利用混凝土的松弛特性控制大体积混凝土裂缝

尉来邦 赵 云

大同二电厂二期扩建2×600 MW机组锅炉基础为柱下板式基础，基础底板面积3 717 m2，底板厚2．7 m，混凝土方量为10 036 m3，设计强度等级为C30，混凝土需一次浇筑，不留施工缝，基础埋深为-6．0 m。坐落在第Ⅱ层砂土上。

1 控制混凝土产生裂缝的几项措施

锅炉基础厚度为2．7 m，混凝土方量为1万多立方米，属大体积混凝土施工。大体积混凝土施工主要是控制温度裂缝，混凝土温度裂缝分内约束裂缝和外约束裂缝，在施工中控制混凝土内外温差小于《规范》规定的25℃，防止由于内约束引起表面裂缝，同时主要控制混凝土缓慢降温和收缩，充分发挥混凝土的松弛特性，减小混凝土外约束应力，使其小于混凝土的抗拉强度，防止混凝土产生贯穿性的有害裂缝。

1． 1 优化配比设计，降低混凝土内部温升

混凝土设计为C30，在征得设计院同意后用R60代替R28强度降低水泥用量，同时，在混凝土中采用“双掺”技术，掺15%粉煤灰代替部分水泥，掺2%UNF-3B(山西黄河化工厂产)的高效减水剂，延长混凝土的缓凝时间(经试验室度配混凝土缓凝时间为5 h～7 h)，满足混凝土浇筑时使用条件，锅炉基础C30混凝土配比(单方用量)水泥:348 kg、砂 744 kg、石子 1 117 kg、粉煤灰92 kg、水 180 kg、UNF-3B 高效减水剂 8．8 kg。

1． 2 控制混凝土入模温度

锅炉基础混凝土浇筑在10月份初进行，当时气温较低，平均气温在12℃左右，根据热工计算，混凝土入模温度为21℃ ～24℃，为进一步降低混凝土入模温度，对进厂的水泥提前完成与生产厂家联系，建立水泥储存罐，降低水泥进厂温度，因施工时所用水泥为散装水泥，其温度达60℃ ～90℃，根据计算，水泥温度每升高10℃，入模温度提高1℃，通过降低水泥温度，可使混凝土入模温度降低5℃ ～6℃，保证了较低的混凝土入模温度(Tλ在18℃ ～16℃)。

1． 3 材料方面

水泥采用大同新龙水泥厂生产的32．5矿渣硅酸盐水泥，矿渣硅酸盐水泥不仅水化热低而且其自身收缩不膨胀变形，尽管变形不大，但对混凝土的抗裂是有益的。粉煤灰采用神头电厂的Ⅰ级粉煤灰，掺加15%的粉煤灰不仅可以节约水泥，降低水化热(约15%)，同时可改善混凝土质量，增加混凝土的抗裂性能，砂、石子都采用当地的中砂和0．5 cm～3 cm的碎石，主要控制砂、石子的含泥量(砂的含泥量严格控制小于3%，石子含泥量小于1%)，提高混凝土的抗拉强度。

1． 4 施工工艺

混凝土浇筑采用斜面分层，薄层浇筑(约300 mm～400 mm一层)一次到顶的浇筑方法，在不留施工缝的前提下尽量加大混凝土的散热面积，混凝土振捣采用二次振捣技术，在浇筑下一层混凝土时，对上层混凝土进行二次振捣，增加混凝土的密实度，减小混凝土内部裂缝和提高混凝土的强度，对于混凝土分层浇筑时灰浆较多的部位投入同配比相同的石子再进行振捣，混凝土表面用刮杠刮平，木抹子搓平后，再用铁抹子压光，以消除混凝土表面的裂缝。

1． 5 增加表面抗裂钢筋网片

锅炉基础设计时在中间设Φ20@600双向两层温度筋，防止裂缝的产生，在施工时表面又增加Φ10@150的抗裂钢筋网片，防止混凝土表面裂缝产生。

1． 6 加强混凝土的保湿保温养护

混凝土浇筑的前5天为混凝土升温阶段，此时混凝土内部为压应力，不会产生裂缝，加强保湿养护，侧面用竹胶模板支设，保湿效果好，表面有塑料布一层紧贴混凝土表面覆盖，防止混凝土水分蒸发，盖麻袋两层保湿养护，根据测温混凝土5 d后开始降温，应加强保温养护，侧面及表面用δ=60 mm厚的岩棉被覆盖，外侧用塑料布一层覆盖。

通过上述措施，根据现场实测，混凝土入模温度T1=14℃ ～18℃，混凝土5 d后达到最高温度62℃，混凝土最高温升T2=62-16=46℃，与理论计算基本相符，T1理论=WQ/Cr=348×334×103/2 400×0．96×103=50．4×0．91=46 ℃(考虑0．91的散热系数)，5 d后混凝土开始降温，降温速率0．7℃/d～1℃/d。

2 利用混凝土的松弛特性控制混凝土贯穿性裂缝

混凝土不是一种简单的脆性材料，它具有流变特性，如果尽力降低荷载速度(或降低约束变形速度)它的极限拉伸强度可以提高1倍～3倍，在大体积混凝土裂缝控制中求得的最大应力乘以松弛系数H(t，τ1)(即松弛应力与弹性应力σx(T1)之比值)反映这一性质，忽略龄期影响，松弛系数与发生约束变形后经历的时间t关系可按表1取值。

表1 松弛系数与发生约束变形后经历的时间t的关系

锅炉基础施工在10月份进行，混凝土浇筑完毕进入冬期施工，根据进度计划不再进行其他结构施工，故对侧面需填土保温养护，上面继续覆盖好保温材料保温，使混凝土缓慢降温，缓慢地收缩，充分发挥混凝土的应力松弛特性，即利用“时间控制裂缝”。

1)锅炉基础中心混凝土60 d的测温记录见表2。

表2 锅炉基础中心点温度观测

2)混凝土60 d的实际测温曲线见图1。

图1 混凝土60 d的实际测温曲线

3)混凝土60 d最大温度应力计算:

a．温差T'=T1+T2=62-24=38℃。

b．两个月(60 d)收缩值:

ξy=3．24 ×10-4× (1-e-0．01×60)=1．46 ×10-4。

收缩应力温差:T″=ξy/σ =1．46 ×10-4/10×10-6=14．6 ℃。

总降值差:T=T'+T″=-(38+14．6)=-52．6 ℃。

c．验算基础第60天最大拉应力:

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(由于保温较好，混凝土缓慢降温，应力松弛系数取0．3)。

从上面计算及实测结果可知:混凝土缓慢降温和收缩，充分发挥混凝土的应力松弛特性，是控制大体积混凝土产生贯穿性裂缝的有效措施。

［1］ 敬 敏．大体积混凝土裂缝成因及治理［J］．山西建筑，2010，36(17):161-162．