利用混凝土的松弛特性控制大體積混凝土裂縫

尉來(lái)邦 趙 云

大同二電廠二期擴(kuò)建2×600 MW機(jī)組鍋爐基礎(chǔ)為柱下板式基礎(chǔ)，基礎(chǔ)底板面積3 717 m2，底板厚2．7 m，混凝土方量為10 036 m3，設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C30，混凝土需一次澆筑，不留施工縫，基礎(chǔ)埋深為-6．0 m。坐落在第Ⅱ?qū)由巴辽稀?/p>

1 控制混凝土產(chǎn)生裂縫的幾項(xiàng)措施

鍋爐基礎(chǔ)厚度為2．7 m，混凝土方量為1萬(wàn)多立方米，屬大體積混凝土施工。大體積混凝土施工主要是控制溫度裂縫，混凝土溫度裂縫分內(nèi)約束裂縫和外約束裂縫，在施工中控制混凝土內(nèi)外溫差小于《規(guī)范》規(guī)定的25℃，防止由于內(nèi)約束引起表面裂縫，同時(shí)主要控制混凝土緩慢降溫和收縮，充分發(fā)揮混凝土的松弛特性，減小混凝土外約束應(yīng)力，使其小于混凝土的抗拉強(qiáng)度，防止混凝土產(chǎn)生貫穿性的有害裂縫。

1． 1 優(yōu)化配比設(shè)計(jì)，降低混凝土內(nèi)部溫升

混凝土設(shè)計(jì)為C30，在征得設(shè)計(jì)院同意后用R60代替R28強(qiáng)度降低水泥用量，同時(shí)，在混凝土中采用“雙摻”技術(shù)，摻15%粉煤灰代替部分水泥，摻2%UNF-3B(山西黃河化工廠產(chǎn))的高效減水劑，延長(zhǎng)混凝土的緩凝時(shí)間(經(jīng)試驗(yàn)室度配混凝土緩凝時(shí)間為5 h～7 h)，滿足混凝土澆筑時(shí)使用條件，鍋爐基礎(chǔ)C30混凝土配比(單方用量)水泥:348 kg、砂 744 kg、石子 1 117 kg、粉煤灰92 kg、水 180 kg、UNF-3B 高效減水劑 8．8 kg。

1． 2 控制混凝土入模溫度

鍋爐基礎(chǔ)混凝土澆筑在10月份初進(jìn)行，當(dāng)時(shí)氣溫較低，平均氣溫在12℃左右，根據(jù)熱工計(jì)算，混凝土入模溫度為21℃ ～24℃，為進(jìn)一步降低混凝土入模溫度，對(duì)進(jìn)廠的水泥提前完成與生產(chǎn)廠家聯(lián)系，建立水泥儲(chǔ)存罐，降低水泥進(jìn)廠溫度，因施工時(shí)所用水泥為散裝水泥，其溫度達(dá)60℃ ～90℃，根據(jù)計(jì)算，水泥溫度每升高10℃，入模溫度提高1℃，通過降低水泥溫度，可使混凝土入模溫度降低5℃ ～6℃，保證了較低的混凝土入模溫度(Tλ在18℃ ～16℃)。

1． 3 材料方面

水泥采用大同新龍水泥廠生產(chǎn)的32．5礦渣硅酸鹽水泥，礦渣硅酸鹽水泥不僅水化熱低而且其自身收縮不膨脹變形，盡管變形不大，但對(duì)混凝土的抗裂是有益的。粉煤灰采用神頭電廠的Ⅰ級(jí)粉煤灰，摻加15%的粉煤灰不僅可以節(jié)約水泥，降低水化熱(約15%)，同時(shí)可改善混凝土質(zhì)量，增加混凝土的抗裂性能，砂、石子都采用當(dāng)?shù)氐闹猩昂?．5 cm～3 cm的碎石，主要控制砂、石子的含泥量(砂的含泥量嚴(yán)格控制小于3%，石子含泥量小于1%)，提高混凝土的抗拉強(qiáng)度。

1． 4 施工工藝

混凝土澆筑采用斜面分層，薄層澆筑(約300 mm～400 mm一層)一次到頂?shù)臐仓椒?，在不留施工縫的前提下盡量加大混凝土的散熱面積，混凝土振搗采用二次振搗技術(shù)，在澆筑下一層混凝土?xí)r，對(duì)上層混凝土進(jìn)行二次振搗，增加混凝土的密實(shí)度，減小混凝土內(nèi)部裂縫和提高混凝土的強(qiáng)度，對(duì)于混凝土分層澆筑時(shí)灰漿較多的部位投入同配比相同的石子再進(jìn)行振搗，混凝土表面用刮杠刮平，木抹子搓平后，再用鐵抹子壓光，以消除混凝土表面的裂縫。

1． 5 增加表面抗裂鋼筋網(wǎng)片

鍋爐基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)在中間設(shè)Φ20@600雙向兩層溫度筋，防止裂縫的產(chǎn)生，在施工時(shí)表面又增加Φ10@150的抗裂鋼筋網(wǎng)片，防止混凝土表面裂縫產(chǎn)生。

1． 6 加強(qiáng)混凝土的保濕保溫養(yǎng)護(hù)

混凝土澆筑的前5天為混凝土升溫階段，此時(shí)混凝土內(nèi)部為壓應(yīng)力，不會(huì)產(chǎn)生裂縫，加強(qiáng)保濕養(yǎng)護(hù)，側(cè)面用竹膠模板支設(shè)，保濕效果好，表面有塑料布一層緊貼混凝土表面覆蓋，防止混凝土水分蒸發(fā)，蓋麻袋兩層保濕養(yǎng)護(hù)，根據(jù)測(cè)溫混凝土5 d后開始降溫，應(yīng)加強(qiáng)保溫養(yǎng)護(hù)，側(cè)面及表面用δ=60 mm厚的巖棉被覆蓋，外側(cè)用塑料布一層覆蓋。

通過上述措施，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，混凝土入模溫度T1=14℃ ～18℃，混凝土5 d后達(dá)到最高溫度62℃，混凝土最高溫升T2=62-16=46℃，與理論計(jì)算基本相符，T1理論=WQ/Cr=348×334×103/2 400×0．96×103=50．4×0．91=46 ℃(考慮0．91的散熱系數(shù))，5 d后混凝土開始降溫，降溫速率0．7℃/d～1℃/d。

2 利用混凝土的松弛特性控制混凝土貫穿性裂縫

混凝土不是一種簡(jiǎn)單的脆性材料，它具有流變特性，如果盡力降低荷載速度(或降低約束變形速度)它的極限拉伸強(qiáng)度可以提高1倍～3倍，在大體積混凝土裂縫控制中求得的最大應(yīng)力乘以松弛系數(shù)H(t，τ1)(即松弛應(yīng)力與彈性應(yīng)力σx(T1)之比值)反映這一性質(zhì)，忽略齡期影響，松弛系數(shù)與發(fā)生約束變形后經(jīng)歷的時(shí)間t關(guān)系可按表1取值。

表1 松弛系數(shù)與發(fā)生約束變形后經(jīng)歷的時(shí)間t的關(guān)系

鍋爐基礎(chǔ)施工在10月份進(jìn)行，混凝土澆筑完畢進(jìn)入冬期施工，根據(jù)進(jìn)度計(jì)劃不再進(jìn)行其他結(jié)構(gòu)施工，故對(duì)側(cè)面需填土保溫養(yǎng)護(hù)，上面繼續(xù)覆蓋好保溫材料保溫，使混凝土緩慢降溫，緩慢地收縮，充分發(fā)揮混凝土的應(yīng)力松弛特性，即利用“時(shí)間控制裂縫”。

1)鍋爐基礎(chǔ)中心混凝土60 d的測(cè)溫記錄見表2。

表2 鍋爐基礎(chǔ)中心點(diǎn)溫度觀測(cè)

2)混凝土60 d的實(shí)際測(cè)溫曲線見圖1。

圖1 混凝土60 d的實(shí)際測(cè)溫曲線

3)混凝土60 d最大溫度應(yīng)力計(jì)算:

a．溫差T'=T1+T2=62-24=38℃。

b．兩個(gè)月(60 d)收縮值:

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

收縮應(yīng)力溫差:T″=ξy/σ =1．46 ×10-4/10×10-6=14．6 ℃。

總降值差:T=T'+T″=-(38+14．6)=-52．6 ℃。

c．驗(yàn)算基礎(chǔ)第60天最大拉應(yīng)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(由于保溫較好，混凝土緩慢降溫，應(yīng)力松弛系數(shù)取0．3)。

從上面計(jì)算及實(shí)測(cè)結(jié)果可知:混凝土緩慢降溫和收縮，充分發(fā)揮混凝土的應(yīng)力松弛特性，是控制大體積混凝土產(chǎn)生貫穿性裂縫的有效措施。

［1］ 敬 敏．大體積混凝土裂縫成因及治理［J］．山西建筑，2010，36(17):161-162．