探討大體積混凝土施工裂縫產(chǎn)生的原因及質(zhì)量控制措施

胡穗麟

（廣州市第二房建工程有限公司，廣東 廣州 510045）

0 引言

在開展大體積混凝土施工工作時，裂縫問題的存在不僅會對大體積混凝土結(jié)構(gòu)的承載力與使用性能產(chǎn)生不利影響。同時，在受到荷載、雨水下滲等因素的作用下，導致建筑工程的使用壽命與安全性大大降低。鑒于此，當前應加強對大體積混凝土施工裂縫問題的重視，并采取針對性措施予以處置，提高大體積混凝土的整體施工質(zhì)量。

1 大體積混凝土施工裂縫的種類

1.1 荷載裂縫

大體積混凝土施工期間主要采用的是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，在受到靜荷載、動荷載的作用下，容易出現(xiàn)荷載裂縫問題，荷載裂縫可細分為直接應力裂縫、次應力裂縫兩種不同的類型。首先，在進行施工圖設計期間，由于地質(zhì)勘探布孔過少，或者未對軟基進行有效的處理，將造成荷載裂縫的出現(xiàn)[1]。其次，現(xiàn)有的大體積混凝土施工技術(shù)，與理論計算所選用的計算參數(shù)之間有著一定的差距，因而施工期間也可能出現(xiàn)裂縫。此外，大體積混凝土施工周期較長，在受到雨水侵蝕等因素的影響下，容易出現(xiàn)強度下降等問題，進而造成裂縫現(xiàn)象的出現(xiàn)。另外，在開展大體積混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)力、配筋計算等工作時，如果存在設計缺陷，將引發(fā)荷載裂縫問題。最后，大體積混凝土施工過程中會用到大量的重型機械設備，施工時如果與建筑工程結(jié)構(gòu)發(fā)生接觸、撞擊，會導致塑性變形的積累，使得裂縫現(xiàn)象的出現(xiàn)[1]。荷載裂縫如圖1 所示。

圖1 荷載裂縫

1.2 收縮裂縫

由于大體積混凝土結(jié)構(gòu)尺寸等因素的影響，施工過程中混凝土用量較大。干燥收縮是水泥混凝土的特點，也是最常見的導致裂縫的原因之一。混凝土澆筑后，混凝土體積收縮，養(yǎng)護過程中伴隨著水的分泌，由于早期混凝土的抗拉強度相對較低，當受收縮影響的混凝土拉應力達到其極限抗拉強度時，就會開裂。干燥裂縫多為淺層、不規(guī)則裂縫，接縫寬度和長度都很小，同時干燥裂縫與材料、配合比、添加劑和養(yǎng)護條件等密切相關(guān)[2]。

1.3 地基沉降裂縫

部分工程會因?qū)嶋H情況在特殊地質(zhì)條件下建設，地基因地質(zhì)問題而下沉，導致混凝土開裂。作為大體積混凝土施工的重要內(nèi)容，做好地基處理不僅可以避免大體積混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)豎向不均勻沉降問題，同時還能防止沉降裂縫的產(chǎn)生。一般來說，導致基礎不均勻沉降的主要原因有以下4 個方面：①如果施工現(xiàn)場為黏土、淤泥質(zhì)土層，再加之地質(zhì)勘探工作不到位、資枓收集不全面，就會導致地基處理質(zhì)量難以得到保障。②大體積混凝土結(jié)構(gòu)設計荷載與結(jié)構(gòu)實際荷載之間存在較大的差異，也將引起不均勻沉降問題。③在同一跨大體積混凝土結(jié)構(gòu)中，如果混合使用不同類型的基礎形式，例如，擴大基礎、樁基礎等，也將導致不均勻沉降問題的出現(xiàn)。④由于大體積混凝土體量較大，在受到施工周期、施工工藝等因素的影響下，將造成不均勻沉降問題，進而引發(fā)裂縫現(xiàn)象。

1.4 鋼筋銹蝕裂縫

大體積混凝土施工環(huán)節(jié)中廣泛應用到鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，施工期間若混凝土的質(zhì)量較差，或者保護層的設計、施工厚度不達標，將引發(fā)鋼筋銹蝕、故障現(xiàn)象，進而引發(fā)裂縫問題。臺背填土施工時，地基會對大體積混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生負摩阻力、縱向推擠等作用?；炷帘Ｗo層在受到二氧化碳等外界因素的侵蝕、炭化作用下，會加速鋼筋表面的銹蝕問題。另外，隨著建筑技術(shù)的不斷發(fā)展，建筑結(jié)構(gòu)的跨度越來越大。如果混凝土材料選擇不合理，或沒有考慮跨度、強度等參數(shù)，也將出現(xiàn)大體積混凝土裂縫甚至破損問題。

2 大體積混凝土施工產(chǎn)生裂縫的原因

2.1 水化過程中水泥釋放大量熱量

大體積混凝土在施工時的開裂問題，一般都是由于混凝土內(nèi)部的水化熱問題而引起的。由于水泥的導熱性能差，混凝土內(nèi)部的水化熱量發(fā)散速率慢，但外面的水熱能卻發(fā)散速率較快。根據(jù)熱脹冷縮的相關(guān)理論來解釋，當混凝土結(jié)構(gòu)中央部分的擴張速率與其表層的速率一樣要快時，其表層與中心質(zhì)點相互之間就構(gòu)成了一個約束性，中央是制約擴張，不產(chǎn)生裂縫的發(fā)生，而其外表面則是制約壓縮，當混凝土表面的拉應力比超出了混凝土抗拉強度比時，就會引起混凝土表面發(fā)生斷裂。

2.2 內(nèi)外約束條件影響

水泥在經(jīng)過水化熱的流程中，便會出現(xiàn)水泥內(nèi)在氣溫總體上偏高，尤其是在水泥核心區(qū)的內(nèi)在氣溫便會出現(xiàn)了一個大幅上升態(tài)勢，而熱膨脹效應也會隨之變大，因此在中央?yún)^(qū)形成了一個壓應力。該壓應力大于水泥內(nèi)在總體的熱抗拉力度以及鋼筋混凝土約束效應時，便會形成了裂紋問題。水泥在早期的高熱上升工作環(huán)節(jié)中，由于混凝土彈性模量較低，造成了水泥抗拉應力的總體松弛率增加。當水泥高熱下降后，還會形成一定的拉應力，當接應力大于抗拉強度時，便會使水泥形成垂直斷裂。

2.3 大體積混凝土收縮變形

當完成混凝土的澆筑作業(yè)后，在凝固期問中，由于混凝土和骨料的內(nèi)部壓縮而出現(xiàn)沉陷收縮裂紋和干縮性開裂的現(xiàn)象。同時由于水泥不斷硬化，里面的水分大部分開始揮發(fā)，當失水后，水泥表面會迅速萎縮，而中間區(qū)域的萎縮速率也較慢，因此存在開裂問題。

2.4 養(yǎng)護方式不當

混凝土澆筑施工人員要提高對澆筑養(yǎng)護的重視程度，根據(jù)混凝土澆筑塊水分揮發(fā)快的特點及外界天氣情況，定期對澆筑后的混凝土進行保濕和保溫養(yǎng)護。大型混凝土保濕養(yǎng)護就是根據(jù)其實際情況，進行水分澆筑。一方面可以使水泥的水熱化情況得到緩解，另一方面也是為了防止混凝土在硬化過程中產(chǎn)生干裂情況。對大型混凝土展開保溫養(yǎng)護，要實時關(guān)注天氣變化，根據(jù)天氣情況及時調(diào)整保溫養(yǎng)護方式和時間。用科學合理的方法控制大型混凝土澆筑工程的內(nèi)部溫度和外部溫度，減小內(nèi)外溫差，防止混凝土收縮變形，產(chǎn)生裂縫。

3 大體積混凝土施工質(zhì)量控制措施

3.1 做好混凝土配合比試配與調(diào)整

一方面，在開展混凝土配合比的試配工作期間，應采用強制式攪拌機，且選用的攪拌機等設施應當符合相關(guān)規(guī)定的要求。同時，在攪拌方法上，也應當和施工期間所用的攪拌方法一致。需要注意的是，試配期間試驗室成型條件應當滿足規(guī)定要求，尤其要加強對攪拌量、強度測試等環(huán)節(jié)的控制。另一方面，應當對混凝土配合比的關(guān)鍵參數(shù)做出優(yōu)化與調(diào)整。應當參考混凝土強度試驗的結(jié)果，合理繪制強度和水膠比的關(guān)系圖，或者利用插值法等方式，合理設計水膠比等參數(shù)。其次，結(jié)合實際工程的需要，參考混凝土配合比試驗結(jié)果，對所用材料的用量做出適當?shù)膬?yōu)化與調(diào)整，最終將試驗配合比轉(zhuǎn)換成施工配合比。除了水膠比之外，還應加強對漿集比等參數(shù)的控制，由于漿集比對混凝土強度有著重要的影響，并且水泥的用量，對于提高骨料的膠結(jié)效果有著重要的作用，因而應當對設計過程引起重視。一般來說，當骨料和水泥漿的使用比為65∶35 的情況下，混凝土的性能可以得到更好的發(fā)揮。另外，還要通過試配，對添加劑的種類與摻量做出調(diào)整。例如，減水劑的使用能夠?qū)炷恋膹姸?、和易性等指標產(chǎn)生重要的影響，設計期間應當引起設計人員的重視。

3.2 注重各類材料的合理選擇

一方面，施工過程中要重點加強對混凝土、鋼筋等材料的質(zhì)量管控，并通過抽查等方式，對各類進場材料的物理力學性能進行檢驗。另一方面，隨著材料科學領(lǐng)域的快速發(fā)展，施工時要加強對混凝土等材料的應用，其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在高強、輕質(zhì)、抗變形能力強等方面。在進行大體積混凝土的施工時，通過混凝土的應用，可以提高大體積混凝土結(jié)構(gòu)的強度與耐久性、安全性。除此之外，混凝土材料還有著良好的抗震性特點，但是造價方面相對較高，施工時要結(jié)合工程需要合理選用混凝土材料[3]。

混凝土配合比設計期間，所選用各類材料的類型、規(guī)格與質(zhì)量標準，都應滿足工程建設的需要。具體設計期間，首先要做好各類原材料的選擇，并對其質(zhì)量進行嚴格控制，確?；炷敛牧系膹姸?、性能、質(zhì)量滿足要求。其次，選料過程中應當結(jié)合混凝土結(jié)構(gòu)的實際特點，從混凝土和易性、耐久性、強度等方面著手，加強對水灰比、砂石比等重要參數(shù)的調(diào)整與控制，并以此為依據(jù)進行不同材料類型與規(guī)格的選擇。此外，結(jié)合工程建設需求，對外加劑的種類、用量等參數(shù)進行合理選擇。一般來說，在進行混凝土摻合料的選用期間，常見的有礦粉、粉煤灰等。礦粉的需水量主要為95%左右，二級粉煤灰的需水量主要為105%左右。通過選用合理類型的材料，實現(xiàn)對混凝土配合比與性能參數(shù)的調(diào)整[4]。

3.3 加強對大體積混凝土澆筑工藝的管控

混凝土澆筑工藝不合理，極易引發(fā)裂縫問題。為此，在開展大體積混凝土施工工作時，要加強對澆筑工藝的應用和澆筑質(zhì)量的管控。首先，結(jié)合大體積混凝土結(jié)構(gòu)特點，合理選用混凝土的類型，并預先規(guī)劃好混凝土的運輸路線。其次，澆筑期間要積極做好混凝土的振搗工作，避免孔洞、裂隙問題的產(chǎn)生。同時，針對澆筑現(xiàn)場的實際情況，做好振搗棒的選擇，尤其要對振動頻率等參數(shù)進行嚴格控制。另外，要合理選擇混凝土每次澆筑的厚度，確保內(nèi)部的水化熱得到快速的散失，避免溫度、收縮裂縫的出現(xiàn)。大體積混凝土澆筑如圖2 所示。

圖2 大體積混凝土澆筑

3.4 注重施工與養(yǎng)護管理

一方面，應加強對施工現(xiàn)場人員、設備的協(xié)調(diào)與管理。對于關(guān)鍵施工環(huán)節(jié)，要加強對施工技術(shù)、施工質(zhì)量的管控，避免施工裂縫的出現(xiàn)。另一方面，施工結(jié)束后，要積極開展后期的養(yǎng)護與管理。如果在夏季開展大體積混凝土施工，應盡可能在夜間進行混凝土澆筑。澆筑完成后，要嚴格按照養(yǎng)護規(guī)范做好保濕、降溫養(yǎng)護工作。如果在冬季開展大體積混凝土施工，應做好相應的保溫措施，避免由于結(jié)構(gòu)內(nèi)外部溫度差過大而引起裂縫問題。

3.5 大體積混凝土施工裂縫的處理技術(shù)要點

3.5.1 表面封閉技術(shù)

針對大體積混凝土中存在的混凝土表面裂縫，且裂縫的寬度小于0.15mm，可采用表面封閉技術(shù)進行處理。具體施工期間，首先，要使用刷子把裂縫位置清理干凈，并刷出一個寬度為5cm 左右的施工區(qū)域。若表面裂縫分布角度多，可將寬度增大到8cm。其次，將裂縫周圍的混凝土等雜物清理干凈，同時還要使用工業(yè)乙醇等材料，對混凝土裂縫周圍進行涂抹擦拭。隨后，等到干燥之后需要在裂縫位置處均勻的涂刷裂縫修補液，修補液的厚度要達到1mm 左右。最后，在涂刷修補液之后，應認真對涂刷工作的質(zhì)量進行檢查，發(fā)現(xiàn)漏涂問題要及時進行修補。

3.5.2 壓力注漿技術(shù)

采用壓力注漿技術(shù)進行裂縫處理，需要用到空氣機等設備提供壓力，進而將裂縫修補液壓入混凝土的裂縫內(nèi)部，如果裂縫的寬度不超過0.3mm，可用此方法進行處理。具體施工期間，首先，需要將混凝土裂縫周圍的雜物清理干凈，并使用空氣壓縮機等設備，把壓縮的空氣注入內(nèi)部裂縫中。在使用乙醇擦拭之后，使用環(huán)氧膠泥等材料將裂縫封閉起來。其次，需要將環(huán)氧樹脂漿液壓入裂縫中。需要注意的是，灌注過程中的壓力控制在0.3MPa 左右。直到裂縫不再吸收漿液，就可結(jié)束灌注工作。當漿液形成固態(tài)時，需要對裂縫注入空氣，檢查灌漿工作的質(zhì)量，并對裂縫表面進行清理[5]。

3.5.3 充填技術(shù)

在利用充填技術(shù)進行混凝土裂縫處理時，首先，要將裂縫擴大成一個U 型槽。其次，在進行修補材料的充填。如果混凝土的裂縫超過0.5mm，采用此方法進行修補處理，使用的修補材料主要為環(huán)氧樹脂、水泥等。充填技術(shù)的成本較高，且耗時較長，因而施工期間應結(jié)合現(xiàn)場實際情況做好修補技術(shù)的選擇。

4 結(jié)語

裂縫病害是大體積混凝土施工常見的病害類型之一，施工過程中，應重點做好地基處理，合理選用施工工藝，并加強對施工現(xiàn)場的材料、人員、設備管理。如果發(fā)現(xiàn)裂縫問題的出現(xiàn)，要結(jié)合裂縫的實際情況，選用合理可行的修補技術(shù)進行處置，進而提高大體積混凝土總體施工質(zhì)量。