建筑工程中大體積混凝土的裂縫防控

沈盈盈 施軍

摘 要：隨著社會的發(fā)展，技術(shù)的進(jìn)步，大體積混凝土因其截面大、厚度大、具有更強(qiáng)的抗壓性能而被廣泛運(yùn)用于建筑工程的基礎(chǔ)底板、結(jié)構(gòu)梁、大型設(shè)備基礎(chǔ)等部位。也正是因?yàn)榇篌w積混凝土截面大、厚度大的特點(diǎn)，使其更容易出現(xiàn)混凝土裂縫。本文將根據(jù)大體積混凝土的裂縫成因，從材料、施工、養(yǎng)護(hù)等幾方面來探討大體積混凝土施工時(shí)如何預(yù)防裂縫的出現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：大體積混凝土；裂縫；防裂

0 引言

大體積混凝土結(jié)構(gòu)斷面尺寸比較大，混凝土澆筑后，由于水泥水化作用釋放大量的熱量，使混凝土內(nèi)部溫度急劇上升，使混凝土內(nèi)外會形成較大的溫差，而混凝土是脆性材料，抗拉強(qiáng)度只是抗壓的1/10左右，拉伸變形能也很小。當(dāng)溫度下降時(shí)，混凝土所受的拉應(yīng)變超過其抗拉應(yīng)變的能力就會產(chǎn)生開裂。由于大體積混凝土有以上的自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，國內(nèi)外工程經(jīng)驗(yàn)表明，要防止大體積混凝土出現(xiàn)危害性裂縫，需要精心設(shè)計(jì)、精心施工、精心養(yǎng)護(hù)。

1 大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因

1.1 溫度變形

溫度應(yīng)力是由溫差引起的變形造成的，溫差越大，溫度應(yīng)力也越大。大體積混凝土的內(nèi)部溫度主要由澆筑溫度、水泥水化熱等原因引起。水泥在水化過程中會產(chǎn)生一定的熱量，由于大體積混凝土截面厚度大，水化熱聚集在結(jié)構(gòu)內(nèi)部不易散發(fā)，所以會導(dǎo)致大量的熱量聚集，引起混凝土內(nèi)部急劇升溫，而大體積混凝土的外部溫度則散發(fā)較快。

1.2 濕度變形

大體積混凝土的濕度變形包括混凝土的干燥收縮、碳化收縮等。混凝土的拌合水中，只有約20%的水分是水泥水化所需要的，其余80%都是要被蒸發(fā)掉的。混凝土中多余水份的蒸發(fā)是引起混凝土體積收縮的主要原因之一。這種干燥收縮變形不受約束條件的影響，若存在約束，就會產(chǎn)生收縮應(yīng)力，引起混凝土裂縫。除干燥收縮外，混凝土還產(chǎn)生碳化收縮，碳化收縮是空氣中的二氧化碳與混凝土水泥石中的氫氧化鈣反應(yīng)生成碳酸鈣，釋放出結(jié)合水導(dǎo)致混凝土收縮，產(chǎn)生裂縫。

2 大體積混凝土裂縫防控措施

2.1 施工準(zhǔn)備工作

大體積混凝土施工應(yīng)同時(shí)滿足生產(chǎn)工藝、施工工藝和設(shè)計(jì)規(guī)范的要求。一是在選擇模板時(shí)，應(yīng)盡量選擇保溫效果好的模板，大體積混凝土施工可供選擇的模板有木模板、鋼模板和鋼木模板，其中木模板保溫效果較好，而鋼模板因?qū)彷^快，對保溫不利，采用時(shí)應(yīng)滿足溫控要求。二是施工前，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況驗(yàn)算大體積混凝土澆筑塊體的溫度應(yīng)力和收縮應(yīng)力，制訂溫度控制技術(shù)方案，有效控制施工階段大體積混凝土的內(nèi)外溫差、升溫峰值以及降溫速率，防止施工中產(chǎn)生有害溫度裂縫，確保施工質(zhì)量。三是由于混凝土必須連續(xù)澆筑，因此在施工現(xiàn)場需備用一臺泵車和一臺發(fā)電機(jī)，以防停電或機(jī)械故障等突發(fā)情況影響混凝土澆筑質(zhì)量。

2.2 施工材料的選用及混凝土配合比的確定

2.2.1 材料選擇

水泥的選擇：根據(jù)實(shí)驗(yàn)[1]及長期的實(shí)踐表明，大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的主要原因就是水泥水化過程中釋放了大量的熱量，因此，在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，大體積混凝土施工中應(yīng)盡量選用低熱或者中熱的礦渣硅酸鹽水泥、火山灰水泥，并盡量降低混凝土中的水泥用量，以降低混凝土的溫升，提高混凝土硬化后的體積穩(wěn)定性。

骨料的選擇：骨料按其粒徑大小分為粗骨料和細(xì)骨料兩種。通常骨料要占混凝土體積的70%—80%，因此，骨料質(zhì)量的優(yōu)劣對混凝土各項(xiàng)性質(zhì)的影響很大 [2]。在選擇粗骨料時(shí)，可根據(jù)施工條件，盡量選用粒徑較大、質(zhì)量優(yōu)良、級配良好的石子，既可以減少用水量，也可以相應(yīng)減少水泥用量，還可以減小混凝土的收縮和泌水現(xiàn)象。

2.2.2 配合比的確定

為了避免大體積混凝土由于水泥水化速率過快而形成過大的溫度應(yīng)力，混凝土的強(qiáng)度等級應(yīng)大于C20，可采用混凝土試件60天后的強(qiáng)度作為混凝土配合比設(shè)計(jì)、交工驗(yàn)收及評定的依據(jù)。在進(jìn)行大體積混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)，在確保滿足設(shè)計(jì)所要求的混凝土強(qiáng)度、耐久性及工作性的前提下，應(yīng)盡量減少水泥劑量，并以降低大體積混凝土升溫速度為原則，以此降低混凝土澆筑時(shí)的降溫速率和內(nèi)外溫差控制的難度，同時(shí)減少后期養(yǎng)護(hù)費(fèi)用。

2.3 大體積混凝土的澆筑與養(yǎng)護(hù)

2.3.1 大體積混凝土的澆筑

大體積混凝土澆筑前，應(yīng)根據(jù)工程實(shí)際情況制定合理的澆筑方案，澆筑方案除應(yīng)滿足每一處混凝土在初凝以前就被上一層新混凝土覆蓋并搗實(shí)完畢外，還應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)大小、鋼筋疏密、預(yù)埋管道和地腳螺栓的留設(shè)、混凝土供應(yīng)情況以及水化熱等因素的影響。

大體積混凝土的澆筑可分為整體分層澆筑、推移式連續(xù)澆筑、斜面分層推移式澆筑三種（圖 1，其中數(shù)字表示澆筑順序），澆筑過程中不得隨意留施工縫，應(yīng)根據(jù)所采用的振搗器振搗深度及混凝土施工和易性來確定混凝土的攤鋪厚度。采用泵送混凝土?xí)r，其攤鋪厚度宜控制在600mm內(nèi)，而采用非泵送混凝土?xí)r，其攤鋪厚度宜控制在 400mm 內(nèi)；由于泵送的混凝土水灰比偏大，大體積混凝土在澆筑過程中普遍存在表面泌水現(xiàn)象，當(dāng)泌水現(xiàn)象較嚴(yán)重且沒有及時(shí)清除時(shí)，會降低混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和耐久性，因此澆筑時(shí)應(yīng)及時(shí)清除其表面泌水，保證混凝土的澆筑質(zhì)量。另外，混凝土澆筑時(shí)，應(yīng)盡量縮短層間施工的時(shí)間間隔，在前層混凝土初凝前必須將次層澆筑完畢，且振搗上一層混凝土?xí)r，振搗棒要插入下層混凝土內(nèi)5cm左右，保證兩層混凝土之間能夠融合一體，防止出現(xiàn)施工冷縫。

圖1 整體分層連續(xù)澆筑（左）、推移式連續(xù)澆筑（中）、斜面分層推移式澆筑（右）

整體分層澆筑（圖1 左），就是將整個大體積混凝土構(gòu)件分成厚度不大的若干層，一次澆筑全面的一層，再回頭澆筑上面一層，這樣做容易形成水平施工縫，適合于厚度較大、面積不大的大體積混凝土澆筑。

推移式連續(xù)澆筑（圖1 中），就是澆筑點(diǎn)不斷往前移動，澆筑點(diǎn)前面的混凝土自然流淌成斜面，澆筑點(diǎn)后面的混凝土澆筑到設(shè)計(jì)標(biāo)高，該方法適用于混凝土澆筑面積大、澆筑能力不足且一次連續(xù)澆筑厚度小于 3m的大體積混凝土工程。

斜面分層推移式澆筑（圖1 右），就是將混凝土分成若干層澆筑，但是每一層都不完全澆筑到頭，下一層澆筑一部分后，回頭澆筑上一層，逐步形成階梯形澆筑層次，這種適合于面積和厚度都比較大的大體積混凝土澆筑。

大體積混凝土在澆筑時(shí)合理安排施工順序可提高混凝土的整體性，有效控制裂縫。澆筑時(shí)在混凝土內(nèi)部埋設(shè)冷卻管，通入循環(huán)水以帶走部分熱量，可降低混凝土內(nèi)部溫度，減小內(nèi)外溫差，亦有效控制裂縫形成。

2.3.2 大體積混凝土的養(yǎng)護(hù)

大體積混凝土澆筑完畢后，應(yīng)根據(jù)規(guī)范要求的溫控技術(shù)方法對混凝土進(jìn)行保溫養(yǎng)護(hù)，所采用的養(yǎng)護(hù)措施，應(yīng)能有效控制混凝土的降溫速度和內(nèi)外溫差，混凝土的內(nèi)外溫差不宜超過25℃。同時(shí)保溫養(yǎng)護(hù)時(shí)間應(yīng)根據(jù)混凝土收縮產(chǎn)生的溫度應(yīng)力來進(jìn)行控制和確定，對采用硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥或礦渣硅酸鹽水泥拌制的混凝土保溫養(yǎng)護(hù)時(shí)間不得少于7d；對摻用緩凝型外加劑或有抗?jié)B要求的混凝土保溫養(yǎng)護(hù)時(shí)間不得少于14d。保溫養(yǎng)護(hù)時(shí)應(yīng)使混凝土表面保持濕潤，并在保溫養(yǎng)護(hù)時(shí)間達(dá)到要求后逐步分層拆除保溫覆蓋層。

3 結(jié)語

隨著建筑業(yè)的發(fā)展，大體積混凝土在建筑結(jié)構(gòu)中的作用不容小覷，通過本文的分析，要控制大體積混凝土的質(zhì)量，首先得有效防止混凝土裂縫的出現(xiàn)，而預(yù)防混凝土裂縫的出現(xiàn)，最主要是控制混凝土的溫度應(yīng)力，而要很好地控制溫度應(yīng)力必須嚴(yán)格把好材料關(guān)、施工關(guān)、養(yǎng)護(hù)關(guān)，任何一關(guān)的疏忽都有可能影響最終的混凝土質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]周麗強(qiáng).大體積混凝土水化熱影響因素的分析研究[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì).2015（8）.

[2]符芳.建筑材料[M]（第二版）.南京：東南大學(xué)出版社，2001.1：92-100.