水工结构大体积砼裂纹控制浅析

高红成 范小培

摘 要：通过分析大体积砼产生裂纹的原因，根据已往工程施工经验，对大体积砼裂纹防治，从环境、原材料、施工等环节提出预防控制措施。

关键词：水工结构；大体积砼；裂纹；控制措施

一、概述

大体积砼裂纹主要是由于砼水化热使在砼强度增长的过程中，由于升温膨胀、降温收缩、湿度变化、自身和外界相关约束、外界环境等因素影响，砼抗拉平衡破坏，导致砼开裂，甚至产生贯穿型裂纹，影响砼构件的结构、耐久性及外观质量。

在我国《大体积砼施工规范》GB50496-2009里规定：砼结构物实体最小几何尺寸不小于1m的大体量砼，或预计会因砼中胶凝材料水化引起的温度变化和收缩而导致有害裂缝产生的砼，称之为大体积砼。

在水工结构建筑构建中，高桩码头的横梁、纵梁，重力式码头的沉箱、重力块等大部分结构均为大体积砼。本文仅以施工过得神华电厂码头重件墩台为例，对大体积砼裂纹产生的原因及技术措施进行浅析，为以后水工项目大体积砼施工提供经验。

二、砼裂纹产生的主要原因分析

1、温度裂纹

大体积砼在其强度增长过程中，由于水泥水化热的作用，内部温度不断升高，加之砼导热性能差，表面温度较低，内部膨胀，产生温度应力。在砼降温阶段，内部温度和表面温度也存在较大温差，即存在较大温度应力。另外，砼受地基及老砼约束，限制砼变形，在砼降温收缩阶段，较为明显。温度应力和约束力达到砼抗拉极限时，在砼表面内部便出现开裂现象。砼水化热较高、砼搅拌不均匀，砼浇筑分块体积大、构件不规则起伏较大、后期养护不利等，均对温度裂纹有较大影响。温度应力约束也是大体积砼开裂的主要原因。

2、沉降裂纹

由于地基或浇筑砼底模有不均匀沉降，或砼振捣不到位，密实度不均匀等，在浇筑砼初期会出现沉降裂纹。

3、干缩裂纹

砼浇筑初期，由于温度高、干燥、风速等外进因素影响，砼表面水分损失较大，表面和内部湿度差异大，表面发生干缩变形，产生干缩变形。

三、大体积砼裂纹控制措施

江西神华电厂码头工程平台长409m，宽22m，为高桩梁板结构。其中墩台长36.6m，宽29m，高2.5m，共浇筑砼2653.5m3。项目部通过方案策划和施工质量控制，重件墩台鲜有裂纹出现。项目部在大体积砼施工的裂纹防控方面，主要从以下几个方面采取措施：

1、原材料控制

水泥：大体积砼开裂的主要原因是温度应力产生的，而砼的热源主要是砼中水泥的水化热造成的，所以降低水泥的水化热对砼的裂纹控制有重要作用。水泥的水化热主要影响因素是水泥的矿物成分和细度。所以降低水泥中的主要制热矿物铝酸三钙和硅酸三钙含含量，在不影响水泥活跃性的情况下，适当降低水泥的细度，均对降低水泥的水化热产生影响。

掺加外掺料：考虑经济性和降低水泥用量，常采用粉煤灰、矿粉等作为砼的外掺料，利用外掺料的活性，与水泥水化物进行二次反应，来代替部分水泥用量。同时，由于增加了二次反应的界面，使砼中的介质分散更为均匀，降低了砼中的孔隙率，使结构更加密实，降低了砼的收缩。但由于粉煤灰的密度小于水泥的密度，使得砼在振捣过程中，粉煤灰容易上浮，砼表面强度降低，容易形成表面收缩裂纹。施工过程中选择合理的的粉煤灰掺量，并做好养护工作，可较好的控制表面裂纹。

粗骨料：碎石等骨料料粒径越大，级配越好，孔隙率越小，总表面积越小，单位体积内用水泥水泥用量就越小，从而降低水化热，有利于防止裂缝的产生。

细骨料：砂子等细骨料宜采用级配良好的中砂和中粗砂，因为其孔隙率小，总表面积小，砼中所用水泥用量就相应减少，水化热就低，对防裂缝有利。同时，要严格控制细骨料中的含泥量，含泥量越大，砼的收缩性就越大，越容易产生裂缝。

外加剂：工程上常用的外加剂有减水剂、膨脹剂等，外加剂的掺入对砼的抗裂性能也十分有利。首先，减水剂能延缓砼的凝结时间，推迟砼温度上升，降低峰值温度，从而降低内外温差，对控制裂纹有利。其次，减水剂的掺入，可减低水泥和水的用量，从而降低砼水化热及过多的水分蒸发造成的砼表面的收缩裂纹。再次，微膨胀剂的加入可一定程度上补偿砼收缩，对砼的收缩裂纹控制有利。

2、配合比控制

从降低砼的水化热出发，配合比设计时，在保证砼强度和工作性能的前提下，通过调整各组分的含量，尽量降低水泥的用量，合理控制水和外加剂的用量，严把砂石质量关，选用大粒径连续级配，合理选用粉煤灰掺量，从配合比上对砼的水化热进行控制。同时砼配合比设计时，常在易开裂的砼结构中掺假纤维（钢纤维、比例纤维等），与砼原材料一起搅拌后，进行构件浇筑，以增加砼的抗裂性能，对砼抗裂有利。

在本项目施工中，墩台砼标号为C30，项目部试验室经过多次试配，最后选用的配合比（kg/m3）为：水泥：粉煤灰：砂：碎石：纤维：水：外加剂---300：75：730：1095：11：180：3。其中水泥选用中低热的普通硅酸盐水泥P.O42.5，粉煤灰为F类，Ⅱ级，砂选用中粗砂，含泥量小于3%，泥块含量小于1%，碎石为5-31.5mm，含泥量小于1%，泥块含量小于0.5%，外加剂为缓凝型高效减水剂，减水率大于18%。

3、施工工艺控制

在施工工艺方面，项目部主要从砼搅拌，施工温湿环境、分层分块施工、提高砼抗裂措施、冷水降温、施工过程控制及养护等方面采取措施，控制裂纹的产生。

搅拌控制：砼在生产时，要保证达到规定的搅拌时间，以保证砼介质的均匀性和砼的工作性能，本项目采用双卧轴搅拌机，搅拌时间控制在90s-120s。为保证砼泵送要求，塌落度控制在140mm左右。

施工温湿度：砼从原材料到施工，整个过程均应控制施工温湿度，防止产生较大的温差。夏季施工时，原材料采用覆盖遮阳等方式降低温度，采用降温处理的自来水，以降低砼的搅拌温度，运送过程中砼罐车及泵管采取隔温措施，避免燥热天气，大风天气施工，尽可能安排在温度较低夜间施工，保证砼的入模温度小于30℃，以减弱水泥水化给砼带来的升温影响。在冬季施工时，砼的入模温度应大于5℃，浇筑完毕后，做好保温措施，防止砼冷击。项目部在施工大体积墩台时，正值夏季，项目部原材料上采取遮阳棚、洒水降温等方式，降低原材料的温度。运输过程中，罐车采用保温布包裹，浇筑时间均安排在夜间，且风速小于3级的天气进行。

分层施工：大体积砼施工时，根据构件结构，采用分层、分块的方式进行浇筑施工，来降低一次性浇筑大体积砼裂纹的影响。采用分层浇筑时，常在二次浇筑前，在砼界面浇一层缓凝砂浆，来降低一次浇筑砼对二次浇筑砼约束的影响，控制砼裂纹。采用分块浇筑时，块与块之间的后浇带采用微膨胀砼，来补偿砼的收缩裂纹。

提高砼抗裂措施：在大体积砼施工时，根据温度应力计算，在砼温度应力最大的地方，增设钢丝网进行抗拉强度补偿，以增强砼的抗裂性能。本项目共分3次浇筑，第一次伸缩缝设置在中心位置，第二次浇筑离顶面高15cm位置，第三次进行面层浇筑。施工时，在第二次顶面和底面设置两层钢筋网片，来提高控制砼的抗裂性能。

埋设冷凝水管：在大体积砼施工时，常在构件钢筋绑扎完畢后，从构件中心向四纵埋设冷水降温管，在砼水化升温过程中，通入冷水，冷水不断循环，带走砼中的水化热，以降低砼的温度和内外温差。同时设置温度监控措施，通过冷凝水，严格保证砼内外温差控制在25℃内。

振捣与抹面：施工过程中，要注意砼的振捣施工，砼振捣应均匀有序进行，不得漏振或过振，做到均匀振实。同时，大体积砼最后一层浇筑完成后，要进行收面工作，做好收面工作对砼表面裂纹有益。面层抹面一般不少于四次并根据现场施工情况适当增加次数。最后一次抹面必须在砼终凝前进行。后面的几次抹面采用收光机进行机械收面。经过多次抹面和压光施工，有助于减少砼表面的干缩裂纹。一般在砼强度增长的过程中，在保证砼不缺棱掉角的情况下，按设计要求对砼面层进行切假缝施工，然后在假缝内灌注沥青，也主要是控制砼表面裂纹的规则性。

4、养护控制

砼浇筑完成后，合理有效的养护措施对砼的开裂控制尤为重要。在砼养护阶段，要注意砼水化热的散热及砼内外的温差控制，在高温环境下，特别要注重降温措施，在低温环境下要注重保温措施。常用的养护方法有，覆盖水浴法、覆水法、保温法等。覆盖水浴法是采用土工布覆盖，在其表面采用循环水不断流动，既保证了砼水化所需水分，同时循环水带走大量砼水化产生的热量。覆水法是在砼表面覆一定厚度的水，利用水具有的一定隔热性，降低砼内部和表面的温差。保温法，由于砼表面受外界环境影响较大，常采用推迟拆模时间等，降低外界环境对砼的影响，降低砼内外温差，从而达到控制砼裂纹的作用。本项目采取了覆盖土工布后冷水自流的方式进行养护，养护时间控制在14-21天。

水工结构大体积砼施工较多，砼裂纹在工程中为常出现的质量通病，影响结构性能及耐久性。本文通过已施工项目大体积砼的裂缝控制措施的经验介绍，希望对类似施工有所借鉴。

参考文献：

[1] 赵冲久. 水运工程砼施工规范 JST202-2011

[2] 董芳. 水运工程大体积砼温度裂缝控制技术规程 JTS202-1-2010

作者简介：

第一作者：高红成（1983.11-），男，朝鲜内蒙古，中级工程师，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，汉族，宁夏，中级工程师，中交二航局第三工程有限公司