利用混凝土的松弛特性控制大體積混凝土裂縫

尉來邦 趙 云

大同二電廠二期擴建2×600 MW機組鍋爐基礎為柱下板式基礎，基礎底板面積3 717 m2，底板厚2．7 m，混凝土方量為10 036 m3，設計強度等級為C30，混凝土需一次澆筑，不留施工縫，基礎埋深為-6．0 m。坐落在第Ⅱ層砂土上。

1 控制混凝土產生裂縫的幾項措施

鍋爐基礎厚度為2．7 m，混凝土方量為1萬多立方米，屬大體積混凝土施工。大體積混凝土施工主要是控制溫度裂縫，混凝土溫度裂縫分內約束裂縫和外約束裂縫，在施工中控制混凝土內外溫差小于《規范》規定的25℃，防止由于內約束引起表面裂縫，同時主要控制混凝土緩慢降溫和收縮，充分發揮混凝土的松弛特性，減小混凝土外約束應力，使其小于混凝土的抗拉強度，防止混凝土產生貫穿性的有害裂縫。

1． 1 優化配比設計，降低混凝土內部溫升

混凝土設計為C30，在征得設計院同意后用R60代替R28強度降低水泥用量，同時，在混凝土中采用“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，延長混凝土的緩凝時間(經試驗室度配混凝土緩凝時間為5 h～7 h)，滿足混凝土澆筑時使用條件，鍋爐基礎C30混凝土配比(單方用量)水泥:348 kg、砂 744 kg、石子 1 117 kg、粉煤灰92 kg、水 180 kg、UNF-3B 高效減水劑 8．8 kg。

1． 2 控制混凝土入模溫度

鍋爐基礎混凝土澆筑在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，混凝土入模溫度為21℃ ～24℃，為進一步降低混凝土入模溫度，對進廠的水泥提前完成與生產廠家聯系，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，可使混凝土入模溫度降低5℃ ～6℃，保證了較低的混凝土入模溫度(Tλ在18℃ ～16℃)。

1． 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不膨脹變形，盡管變形不大，但對混凝土的抗裂是有益的。粉煤灰采用神頭電廠的Ⅰ級粉煤灰，摻加15%的粉煤灰不僅可以節約水泥，降低水化熱(約15%)，同時可改善混凝土質量，增加混凝土的抗裂性能，砂、石子都采用當地的中砂和0．5 cm～3 cm的碎石，主要控制砂、石子的含泥量(砂的含泥量嚴格控制小于3%，石子含泥量小于1%)，提高混凝土的抗拉強度。

1． 4 施工工藝

混凝土澆筑采用斜面分層，薄層澆筑(約300 mm～400 mm一層)一次到頂的澆筑方法，在不留施工縫的前提下盡量加大混凝土的散熱面積，混凝土振搗采用二次振搗技術，在澆筑下一層混凝土時，對上層混凝土進行二次振搗，增加混凝土的密實度，減小混凝土內部裂縫和提高混凝土的強度，對于混凝土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，混凝土表面用刮杠刮平，木抹子搓平后，再用鐵抹子壓光，以消除混凝土表面的裂縫。

1． 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，在施工時表面又增加Φ10@150的抗裂鋼筋網片，防止混凝土表面裂縫產生。

1． 6 加強混凝土的保濕保溫養護

混凝土澆筑的前5天為混凝土升溫階段，此時混凝土內部為壓應力，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混凝土表面覆蓋，防止混凝土水分蒸發，蓋麻袋兩層保濕養護，根據測溫混凝土5 d后開始降溫，應加強保溫養護，側面及表面用δ=60 mm厚的巖棉被覆蓋，外側用塑料布一層覆蓋。

通過上述措施，根據現場實測，混凝土入模溫度T1=14℃ ～18℃，混凝土5 d后達到最高溫度62℃，混凝土最高溫升T2=62-16=46℃，與理論計算基本相符，T1理論=WQ/Cr=348×334×103/2 400×0．96×103=50．4×0．91=46 ℃(考慮0．91的散熱系數)，5 d后混凝土開始降溫，降溫速率0．7℃/d～1℃/d。

2 利用混凝土的松弛特性控制混凝土貫穿性裂縫

混凝土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倍～3倍，在大體積混凝土裂縫控制中求得的最大應力乘以松弛系數H(t，τ1)(即松弛應力與彈性應力σx(T1)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關系可按表1取值。

表1 松弛系數與發生約束變形后經歷的時間t的關系

鍋爐基礎施工在10月份進行，混凝土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，故對側面需填土保溫養護，上面繼續覆蓋好保溫材料保溫，使混凝土緩慢降溫，緩慢地收縮，充分發揮混凝土的應力松弛特性，即利用“時間控制裂縫”。

1)鍋爐基礎中心混凝土60 d的測溫記錄見表2。

表2 鍋爐基礎中心點溫度觀測

2)混凝土60 d的實際測溫曲線見圖1。

圖1 混凝土60 d的實際測溫曲線

3)混凝土60 d最大溫度應力計算:

a．溫差T'=T1+T2=62-24=38℃。

b．兩個月(60 d)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 ℃。

c．驗算基礎第60天最大拉應力:

其中，E(60)=E(0)(1-e-0．09×t)=2．6 × 104× (1-e-0．09×60)=2．58 ×104N/mm2;σ=10×10-6;T=-52．6 ℃。

σ60max= -2．58×104×10×10-6×(-52．6) ×(1-1/1．349 5) ×0．3=1．05 MPa＜Rf=1．5 MPa/1．15=1．3 MPa(由于保溫較好，混凝土緩慢降溫，應力松弛系數取0．3)。

從上面計算及實測結果可知:混凝土緩慢降溫和收縮，充分發揮混凝土的應力松弛特性，是控制大體積混凝土產生貫穿性裂縫的有效措施。

［1］ 敬 敏．大體積混凝土裂縫成因及治理［J］．山西建筑，2010，36(17):161-162．