水工結構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生裂紋的原因，根據已往工程施工經驗，對大體積砼裂紋防治，從環境、原材料、施工等環節提出預防控制措施。

關鍵詞：水工結構；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、自身和外界相關約束、外界環境等因素影響，砼抗拉平衡破壞，導致砼開裂，甚至產生貫穿型裂紋，影響砼構件的結構、耐久性及外觀質量。

在我國《大體積砼施工規范》GB50496-2009里規定：砼結構物實體最小幾何尺寸不小于1m的大體量砼，或預計會因砼中膠凝材料水化引起的溫度變化和收縮而導致有害裂縫產生的砼，稱之為大體積砼。

在水工結構建筑構建中，高樁碼頭的橫梁、縱梁，重力式碼頭的沉箱、重力塊等大部分結構均為大體積砼。本文僅以施工過得神華電廠碼頭重件墩臺為例，對大體積砼裂紋產生的原因及技術措施進行淺析，為以后水工項目大體積砼施工提供經驗。

二、砼裂紋產生的主要原因分析

1、溫度裂紋

大體積砼在其強度增長過程中，由于水泥水化熱的作用，內部溫度不斷升高，加之砼導熱性能差，表面溫度較低，內部膨脹，產生溫度應力。在砼降溫階段，內部溫度和表面溫度也存在較大溫差，即存在較大溫度應力。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。溫度應力和約束力達到砼抗拉極限時，在砼表面內部便出現開裂現象。砼水化熱較高、砼攪拌不均勻，砼澆筑分塊體積大、構件不規則起伏較大、后期養護不利等，均對溫度裂紋有較大影響。溫度應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，密實度不均勻等，在澆筑砼初期會出現沉降裂紋。

3、干縮裂紋

砼澆筑初期，由于溫度高、干燥、風速等外進因素影響，砼表面水分損失較大，表面和內部濕度差異大，表面發生干縮變形，產生干縮變形。

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，為高樁梁板結構。其中墩臺長36.6m，寬29m，高2.5m，共澆筑砼2653.5m3。項目部通過方案策劃和施工質量控制，重件墩臺鮮有裂紋出現。項目部在大體積砼施工的裂紋防控方面，主要從以下幾個方面采取措施：

1、原材料控制

水泥：大體積砼開裂的主要原因是溫度應力產生的，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，適當降低水泥的細度，均對降低水泥的水化熱產生影響。

摻加外摻料：考慮經濟性和降低水泥用量，常采用粉煤灰、礦粉等作為砼的外摻料，利用外摻料的活性，與水泥水化物進行二次反應，來代替部分水泥用量。同時，由于增加了二次反應的界面，使砼中的介質分散更為均勻，降低了砼中的孔隙率，使結構更加密實，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，并做好養護工作，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生。

細骨料：砂子等細骨料宜采用級配良好的中砂和中粗砂，因為其孔隙率小，總表面積小，砼中所用水泥用量就相應減少，水化熱就低，對防裂縫有利。同時，要嚴格控制細骨料中的含泥量，含泥量越大，砼的收縮性就越大，越容易產生裂縫。

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時間，推遲砼溫度上升，降低峰值溫度，從而降低內外溫差，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，配合比設計時，在保證砼強度和工作性能的前提下，通過調整各組分的含量，盡量降低水泥的用量，合理控制水和外加劑的用量，嚴把砂石質量關，選用大粒徑連續級配，合理選用粉煤灰摻量，從配合比上對砼的水化熱進行控制。同時砼配合比設計時，常在易開裂的砼結構中摻假纖維（鋼纖維、比例纖維等），與砼原材料一起攪拌后，進行構件澆筑，以增加砼的抗裂性能，對砼抗裂有利。

在本項目施工中，墩臺砼標號為C30，項目部試驗室經過多次試配，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，項目部主要從砼攪拌，施工溫濕環境、分層分塊施工、提高砼抗裂措施、冷水降溫、施工過程控制及養護等方面采取措施，控制裂紋的產生。

攪拌控制：砼在生產時，要保證達到規定的攪拌時間，以保證砼介質的均勻性和砼的工作性能，本項目采用雙臥軸攪拌機，攪拌時間控制在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，整個過程均應控制施工溫濕度，防止產生較大的溫差。夏季施工時，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，運送過程中砼罐車及泵管采取隔溫措施，避免燥熱天氣，大風天氣施工，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，砼的入模溫度應大于5℃，澆筑完畢后，做好保溫措施，防止砼冷擊。項目部在施工大體積墩臺時，正值夏季，項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。運輸過程中，罐車采用保溫布包裹，澆筑時間均安排在夜間，且風速小于3級的天氣進行。

分層施工：大體積砼施工時，根據構件結構，采用分層、分塊的方式進行澆筑施工，來降低一次性澆筑大體積砼裂紋的影響。采用分層澆筑時，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，塊與塊之間的后澆帶采用微膨脹砼，來補償砼的收縮裂紋。

提高砼抗裂措施：在大體積砼施工時，根據溫度應力計算，在砼溫度應力最大的地方，增設鋼絲網進行抗拉強度補償，以增強砼的抗裂性能。本項目共分3次澆筑，第一次伸縮縫設置在中心位置，第二次澆筑離頂面高15cm位置，第三次進行面層澆筑。施工時，在第二次頂面和底面設置兩層鋼筋網片，來提高控制砼的抗裂性能。

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

振搗與抹面：施工過程中，要注意砼的振搗施工，砼振搗應均勻有序進行，不得漏振或過振，做到均勻振實。同時，大體積砼最后一層澆筑完成后，要進行收面工作，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現場施工情況適當增加次數。最后一次抹面必須在砼終凝前進行。后面的幾次抹面采用收光機進行機械收面。經過多次抹面和壓光施工，有助于減少砼表面的干縮裂紋。一般在砼強度增長的過程中，在保證砼不缺棱掉角的情況下，按設計要求對砼面層進行切假縫施工，然后在假縫內灌注瀝青，也主要是控制砼表面裂紋的規則性。

4、養護控制

砼澆筑完成后，合理有效的養護措施對砼的開裂控制尤為重要。在砼養護階段，要注意砼水化熱的散熱及砼內外的溫差控制，在高溫環境下，特別要注重降溫措施，在低溫環境下要注重保溫措施。常用的養護方法有，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，在其表面采用循環水不斷流動，既保證了砼水化所需水分，同時循環水帶走大量砼水化產生的熱量。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，降低砼內部和表面的溫差。保溫法，由于砼表面受外界環境影響較大，常采用推遲拆模時間等，降低外界環境對砼的影響，降低砼內外溫差，從而達到控制砼裂紋的作用。本項目采取了覆蓋土工布后冷水自流的方式進行養護，養護時間控制在14-21天。

水工結構大體積砼施工較多，砼裂紋在工程中為常出現的質量通病，影響結構性能及耐久性。本文通過已施工項目大體積砼的裂縫控制措施的經驗介紹，希望對類似施工有所借鑒。

參考文獻：

[1] 趙沖久. 水運工程砼施工規范 JST202-2011

[2] 董芳. 水運工程大體積砼溫度裂縫控制技術規程 JTS202-1-2010

作者簡介：

第一作者：高紅成（1983.11-），男，朝鮮內蒙古，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