房屋建筑工程大體積混凝土梁施工溫度及收縮裂縫的控制技術探討

摘 要：圍繞房屋建筑大體積混凝土梁施工展開研究，闡述了溫度及收縮裂縫產生原因，包括水泥水化熱、內外溫差和收縮變形，介紹了原材料選擇，如低熱水泥、合適骨料、緩凝劑和減水劑等。研究配合比設計，強調降低水泥用量、控制水膠比和確定砂率。針對混凝土澆筑，提出分層澆筑和合理安排澆筑順序的方法。在振搗方面，分析設備選擇和振搗方法，論述溫控措施，如溫度監測點布置與監測頻率、溫控標準。還介紹了保濕養護材料選擇和養護時間要求，為減少裂縫提供指導。

關鍵詞：大體積混凝土梁；施工溫度；收縮裂縫

中圖分類號：TU74 " " " " " " " " " " " " " " " "文獻標識碼：A " " " " " " " " " " " " " " " " " 文章編號：2096-6903（2024）12-0004-03

0 引言

在現代房屋建筑工程蓬勃發展的進程中，大體積混凝土梁的應用愈發普遍且不可或缺。然而，大體積混凝土梁在施工過程中，溫度及收縮裂縫問題始終如影隨形，成為困擾工程質量提升的關鍵癥結。這些裂縫不僅破壞了結構外觀的完整性，還會對結構的耐久性和承載能力產生深遠的負面影響。因此，深入探究并有效掌握針對溫度及收縮裂縫的控制技術，確保房屋建筑工程質量，既是保障建筑安全使用的必然要求，也是推動建筑行業高質量發展的關鍵環節[1]。

1 溫度及收縮裂縫產生的原因

1.1 水泥水化熱

大體積混凝土施工中，水泥用量通常頗為可觀。水泥在水化反應過程中會釋放出大量熱量，由于混凝土自身導熱性能差，熱量在內部積聚，致使混凝土內部溫度急劇上升。例如，普通硅酸鹽水泥在水化的最初3天內，釋放的熱量可使混凝土內部溫度升高30～50℃。當混凝土內部與外部環境存在較大溫差時，溫度應力隨之產生，其一旦超過混凝土的抗拉強度，裂縫就會如雨后春筍般出現，嚴重破壞混凝土結構的整體性[2]。

1.2 內外溫差

大體積混凝土澆筑完成后，內部溫度高而表面溫度低，溫度梯度的存在是產生裂縫的溫床。在降溫階段，混凝土內部收縮受到外部的強力約束，當這種約束應力超出混凝土的抗拉強度時，混凝土表面便會產生裂縫。當混凝土內外溫差超過25℃時，產生裂縫的風險將呈指數級增加，嚴重威脅結構安全。

1.3 收縮變形

1.3.1 塑性收縮

在混凝土澆筑后的初期階段，由于表面水分蒸發速度過快，而混凝土內部水分來不及補充，導致混凝土表面失水收縮。倘若此時混凝土尚未形成足夠強度，就極易產生塑性收縮裂縫。這種裂縫通常在混凝土澆筑后數小時內形成，形狀不規則，猶如蜿蜒的蚯蚓，多集中在混凝土表面，對混凝土的外觀和質量都有顯著影響。

1.3.2 干燥收縮

隨著混凝土內部水分的持續散失，干燥收縮現象逐漸顯現。干燥收縮與混凝土的配合比、所處環境濕度等因素密切相關。在低濕度環境下，混凝土的干燥收縮更為顯著，當收縮受到約束時，便會產生裂縫，嚴重破壞混凝土的結構穩定性[3]。

2 原材料選擇的技術要點

2.1 水泥選擇的技術要點

2.1.1 選擇低熱水泥

優先選用低熱或中熱水泥，如礦渣硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥等。這些水泥的水化熱相對較低，能有效降低混凝土內部溫度。以礦渣硅酸鹽水泥為例，其3天的水化熱一般比普通硅酸鹽水泥低20%～30%，這對于控制大體積混凝土內部溫度升高具有顯著效果，能夠有效緩解因水化熱過高導致的溫度應力問題。

2.1.2 控制水泥細度

水泥細度不宜過細，因為過細的水泥水化速度快，早期水化熱高。通常應選擇比表面積適中的水泥，以此控制水化熱的釋放速度，避免混凝土內部溫度在早期過快升高，減少溫度裂縫產生的可能性。適中的細度還能保證水泥在混凝土中的分散性和工作性能[4]。

2.2 骨料選用的技術要點

宜選用粒徑較大、級配良好的粗骨料。較大粒徑的粗骨料能夠減少水泥用量，從而降低水化熱。良好的級配可使骨料堆積更為緊密，提高混凝土的密實性。例如，采用5～31.5 mm連續級配的碎石，相較于其他級配方式，可有效減少混凝土內部孔隙，改善混凝土的性能。具體數據如表1所示。從表1中可以清晰地看出，隨著粗骨料粒徑的增大，水泥用量減少，孔隙率也相應降低，這對于提高混凝土質量意義重大。

細骨料宜選用中砂，中砂的細度模數一般在2.3～3.0。中砂顆粒級配合理，能減少混凝土的用水量和水泥用量，降低收縮可能性。要嚴格控制細骨料的含泥量，含泥量過高會增加混凝土的收縮。因為泥顆粒會吸附在水泥顆粒表面，阻礙水泥水化反應，并且在干燥過程中會產生額外的收縮應力。

2.3 外加劑選用的技術要點

緩凝劑可延緩混凝土的凝結時間，使水泥水化熱的釋放更加均勻，有利于降低混凝土早期溫度峰值。例如，使用木質素磺酸鈣等緩凝劑，可將混凝土的初凝時間延長2～3 h，有效緩解早期溫度過高問題。這使得混凝土在澆筑后的早期階段，溫度上升更為平緩，避免了因溫度急劇變化產生的應力集中現象。

高效減水劑能夠減少混凝土的用水量，提高混凝土的強度和耐久性。減少用水量有助于降低混凝土的收縮。常用的聚羧酸系減水劑具有良好的減水效果和保坍性能。減水劑通過吸附在水泥顆粒表面，使水泥顆粒分散，釋放出包裹在顆粒周圍的水分，從而在不改變總體性能的前提下減少用水量。

3 配合比設計的技術要點

3.1 盡量降低水泥用量

應通過優化骨料級配、摻入摻合料等方法，在保證混凝土強度和工作性的前提下，最大程度的降低水泥用量。一般來說，大體積混凝土的水泥用量不宜超過400 kg/m3。例如，通過大量試驗確定合理的骨料級配和粉煤灰、礦渣粉的摻量，可以將水泥用量降低至350 kg/m3左右，從而有效減少水化熱的產生。降低水泥用量不僅能減少水化熱，還能降低成本，提高經濟效益，對環境也有一定的積極影響。

3.2 控制水膠比

水膠比是影響混凝土強度和耐久性的關鍵因素。在大體積混凝土中，應將水膠比控制在合理范圍內，一般不宜大于0.5。較低的水膠比可減少混凝土的孔隙率，提高混凝土的抗滲性和抗裂性。不同水膠比下混凝土強度和收縮率關系如表2所示。從表2中可以看出，隨著水膠比的增大，混凝土的抗壓強度降低，收縮率增大，抗滲等級也相應降低，這充分體現了控制水膠比的重要性。

3.3 合理確定砂率

砂率對混凝土的和易性和強度有著重要影響。對于大體積混凝土梁，砂率一般在38%～42%較為合適。合適的砂率能夠保證混凝土的工作性，減少混凝土的離析和泌水現象，確保混凝土質量均勻。砂率過高會使混凝土過于黏稠，易產生裂縫，砂率過低則會導致混凝土離析，影響強度和耐久性。

4 混凝土澆筑的技術要點

4.1 分層澆筑

大體積混凝土梁應采用分層澆筑的方法，以利于混凝土的散熱。每層澆筑厚度不宜超過500 mm，可根據混凝土的供應能力和振搗設備的性能合理確定。例如，對于高度較大的梁，可分為3～4層進行澆筑。分層澆筑過程中，要注意上下層混凝土的澆筑間隔時間，避免出現冷縫。冷縫會嚴重影響混凝土的整體性和強度，因此在澆筑過程中要嚴格控制澆筑速度和時間間隔，確保混凝土的連續澆筑。

4.2 澆筑順序

澆筑順序應合理安排，可采用從一端向另一端連續澆筑或從中間向兩端對稱澆筑的方法。這樣可以避免混凝土在澆筑過程中產生冷縫，保證混凝土的整體性。在澆筑過程中要注意避免混凝土的離析現象，確保混凝土的均勻性。在澆筑過程中，可以使用溜槽、串筒等輔助工具，將混凝土均勻地輸送到澆筑部位，防止混凝土因落差過大產生離析。

5 振搗的技術要點

振搗設備的選擇。根據混凝土的坍落度和澆筑部位選擇合適的振搗設備。對于大體積混凝土梁，可采用插入式振搗棒。振搗棒的直徑和長度應根據梁的尺寸進行選擇，一般直徑為50～70 mm。不同直徑的振搗棒適用于不同的混凝土厚度和坍落度，合適的振搗棒能夠更有效地使混凝土密實。

振搗方法。振搗時應快插慢拔，振搗點應均勻分布，振搗間距不宜大于振搗棒作用半徑的1.5倍。振搗時間以混凝土表面不再下沉、不再冒氣泡、表面泛出水泥漿為準，一般為20～30 s。避免過振或漏振，過振會導致混凝土離析，漏振會使混凝土不密實，從而影響混凝土的強度和抗裂性能。在振搗過程中，要注意振搗棒的插入深度和角度，確保每個振搗點都能充分振搗，使混凝土內部無空隙。

6 溫控措施

6.1 溫度監測

在大體積混凝土梁內和表面布置溫度監測點時，監測點應具有代表性，一般在梁的中心、邊緣和表面等位置布置。例如，對于長度為10 m的梁，可在梁的1/4、1/2、3/4長度處分別布置溫度監測點，每個監測點在不同深度設置傳感器，如在表面、100 mm、300 mm、500 mm深處等。具體監測點布置如表3所示。

選擇不同類型的傳感器是為了滿足不同位置和深度對溫度監測精度的要求，以便更準確地獲取混凝土內部溫度場的信息。

在混凝土澆筑后的前3 d，每2～3 h監測一次溫度。3～7 d，每4～6 h監測一次。7 d后，可每天監測一次。通過實時監測溫度變化，及時掌握混凝土內部溫度場的情況，以便采取相應的溫控措施。在溫度變化較大的初期階段，高頻率的監測能夠及時發現異常溫度變化，為后續的調整提供數據支持。

6.2 溫控標準

根據混凝土的特性和工程要求，制定合理的溫控標準。一般情況下，混凝土內部最高溫度不宜超過75℃，混凝土內外溫差不宜超過25℃，降溫速率不宜超過2℃/天。當溫度超過溫控標準時，應及時采取措施進行調整。這些溫控標準是基于大量工程實踐和理論研究得出的，能夠有效保障混凝土的質量和結構安全。

7 養護方法

7.1 保濕養護

可采用濕麻袋、塑料薄膜等材料對混凝土表面進行覆蓋養護。濕麻袋可以保持混凝土表面的濕度，塑料薄膜可以防止水分蒸發。對于大面積的混凝土梁表面，可先覆蓋一層塑料薄膜，再覆蓋濕麻袋。

7.2 養護時間

保濕養護時間應不少于14 d。在養護期間，要確保養護材料始終保持濕潤狀態，定期對養護材料進行噴水。這是因為混凝土在早期水化過程中需要充足的水分來保證水泥的持續水化，形成穩定的水化產物。如果保濕養護不足，混凝土表面會因失水過快而產生收縮裂縫，影響結構的耐久性。在養護過程中，可根據天氣情況適當調整噴水頻率，如在高溫干燥天氣增加噴水次數，而在低溫潮濕天氣可適當減少。

8 結束語

房屋建筑工程大體積混凝土梁施工中溫度及收縮裂縫的控制是一個復雜的系統工程。通過合理選擇原材料、優化配合比設計、改進施工工藝、加強溫控措施和養護方法等多方面的綜合控制技術，可以有效地減少溫度及收縮裂縫的產生，提高大體積混凝土梁的施工質量，確保房屋建筑結構的安全性和耐久性。在實際施工過程中，要根據工程的具體情況，靈活運用這些控制技術，并結合實時的溫度監測數據進行調整，以達到最佳的裂縫控制效果。

參考文獻

[1] 曾繁國.房屋建筑工程大體積混凝土技術的運用實踐研究[J].中國建筑金屬結構，2022（9）：52-54.

[2] 王曉娟.高層房屋建筑工程大體積混凝土施工技術[J].工程與建設，2023，37（2）：682-684.

[3] 杜祥成，徐雅倩，賈利艷.房屋建筑工程大體積混凝土結構施工技術分析[J].佛山陶瓷，2022，32（8）：129-131.

[4] 趙振，紀慶彬.房屋建筑工程中大體積混凝土施工技術探析[J].南北橋，2023（13）：184-186.