砼结构的裂缝是一个带普遍性的技术问题，虽然结构设计是建立在强度的极限承载力基础上的，但大多数工程的使用标准仍是由裂缝宽度控制的。

1 大体积砼裂缝分析

大体积砼施工常见的质量问题是温度裂缝。砼随着温度变化而发生膨胀收缩，成为温度变形。对于大体积砼施工阶段来讲，裂缝是由于砼温度变形而引起的。

大体积砼产生温度裂缝，是其内部矛盾发展的结果。矛盾的一方面是温度变化引起的应力和应变，另一方面是砼本身的强度和抵抗变形的能力。砼内部温度变化产生变形受到砼内部和外部的约束后，将产生很大应力。这是导致砼产生裂缝的主要原因。分述如下：

水泥水化热是大体积砼中主要温度因素。砼在硬结过程中，由于水泥的水花作用在初始几天产生大量的水化热，砼温度升高。由于砼导热不良，体积较大，相对散热较小，因此形成热量的积聚，内部水化热不易散失，外部砼散热较快，水化热温升随着板厚度的增加而增加，砼形成一定的温度梯度，无论温升阶段，还是温降阶段，砼中心温度总是高于砼表面温度。根据热胀冷缩的原理，中心部分砼膨胀速率比表面砼大。因此，砼中心与表面各质点间的内约束以及来自地基及其它外部边界约束的共同作用，使得砼内部产生压应力，砼表面产生拉应力。当温度梯度大到一定程度时，表面拉应力超过砼的极限抗拉强度，砼表面就会产生裂缝。在升温阶段，砼未充分硬化，弹性模量小，因此拉应力较小，只会引起砼表面裂缝。

随着水泥水化反应的结束及砼的不断散热，大体积砼由升温阶段过渡到降温阶段。温度降低，砼体积收缩。由于砼内部热量是通过表面向外散发，降温阶段砼中心部分与表面部分的冷缩程度不同，在砼内部产生较大的内约束，同时地基与便捷条件也对收缩的砼产生较大的外束，内外约束的作用，使得收缩的砼产生拉应力，随着砼的龄期增长，抗拉强度 Rf（t）增大，弹性模量 E（t）增高，徐变影响减小。因此降温收缩产生的拉应力σ（t）较大，易在砼中心部位形成较高拉应力区，若此时的砼拉应力σ（t）大于砼此龄期的抗拉强度Rf（t），则大体积砼产生贯穿裂缝。

图1 抗拉强度及应力变化时间关系曲线

大体积砼从浇筑到设计强度R为止，砼的抗拉强度Rf与引起砼开裂的温度应力σ是随着时间变化而变化的，是以时间t为自变量的函数，即 Rf（t）、σ（t）。当温度应力 σ2（t）大于砼此龄期的抗拉强度 Rf（t），则砼产生裂缝，裂缝出现在 σ2（t）＞Rf（t）的受拉砼处。如果通过合理措施控制砼拉应力σ1（t）一直小于砼此龄期抗拉强度Rf（t），就能保证此砼不会产生温度裂缝。见图1所示。

2 大体积砼裂缝的控制技术

2.1 砼原材料选用的控制

1）水泥

水泥水化热是大体积砼的主要温度因素，因此在选择水泥时，应优先考虑选择水化热低、凝结时间长、收缩小、具有微膨胀的水泥，因为这种水泥在水化膨胀期（1-5d）可产生一定的预压应力，而在水化后期预压应力部分抵消温度徐变应力，减少砼内的拉应力，提高砼的抗裂能力。一般采用品质稳定强度等级符合要求的低碱硅酸盐水泥或低碱普通硅酸盐水泥。

2）细骨料

细骨料应选用级配合理、质地均匀坚固、吸水率低、孔隙率小的洁净天然河砂，不宜选用人工砂、山砂及海砂。砂的平均粒径宜大于0.5毫米，含泥量不大于5%。选用平均粒径较大的中、粗砂拌制的砼比采用细砂拌制的砼可减少用水量10%左右，同时相应减少水泥用量，使水泥水化热减少，降低砼温升，从而减少砼收缩。

3）粗骨料

粗骨料应选用级配合理、粒形良好、质地均匀坚固、线膨胀系数小的洁净碎石，也可采用碎卵石，不宜采用砂岩碎石。粗骨料的最大公称粒径不宜超过钢筋砼保护层厚度的2/3，且不得超过钢筋最小间距的3/4，一般在粒径5-25毫米之间，含泥量不大于1%。选用粒径较大、级配良好的石子配制的砼，和易性较好，抗压强度较高，同时可以减少用水量及水泥用量，从而使水泥水化热减少，降低砼温升。

4）外加剂

在砼中掺高效外加剂，可以改变水泥浆体的流变性能，改变水泥及砼结构，对砼收缩有补偿功能，起到改善砼性能的作用。宜选用减水率高、坍落度损失小、适量引气、掺量低、与低碱水泥适应性好的外加剂，适量的外加剂能够大大改善砼拌和物的经时损失，延缓砼温升峰值的出现的时间，减小砼的收缩，提高砼的抗裂性。

5）水

尽可能减少水的用量。水对砼具有双重作用，水化反应离不开水的存在，但多余水贮存于砼体内，不仅会对砼的凝胶体结构和骨料与凝胶体间的界面过度区相的结构发展带来影响，而且一旦这些水分损失后，凝胶体体积会收缩，如果收缩产生的内应力超过界面过度区相的抗力，就有可能在此界面区产生微裂缝，降低砼内部抵抗拉应力的能力。

砼拌合用水采用洁净的自来水或符合要求的井水，不得采用海水拌合或养护砼。

2.2 砼浇筑过程的控制

浇注前，对模板、钢筋和预埋件进行检查，模板内的杂物、积水和钢筋上的污垢必须清理干净。砼浇筑时，为防止砼离析其自由倾落高度不得超过2.0m，砼从汽车泵中直接输送浇筑时，砼出口到已浇筑砼面的距离宜为50cm左右。

砼浇筑方法采用整体分层连续浇筑，不留施工缝，分层厚度为30-50cm。为了使砼不出现冷缝，前后浇筑砼间隔时间控制在2小时以内。

砼振捣人员要由有丰富的砼施工经验的专业人员操作，保证砼的施工质量，做到内实外光。振捣时采用插入式振捣器，垂直振捣，振捣器插入下层砼5-10cm，移动间距不超过振动器作用半径的1.5倍，与侧模保持5-10cm距离；每一层振动完毕后边振动边徐徐提出振动棒，避免振动棒碰撞模板、钢筋及其它预埋件。对每一振动部位，必须振动到该部位砼密实为止，密实的标志是砼停止下沉、不再冒出气泡、表面呈现平坦、泛浆。

浇筑砼面出现泌水时，应及时排出，同时浇筑面四周比中间高，泌水往砼中间集中。

浇筑时必须有专人监护模板、钢筋、预埋件是否变化，如发现变形、位移时，立即停止浇筑，并在已浇筑的砼初凝前修好。