利用砼的松弛特性來控制大體積砼裂縫

韓雪峰

摘 要：大體積砼施工裂縫控制措施，利用砼的松弛特性來控制砼貫穿性有害裂縫發(fā)生。

關(guān)鍵詞：大體積砼；砼松弛特性；裂縫控制

1 引言

大同二電廠二期擴(kuò)建2×600MW機(jī)組鍋爐基礎(chǔ)為柱下板式基礎(chǔ)，基礎(chǔ)底板面積3717m2，底板厚2.7m， 砼方量為10036m3，設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)C30，砼需一次澆筑，不留施工縫，基礎(chǔ)埋深為 -6.0m， 坐落在第Ⅱ?qū)由惩辽稀?/p>

2 控制砼產(chǎn)生裂縫的幾項(xiàng)措施

鍋爐基礎(chǔ)厚度為2.7m，砼方量為1萬多方，屬大體積砼施工。大體積砼施工主要是控制溫度裂縫，砼溫度裂縫分內(nèi)約束裂縫和外約束裂縫，在施工中控制砼內(nèi)外溫差小于《規(guī)范》規(guī)定的25℃，防止由于內(nèi)約束引起表面裂縫，同時(shí)主要控制砼緩慢降溫和收縮，充分發(fā)揮砼的松弛特性，減小砼外約束應(yīng)力，使其小于砼的抗拉強(qiáng)度，防止砼產(chǎn)生貫徹性的有害裂縫。

2.1 優(yōu)化配比設(shè)計(jì)，降低砼內(nèi)部溫升

砼設(shè)計(jì)為C30，在征得設(shè)計(jì)院同意后用R60d代替R28d強(qiáng)度，降低水泥用量，同時(shí)，在砼中采用“雙摻”技術(shù)，摻15%粉煤灰代替部分水泥，摻2%UNF-3B（山西黃河化工廠產(chǎn)）的高效減水劑，延長(zhǎng)砼的緩凝時(shí)間（經(jīng)實(shí)驗(yàn)室試配砼緩凝時(shí)間為5～7小時(shí)），滿足砼澆筑時(shí)使用條件。鍋爐基礎(chǔ)C30砼配比（單方用量）水泥：348㎏、砂744㎏、石子1117㎏、粉煤灰92㎏、水180㎏、UNF-3B高效減水劑8.8㎏。

2.2 控制砼入模溫度

鍋爐基礎(chǔ)砼澆筑在10月份初進(jìn)行，當(dāng)時(shí)氣溫較低，平均氣溫在12℃左右，根據(jù)熱工計(jì)算，砼入模溫度為21℃-24℃，為進(jìn)一步降低砼入模溫度，對(duì)進(jìn)廠的水泥提前與生產(chǎn)廠家聯(lián)系，建立水泥儲(chǔ)存罐，降低水泥進(jìn)廠溫度。 因施工時(shí)所用水泥為散裝水泥，其溫度達(dá)60℃-90℃，根據(jù)計(jì)算，水泥溫度每升高10℃，入模溫度提高1℃，通過降低水泥溫度，可使砼入模溫度降低5℃-6℃，保證了較低的砼入模溫度（Tλ在18℃-16℃）。

2.3 材料方面

水泥采用大同新龍水泥廠生產(chǎn)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為膨脹變形，盡管變形不大，但對(duì)砼的抗裂是有益的。粉煤灰采用神頭電廠的Ⅰ級(jí)粉煤灰，摻和15%的粉煤灰不僅可以節(jié)約水泥，降低水化熱（約15%左右），同時(shí)可改善砼質(zhì)量，增加砼的抗裂性能，砂、石子都采用當(dāng)?shù)氐闹猩昂?.5cm～3㎝的碎石，主要控制砂、石子的含泥量（砂的含泥量嚴(yán)格控制<3%、石子的含泥量<1%），提高砼抗拉強(qiáng)度。

2.4 施工工藝

砼澆筑采用斜面分層，薄層澆筑（約300mm～400mm一層）一次到頂?shù)臐仓椒?，在不留施工冷縫的前提下盡量加大砼的散熱面積。砼振搗采用二次振搗技術(shù)，在澆筑下一層砼時(shí)，對(duì)上層砼進(jìn)行二次振搗，增加砼的密實(shí)度，減小砼內(nèi)部裂縫和提高砼的強(qiáng)度。對(duì)于砼分層澆筑時(shí)灰漿較多的部位投入同配比相同的石子再進(jìn)行振搗，砼表面用刮杠刮平，木抹子搓平后，再用鐵抹子壓光，以消除砼表面裂縫。

2.5 增加表面抗裂鋼筋網(wǎng)片

鍋爐基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)在中間設(shè)φ20@600雙向兩層溫度筋，防止裂縫的產(chǎn)生，在施工時(shí)表面又增設(shè)φ10@150的抗裂鋼筋網(wǎng)片，防止砼表面裂縫產(chǎn)生。

2.6 加強(qiáng)砼的保濕保溫養(yǎng)護(hù)

砼澆筑的前5天為砼升溫階段，此時(shí)砼內(nèi)部為壓應(yīng)力，不會(huì)產(chǎn)生裂縫，加強(qiáng)保濕養(yǎng)護(hù)，側(cè)面用竹膠模板支設(shè)，保濕效果好，表面有塑料布一層緊貼砼表面覆蓋，防止砼水份蒸發(fā)，蓋麻袋兩層保濕養(yǎng)護(hù)，根據(jù)測(cè)溫砼5天后開始升溫 ，應(yīng)加強(qiáng)保濕養(yǎng)護(hù) ， 側(cè)面及加表面用δ=60mm厚的巖棉被覆蓋，外側(cè)裹塑料布一層覆蓋。

通過上述措施，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，砼入模溫度T1=14-18℃，砼5天后達(dá)到最高溫度62℃，砼最高溫升T2=62-16℃=46℃，與理論計(jì)算基本相符，T1理論=WQ/Cr=348×334×103/2400×0.96×103=50.4×0.91=46℃（考慮0.91的散熱系數(shù)） ， 5天后砼開始降溫，降溫速率0.7-1℃/d。

3 利用砼的松弛特性控制砼由于溫差和收縮產(chǎn)生貫穿性裂縫

砼不是一種簡(jiǎn)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(qiáng)度可以提高1-3倍，在大體積砼裂縫控制中求得的最大應(yīng)力乘以松弛系數(shù)H（t，τi ） [即松弛應(yīng)力與彈性應(yīng)力σx（τi ）之比值]反映這一性質(zhì)，忽略齡期影響，松弛系數(shù)與發(fā)生約束變形后經(jīng)歷的時(shí)間t 的關(guān)系可按表1取值。

鍋爐基礎(chǔ)施工在10月份進(jìn)行，砼澆筑完畢進(jìn)入冬期施工，根據(jù)進(jìn)度計(jì)劃不再進(jìn)行其他結(jié)構(gòu)施工，故對(duì)側(cè)面虛填土保溫養(yǎng)護(hù)，上面繼續(xù)覆蓋好保溫材料保溫，使砼緩慢降溫，緩慢地收縮，充分發(fā)揮砼的應(yīng)力松弛特性，即利用“時(shí)間控制裂縫”。

（1）鍋爐基礎(chǔ)中心砼60天的測(cè)溫記錄。

（2）砼60天的實(shí)際測(cè)溫曲線見下圖。

（3）砼60天最大溫度應(yīng)力計(jì)算。

①溫差T′=T1+T2-T3=62-24=38℃

②二個(gè)月（60天）收縮值：

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

收縮應(yīng)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℃

③驗(yàn)算基礎(chǔ)第60天最拉應(yīng)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

（由于保溫較好，砼緩慢降溫，應(yīng)力松弛系數(shù)取0.3）

從上面計(jì)算及實(shí)測(cè)結(jié)果可知：砼緩慢降溫和收縮，充分發(fā)揮砼的應(yīng)力松弛特性，是控制大體積砼產(chǎn)生貫穿性裂縫的有效措施。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王鐵夢(mèng).工程結(jié)構(gòu)裂縫控制[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社出版.