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摘要：本文结合基础底板（30.05×13.4×3.0m）及基础上部结构（31.25×13.8×3.2m）的施工，谈一下大体积砼施工中的裂缝控制。
关键词：大体积砼；裂缝；裂缝控制
从裂缝的形成过程可以看到，砼特别是大体积砼之所以开裂，主要是砼所承受的拉应力和砼本身的抗拉强度之间的矛盾发展的结果。因而为了控制大体积砼裂缝，就必须尽最大可能提高砼本身抗拉强度性能和降低抗应力（特别是温度应力）这两方面综合考虑。抗拉强度主要决定于砼的强度等级及组成材料，要保证抗拉强度关键在于原材料的优选和配合比的优化（砼强度等级设计已经确定），由于砼选用地材，从经济角度来考虑，原材料优化的空间相对较小，所以降低拉应力是控制砼裂缝的有效途径，而降低拉应力主要通过降低温度应力和沉缩应力来控制温度裂缝和沉缩裂缝，下面着重谈一下温度裂缝的控制。
一、温度裂缝产生的主要原因：
一是由于温度应力较大引起的，砼结构在硬化期间，水泥水化放出大量水化热，内部温度不断上升，使砼内部和表面温差较大，砼内部膨胀高于外部，此时砼表面受到很大的拉应力，而砼的早期抗拉强度很低，因而出现裂缝。这种温差一般仅在表面处较大，离开表面就很快减弱，因此裂缝只在接近表面的范围内发生，表面层以下结构仍保持完整。二是由结构温差较大，受到外界的约束引起的，当大体积砼浇筑在约束地基（例如桩基）上时，又没有采取特殊措施降低、放松或取消约束，或根本无法消除约束，极易发生发展、深进，直至贯穿的温度裂缝。
二、温度裂缝形成的过程：
一般分为三个时期：一是初期裂缝，就是在砼浇筑的升温期，由于水化热使砼浇筑后2—3天温度急剧上升，内热外冷引起“约束力”，超过砼抗拉强度引起裂缝。二是中期裂缝，就是水化热降温期，当水化热温升到达峰值后逐渐下降，水化热散尽时结构物的温度接近环境温度，此间结构物温度引起“外约束力”，超过砼抗拉强度引起裂缝。三是后期裂缝，当砼接近周围环境条件之后保持相对稳定，而当环境条件下剧变时，由于砼为不良导体，形成温度梯度，当温度梯度较大时，砼产生裂缝。
三、温控指标：
温度裂缝的产生一般是不可避免的，如何把其控制在规范允许的范围之内，要进行有效的控制，就必须进行科学预测，以保证控制的准确性。对温度应力的控制现场一般是进行温控。采用的温控指标为：
四、温度应力的计算：
以某工程基础底板（30.05×13.4×3.0m）为例，测温采用电子测温仪进行，砼浇灌前埋设测温线及测温管，利用电子测温仪读取温度数据。养护期间前3d（天）每8h（小时）测温一次，第4d以后每4h测温一次，当砼内外温差小于10℃时停止测温。当砼内外温差大于25℃时，作好记录。增加覆盖厚度防止测砼因温差过大而产生裂缝。（测温点布置见下图）
大体积砼结构出现贯穿或深进裂缝，主要是由于平均降温差和收缩差引起的收缩应力大于砼此时的抗拉应力而产生裂缝。基础砼标号按C30计算，采用矿渣425水泥，其掺量为400kg/m3，收缩应力计算过程如下：
应力计算公式为：
式中：σ—砼的温度（包括收缩）应力（N/mm2）
E（t）—砼的弹性模量（N/mm2），一般取平均值
α—砼的线性膨胀系数，取10×10-6（1/℃）
H（t）—考虑徐变影响的松弛系数，按下表取用
荷载持续时间t，砼的松弛系数H（t）
R—砼的外约束系数，当为岩石地基时，R=1，当为可滑动的垫层时，R=0，一般土地基取0.25-0.5
ν—砼的泊松比，取0.15，以上各参数的计算公式如下：
上面公式中：
T0—砼的入模温度（℃）
T（t）—砼水化热绝热温升值（℃）
Ty（t）—砼收缩当量温差（℃）
Th—砼浇筑后达到稳定时的温度（℃）
C—每立方m砼水泥用量kg/m3
Q—每公斤水泥水化热量（J/kg）
c—砼的比热（J/kg.K）
ρ—砼质量密度，取2400kg/m3
e—常数，为2.718
ξy（t）—各龄期砼的收缩相对变形
α—砼的线膨胀系数，取10×10-6
m—与水泥品种、浇捣时间有关的经验系数，取0.3
t—龄期（d）取5d、7d和15d
ξy0—标准状态下的最终收缩量，取3.24×10-4
M1、M2、…Mn—考虑各种非标准条件的修正系数，可查《简明施工计算手册》458页表5-55取得。
E（t）—砼从浇筑后至计算时的弹性模量（N/mm2）
Ec—砼的最终弹性模量（N/mm2）
d—砼从浇筑后到计算时的天数
（1）按5天龄期计算：
由公式（3）得
由公式（4）得
根据《混凝土结构计算手册》第1页可知：5天混凝土抗拉强度为0.9N/mm2，小于降温温差收缩应力，混凝土表面会产生裂缝。因此，我们通过在基础表面覆盖塑料布和草袋，提高混凝土表面的温度，即Th提高，根据以往施工经验，通过保温养护，混凝土表面温度可达30℃，此时的温差为：
由公式（2）
由此可见，基础表面通过覆盖保温将温度提高到30℃以上时，混凝土表面不会产生温度裂缝。
（3）按15天龄期计算：
由公式（3）得
根据《混凝土结构计算手册》第1页可知：15天混凝土抗拉强度为1.5N/mm2，小于降温温差应力，混凝土表面会产生裂缝。因此，我们通过在基础表面覆盖塑料布和草袋，提高混凝土表面的温度，即Th提高，根据以往施工经验，通过保温养护，混凝土表面温度可达30℃，此时的温差为：
产生的应力为：
由此可见，基础表面通过覆盖保温将温度提高到30℃以上时，混凝土表面不会产生温度裂缝。
根据5天、7天、15天的计算可知，在冬季大体积混凝土施工时，通过保温养护使表面温度达30℃时，可避免大体积混凝土表面出现降温温差裂缝。
（4）计算依据：
a．《简明结构计算手册》456-463页。
b．《混凝土结构计算手册》第一页。
五、现场施工方案的选定
在选定施工方案时，根据现场条件，为保证降温速度和保湿养护，施工中选砖模（砖模为24墙，高1.5m）和钢模配合施工，砖模外用土填实，内铺塑料薄膜，拆除钢模后立即回填土。
大体积砼施工，为使水化热及时释放，分层浇筑振捣最好。我单位准电现场搅拌站布置一台HZS50m3/h固定式搅拌机和一台MOB60移动式搅拌机，实际浇筑速度按50m3/h，以每层30cm，砼初凝时间以6小时计，最大浇筑面积约1000m2，基础底板（30.05m×13.4m）面积402.67m2，基础上部结构（31.25×13.8×3.2m）面积376.67m2，所以基础底板采用分层浇筑，上部结构采用斜面分层浇筑。用二台泵车四辆罐车配合浇筑，一台泵车和一辆罐车备用。
六、温度控制
在浇筑完砼后，采用测温棒和电子测温仪测温。测温棒测入模温度和表层温度，测温导线测砼底层和中间层温度。从浇筑开始测温（包括入模温度，环境温度），并及时抹压（特别是初凝前）和保温保湿养护。浇筑完后根据温控指标，及时调整保温保湿养护条件。
注：1、浇筑#1基础底板时，天气阴，时有小雨。
2、浇筑#2基础底板时，天气晴朗，上午8：00开始浇筑。
#1基础底板浇筑完后，用人工清理掉砼表层浮浆，并在砼初凝前，用木抹子反复在砼表面拉毛三次，初凝后，先铺一层塑料薄膜保湿保温，然后根据砼内部温升再外加一层麻袋片，最后浇水养护，并能降低砼内部温度。拆模后基础底板无超标裂缝，无施工缝。
#2基础底板浇筑前，根据#1基础底板内部温升过高及内外温差接近超标的情况，在#2基础底板内提前埋设了双层降温水管，底板表面下1m和2m各一层，通冷却水，每层一进一出，底板横向进出水间距为3m，浇筑完后砼养护方法同#1机，实践证明#2基础底板浇筑完后，砼内外温差始终没有超过20℃，拆模后基础底板表面无裂缝。
在#1基础运转层结构施工时，针对当时准电现场冬季温度低的特点（-8℃左右），在浇筑#1基础运转层结构砼时，在基座运转层大梁底以上四周用脚手架及毡布搭设保温棚，同时在运转层大梁下及两梁之间设置了10个2000KW的电暖器，提高施工时环境温度；另外砼用热水搅拌，并在砼放入泵车处加挡风屏，泵管用岩棉被包裹，提高了砼的入模温度。梁侧加挂双层岩棉被，砼表面先铺一层塑料薄膜保湿，另加一层岩棉被保温，以保证温控要求，同时由于汽基上部钢筋较密，砼不易浇筑，并易离析。加强二次振捣，多次抹压。最终#1汽基上部结构无论是表观质量，还是内在质量都符合规范要求。
在#2基础运转层结构施工时，当时房已实现暖封闭，施工环境有所改善。但环境气温相当低仅有-15℃，为了提高施工时环境温度，我们加大了保温措施，在#1基础运转层结构施工保温挡风的基础上，把保温挡风毡布从零米地面开始挂起，同时在运转层大梁下及两梁之间用φ159管通供暖气，使施工环境温度大大提高到10℃左右。砼浇筑完后，在梁侧梁底均挂双层岩面被，梁表面用塑料及岩面被保湿保温。测温结果表明，砼的内外温差始终控制在规范允许范围内，拆模后可以看出温度裂缝得到了有效控制，基本无裂缝产生。
通过对准电现场几个大体积砼计算温升与实测结果对比，差异较大，原因主要为：温度影响系数受多种因素影响，其中温度、湿度、散热界面（土、空气等），降温措施、初凝时间、风速、温差等影响较大。为防止降温过快而形成大的温度梯度，夏季根据砼温升采取通冷却水，先用塑料薄膜保湿，后加麻袋片保温，再浇水降温养护；冬季采取搭设保温棚，加电暖器或通暖气。结果证明这些方法对温度影响系数的改变是非常有用的，施工中的控制也是非常成功的。
当然砼沉缩裂缝在大体积砼（特别是泵送大流态砼）施工中也是非常多的。主要原因是振捣不密实，沉实不足，或者骨料下沉，表层浮浆过多，砼浇筑后，初凝前没有及时抹压实且表面覆盖不及时，受风吹日晒，表面水份散失快，产生干缩，砼早期强度又低，不能抵抗这种变形而导致开裂。
在施工中采用缓凝型泵送剂，延缓砼的凝结硬化速度，充分利用外加剂（特别是缓凝剂）的特性，适时增加抹面次数，消除表面裂缝（特别沉缩裂缝和初期温度裂缝），特别是初凝前的抹压，这对消除表面裂缝是非常行之有效的。象在#1基底板施工中，刚开始浇筑砼不久，就开始下小雨，而我们不能停止浇筑，在砼水化初期，由于水灰比增大，水化速度加快，水化热积聚，温升较快，一方面加强初凝前的抹压，一方面我们采取措施降温，充分利用砼硬化期间松驰特性（特别是缓凝剂对其影响），最终砼无有害裂缝产生。
七、结束语
通过准电现场几个大体积砼施工，总结下面几点值得借鉴：
1、优化配合比，先用良好级配的骨料，严格控制砂石质量，降低水灰比，选用低热水泥，并在砼中掺加粉煤灰和减水剂等，以降低水泥用量，减少水化热，并尽量选用后期强度（90或120天），降低水泥量，并延缓峰值，以降低砼最高温升，降低砼所受的拉应力。
2、尽量薄层浇筑砼，减缓浇筑速度，加快热量散失（改变λ的条件），使温度场分布均匀，同时加强振捣，提高砼弹性模量。
3、延长初凝时间，使砼充分沉实，同时加强初凝前的抹压，以消除初期裂缝，并加强早期养护，提高砼抗拉强度。
4、砼浇筑后，应尽快回填土——土是砼最好的养护材料之一，目前这是砼保温保湿养护的最有效方法，对预防裂缝是非常有益的。
5、加强插筋位置的振捣、抹压、养护。由于钢筋是热的良导体，易产生大的温度梯度，这是裂缝产生的一个主要环节。
6、在截面改变部位，一定要加强预测，并保证预测的科学性。同时在实施过程中，要切实落实施工方案。
7、在砼易裂缝部位埋设应力应变传感片，直接测试拉应力，以便更直接控制砼（调节保温保湿养护条件，保证温度梯度），确保砼不裂缝。
8、在基础面筋上加设铁丝网或小直径钢筋网，以提高砼表面抗裂性（中间温度筋可去掉）。
9、大体积砼最好选在春秋季施工，以降低入模温度。若在夏季施工，最好采取通冷却水，有效降低砼内部温度，控制温差。
参考文献：
1、王铁梦：《建筑物的裂缝控制》上海科技出版社1987年
2、《现行建筑施工手册》中国建筑工业出版社1996.5
论文作者:江阔
论文发表刊物:《基层建设》2016年11期
论文发表时间:2016/8/8
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