大體積混凝土裂縫控制技術在工程中的應用

傅 瑋

中國新興建設開發有限責任公司，北京 100055

現階段城市地下空間不斷拓展，高層建筑數量增加，大體積混凝土也得到從業人員的關注。大體積混凝土澆筑規模比較大，結構中的溫度應力分布相對復雜，極有可能產生分布不均勻的問題。對于大體積混凝土裂縫控制技術的應用，必須重點關注自重應力和標注規模等因素，否則結構中溫度應力差過大，會產生裂縫與裂紋等病害，從而直接影響建筑工程的整體質量與使用期限。此外，對于混凝土強度與黏結性的控制，也需要采用大體積混凝土裂縫控制技術。

1 大體積混凝土裂縫類型

（1）收縮裂縫。通常收縮裂縫的分布具有不規則性，整體為網狀，裂縫比較小，分為表面裂縫、貫穿裂縫，直接影響建筑工程結構性能。當混凝土成型之后4d有可能會產生表面裂縫，此時混凝土抗拉強度不大，在收縮應力作用下形成裂縫。貫穿裂縫更多產生于大體積混凝土收縮階段，內部熱量不斷釋放產生溫度梯度收縮應力，使混凝土截面發生變形與開裂，情節嚴重時甚至會損毀混凝土截面[1]。

（2）干縮裂縫。混凝土干縮影響因素比較多，例如水灰比、水泥種類與用量等。混凝土表面水分快速蒸發，擴大變形規模，內部溫度不穩定，變形也會更加明顯，表面一旦干縮變形就會產生拉應力，進而導致裂縫。

（3）溫度裂縫。建筑工程所在地區溫差比較大，大體積混凝土表面可能產生溫度裂縫。例如施工現場混凝土澆筑結束后，水泥硬化水化熱散發，在大體積混凝土特性影響下，內部集聚了大量水化熱，因為無法快速散發使混凝土內部溫度提升[2]。為了提高混凝土表面散熱效率，難免會形成內外溫差或者混凝土表面拉應力，當拉應力超出混凝土抗拉強度的最大限值時，便會形成溫度裂縫。

2 大體積混凝土裂縫控制技術

2.1 原材料選擇與配比

大體積混凝土原材料包括水泥、粗骨料、粉煤灰和細骨料等。為了減少大體積混凝土裂縫，選擇水泥時要重點關注水化熱與凝結時間，盡可能選擇低水化熱和凝結時間較長的水泥材料，例如可以應用礦渣水泥或者粉煤灰水泥。與此同時，選定水泥種類之后，應該對比多個廠家的產品，選擇性價比最高的供貨廠家。采購選擇粗骨料時，碎石連接級配控制在5～30，含泥量與針片狀顆粒含量分別控制為1%、10%[3]。對于細骨料的選擇，以優質中粗河砂為首選，細度模數以2.3～2.7mm為最佳，含泥量不能超過2%。選擇粉煤灰時要盡可能降低粉煤灰燒失量[4]。對于外加劑的選擇，建議采用緩凝高效減水劑。

除此之外，大體積混凝土配比控制、混凝土強度應符合標準，還應該盡可能減少水泥用量，保證溫度控制效果，規避裂縫產生，通常水泥用量以350g/m3為最佳。在大體積混凝土內部摻加粉煤灰作為填充材料，可以減少水泥用量，有利于形成水化熱。一般配比中粉煤灰摻入量要控制在水泥量35%左右。外加劑選擇緩凝高效減水劑，有利于延長混凝土凝結時間，降低表面溫度梯度，延緩水化熱峰值，降低水灰比，避免形成塑性收縮裂縫。

2.2 控制冷卻水溫度

大體積混凝土裂縫與溫度因素有關，冷卻水降溫是大體積混凝土裂縫控制技術的應用關鍵點。組織施工期間，為了達到理想的冷卻水溫度控制效果，提出以下建議。

（1）冷卻水管。放置冷卻水管，原材料以φ25mm鐵管為準。安裝冷卻水管時，保證支撐原架和鋼筋骨架的穩定性，以免澆筑混凝土期間導致水管變形或者脫落等問題[5]。

（2）終凝溫差控制。完成混凝土終凝之后，通過冷卻水循環降低混凝土內部溫度，縮小內、外環境溫差。

（3）測溫點。混凝土內可以設置測溫點，通過測溫傳感器實時獲取溫度數值，施工人員觀察測溫點，控制混凝土內各個測點溫度變化，調整冷卻水流量，使混凝土內外溫差始終小于25℃。按照冷卻水流動原則，通常是從溫度較高的中心區域向兩邊區域流動，設置水管口要接近混凝土中心位置，出水管設置在混凝土的邊緣位置。進水管口、出水管口需要引至混凝土頂面上方，和不同層次的水管垂直進出水口錯開。結束混凝土終凝之后便可以通水循環，通過溫度計測量進、出水口溫度，熱水管流量始終保持在1.2～1.5m3/h，進出水溫差則以10℃為最佳，混凝土內部溫差水溫始終低于20℃，冷卻水管應用完畢，便可以利用壓注水泥漿的方式封閉處理。

（4）溫度監測。一般大體積混凝土裂縫控制中的溫度監測，設置溫測點要遵循以下原則：①按照施工圖紙對稱軸線，要在50%區域范圍內遵循平面分層原則設置監測點；②根據結構幾何尺寸設置監測點；③分析大體積混凝土的澆筑體溫度場分布狀況，明確監測點所處位置與實際設置數量；④根據周圍環境確定監測點的設置數量與實際位置；⑤沿大體積混凝土澆筑體厚度方向，在構件內與表面分別設置監測點；⑥澆筑體表面內5cm處設置溫度監測點。

2.3 混凝土澆筑控制

大體積混凝土施工過程中，施工人員通過計算得到澆筑混凝土收縮應力、溫度應力、溫度等數據，經過數據分析之后明確大體積混凝土升溫最大峰值、內部溫差等，選擇可行的溫度控制舉措。具體應該注意以下要點。

（1）澆筑方法選擇。大體積混凝土澆筑期間，建議應用推移式連續澆筑法、整體分層連續澆筑法，保證混凝土結構整體性與澆筑效果。在澆筑過程中檢測人員需要同時對混凝土配合比與坍落度進行觀察，根據設計規定實施混凝土的振搗，保證振搗時間、流程等均滿足規范，混凝土抗拉強度、密實性也要符合設計要求。

（2）養護。養護混凝土成品是澆筑結束后必須予以關注的一個環節，以免發生溫差裂縫。結束混凝土澆筑的12h以內必須澆水養護，保證混凝土有充足的水分。與此同時，養護作業需要持續進行15d以上，可以減少混凝土內部約束作用，并且降低收縮裂縫產生的概率[6]。

（3）澆筑溫控。在澆筑大體積混凝土過程中，必須關注澆筑溫度控制。開始澆筑之前按照澆筑項目特征與規范要求實施分層分段連續澆筑。澆筑期間嚴格驗算建筑體溫度、溫度應力與收縮應力等數據，可以掌握混凝土降溫速率與升溫峰值等重要的參數。混凝土溫度指標按照如下要求加以控制：①混凝土入模溫度不能超過30℃，澆筑混凝土溫度要小于50℃，結束大體積混凝土的澆筑作業后，需要實施養護作業，要求模板表面內40～100mm和所在部位溫度不能超過25℃，溫度下降速度以2℃/d為最佳。澆筑大體積混凝土時建議應用低熱礦渣水泥、硅酸鹽水泥作為常規配合試驗的原材料，按照試驗得到的泌水率、可泵性與水化熱等參數，獲取混凝土裂縫控制的技術參數。②一般混凝土3d水化熱不能超過240kJ/kg，而7d水化熱則不能超過270kJ/kg。除此之外，大體積混凝土溫度監督與控制也十分重要，根據以往積累的經驗調整緊急溫控方案，澆筑前期應該安裝測溫鋼管，控制該測溫鋼管的間距在2～4m，間隔2～3h可以測量一次大氣溫度與表面溫度，并且要詳細記錄測量數據。

（4）澆筑要點。實施大體積混凝土澆筑，建議遵循循環性基本原則，盡可能減小暴露的混凝土面積，并提升澆筑作業效率。若澆筑施工在溫度較低的冬季進行，則要將澆筑重點放在保溫養護上，現場施工人員定時查看澆筑混凝土，以免發生凍害。如果混凝土強度并未達到規定要求，必須重點預防混凝土凍害。除此之外，因為混凝土結構比較復雜，原材料的比熱存在差異，例如混凝土中石子和水的比熱有明顯不同，所以在控制混凝土澆筑溫度時必須重點關注石子、水這兩種材料。

2.4 設計環節精準控制

為了控制大體積混凝土裂縫，在設計環節需要做好控制工作，具體控制要點如下。

（1）大體積混凝土結構設計階段，如果結構為平面形狀，那么剛度必須均勻且對稱，嚴格控制平面長度與凹凸狀況，并且優化外挑與內收兩個部位的設計，減小結構的約束度，以免出現結構突變導致的應力集中現象。

（2）在設計大體積混凝土內部鋼筋保護層的厚度時，應該確定最小值，以免因為保護層厚度大而產生裂縫。

（3）對于大體積混凝土細節設計，建議增設構造鋼筋，加強高低錯落與結構交接處的控制效果。一些容易產生裂縫的邊緣部位也可以設置暗梁，達到優化配筋率和混凝土極限拉伸的效果。配筋設計重點在于補償配筋，可采取細直徑密配筋這一方式優化構造筋的抗裂性。

3 結束語

綜上所述，建筑工程在施工期間一旦產生大體積混凝土裂縫，就必然會埋下安全隱患，因此在施工環節需要應用大體積混凝土裂縫技術，從原材料選擇、澆筑、養護等諸多環節著手加以優化控制，了解可能引發裂縫的問題，提高混凝土施工質量，也能夠為今后大體積混凝土裂縫問題的解決積累經驗，切實提升建筑工程整體質量。