大体积砼的裂缝控制

刘海

摘要：解决大体积砼现浇结构经常出现的问题，不是处理力学上的结构强度，而是控制砼温度变形裂缝，从而提高砼的抗渗、抗裂和抗侵蚀性能，进而提高建筑结构的耐久性。文中通过分析大体积砼裂缝的产生原因，说明了控制裂缝的措施。

关键词：公路；大体积砼；结构强度； 裂缝控制

大体积砼，是指浇筑砼结构物中实体最小尺寸大于1m，或预计会因水泥水化热引起砼内外温差过大而导致裂缝的砼。大体积砼的共同特征：结构厚实，砼量大，工程条件复杂，施工技术要求高；水泥水化热使结构产生温度和收缩变形。应采取相应的措施，尽可能减少温度变形引起的开裂。

1大体积现浇砼裂缝分类

1.1微观裂缝微观裂缝指那些肉眼不可见的裂缝，宽度一般在0. 05mm 以下，主要有3 种：沿着集料周围出现的集料与水泥石粘结面上的裂缝，主要存在于粗骨料周围，称之为粘着裂缝；分布于集料之间水泥浆中的水泥石裂缝；集料本身的骨料裂缝。

1.2宏观裂缝宽度不小于0. 05mm、肉眼可见的裂缝称为宏观裂缝，它是微观裂缝扩展和增加的结果。在大体积砼中，水泥水化热造成的温度变化和收缩作用会导致砼中产生表面裂缝和贯通裂缝。（1）表面裂缝。由于砼表面和内部的散热条件不同，温度外低内高形成温度梯度，使砼内部产生压应力，表面产生拉应力，表面拉应力超过砼抗拉强度时便会产生表面裂缝。（2）贯通裂缝。由于大体积砼内部水泥水化到一定程度后，砼逐渐降温，加之砼失水引起体积收缩变形，在低级和其他结构边界条件约束下产生拉应力。当该拉应力超过砼抗拉强度时，就可能产生贯通整个截面的裂缝。

2砼裂缝的产生原因和控制

2.1砼结构裂缝产生的主要原因。（1）由外荷载（静、动荷载）的直接应力（即按常规计算的主要应力）引起裂缝；（2）结构次应力引起裂缝，这是由于结构的实际受力状态与计算假定模型的差异引起的；（3）变形应力引起裂缝，主要由温度、收缩、膨胀、不均匀沉降等引起的结构变形受到约束所产生的应力超过了砼的抗拉强度时产生裂缝。以上划分并没有严格的界限，因为许多工程裂缝的起因往往是综合性的。重要的是必须区别和判断裂缝是由外荷载引起的，还是由于结构变化引起的。

2.2大体积砼结构施工中裂缝控制的出发点。砼随着温度的变化而发生膨胀与收缩，称为温度变形。对于大体积砼施工阶段来说，由温度变形而引起的裂缝，可称为初始裂缝或早期裂缝。大体积砼施工阶段所产生的温度裂缝，是其内部矛盾发展的结果。一方面是砼由于内外温差而产生应力和应变，另一方面是结构物的外部约束和砼各质点间的约束，应阻止这种应变。一旦温度应力超过砼能承受的抗拉强度时，即会出现裂缝。这种裂缝一般虽不会影响结构的强度，但却对结构的耐久性有所影响。因此，必须予以重视和加以控制。

2.2.1约束条件和裂缝的关系。各种结构物在变形变化中，必然会受到一定的约束或抑制而阻碍变形，这就是约束条件。约束一般可概括为两类，即外约束和内约束（亦称自约束）。外约束指构造物的边界条件，一般指支座或其他外界因素对结构物变形的约束；内约束指较大断面的结构，由于内部非均匀的温度及收缩分布，各质点变形不均匀而产生的相互约束。具有大断面的结构，其变形还可能受到其他物体的宏观约束。大体积砼由于温度变化会产生变形，而这种变形又受到约束，便产生了应力，这就是温度变化引起的应力状态。当应力超过某一值时，便引起裂缝。

2.2.2外界温度变化。外界气温对施工阶段大体积砼的影响是显而易见的。因为外界气温愈高，砼的浇筑温度也愈高；如外界温度下降，又增加砼的降温幅度，特别是气温骤降，会大大增加外层砼与内部砼的温度梯度，这对大体积砼是极为不利的。砼内部温度是浇筑温度、水泥水化热的绝热温度和砼的散热温降等的叠加，而温度应力则是由温差所引起的温度变形造成的。温差愈大，温度应力也愈大。同时，在高温条件下，大体积砼不易散热，砼内部的最高温度一般可达60~70 e，并且有较长的延续时间（与结构尺寸和浇筑的块体厚度等有关）。在这种情况下，合理的温度控制措施对防止砼内外温差引起的过大温度应力显得更为重要。

2.2.3砼的收缩变形。砼的拌和水中，只有约20% 的水分是水泥水化所必需的，其余80% 的水分要被蒸发掉。而这些多余水分的蒸发会引起砼的体积收缩（干缩），这种收缩变形不受约束条件的影响。若有约束，即可引起砼开裂，并随龄期的增加而发展。如果砼收缩后再处于水饱和状态，还可以恢复膨胀，几乎达到原有的体积。干湿交替将引起砼体积的交替变化，这对砼很不利。

2.3裂缝控制方法

2.3.1选择材料。（1）水泥：选用水化热低和安定性好的水泥，并在满足设计强度要求的前提下，尽可能减少水泥用量，以减少水泥水化热。（2）骨料：尽量选用粒径较大、级配较好的粗集料，在无筋或者少筋的砼中掺加一定数量的毛石，控制石子、砂子的含泥量，分别不超过1% 和3%。（3）外加剂：掺加少量磨细的粉煤灰和减水剂，以减少水泥用量；掺加缓凝剂，减缓砼的浇筑速度和浇筑强度，以利于水泥散热；掺入适量的微膨胀剂或膨胀水泥，使砼得到补偿收缩，减少温度与收缩裂缝的出现。

2.3.2选择施工方法。（1）水平分层法：分几个薄层进行砼的浇筑，以使砼的水化热能尽快散失，并使浇筑后的砼温度分布均匀。（2）降温法和保温法：在夏季施工时，应尽量避开炎热的天气，并用降温法施工；冬季则采用保温法施工，利用保温材料防止冷空气侵袭。

2.3.3加强施工中的温度控制。（1）加强温度监测与管理，内外温差、基面温差和基底温差控制在20 e 以内。（2）采取长时间的保养，规定合理的拆模时间，延缓降温时间和速度，充分发挥砼的应力松弛效应。

2.3.4改善砼构件的约束条件。（1）设置永久性伸缩缝。将超长的现浇钢筋砼构件分成若干段，减少约束体与被约束体之间的相互约束作用，以释放大部分变形，减小约束应力。（2）设置后浇带和施工缝。合理设置水平或者垂直施工缝，或者在适当位置设置施工后浇带，以削减温度应力，同时有利于散热，降低砼内部温度。（3）设置滑动垫层。在垫层砼上先铺一层低强度水泥砂浆，以降低新旧砼之间的约束力。

3结语

综上所述，在大体积砼工程中，仅仅根据砼内部最高温度和内外温差来控制砼的质量是不全面的，还应考虑温度应力的影响。而温度应力的大小，又涉及到构筑物的平面尺寸、浇筑高度、基础约束条件甚至砼的各种组成材料特性等多种因素。因此，在建筑工程中，必须采用/ 温差- 温度应力双控的办法，综合考虑各种因素，才能在一定程度上减少砼裂缝的产生。大体积砼结构的开裂问题，是这种结构工程的一种通病，各种大体积砼的工况条件复杂，目前还没有找到一种有效的方法彻底解决这一问题。虽然在实际工程中进行了长期的探索，也取得了一定的效果，但是在已经浇筑成型的砼结构上仍然会出现这样或那样的裂缝，在今后的工程实践中仍然需要付出不懈的努力，不断进行新的探索。