建筑工程大體積混凝土裂縫控制技術

摘 要：在建筑工程領域，大體積混凝土的應用越來越普遍，但隨之而來的裂縫問題也逐漸凸顯，成為影響結構安全性與耐久性的關鍵因素。裂縫的形成受多種因素影響，包括材料性質、設計特征以及施工過程中的溫度控制等。因此，深入研究并實施有效的裂縫控制技術是提升建筑工程質量的重要手段。本文通過分析大體積混凝土裂縫形成的原因，探討了從材料選擇到設計優化，再到施工技術的各種控制方法，指出了實現裂縫控制的關鍵環節。旨在為建筑工程中大體積混凝土的裂縫控制提供系統性的解決策略。

關鍵詞：建筑工程；大體積混凝土；裂縫控制技術文章編號：2095-4085（2024）10-0025-03

0 引言

大體積混凝土因其經濟性和工程性能被廣泛應用于各類建筑工程中。然而，隨著工程規模的不斷擴大，混凝土結構中裂縫的問題日益顯著，直接關系到結構的安全性和耐久性。裂縫的產生受多重因素影響，其中包括材料的性質、施工過程中的管理以及設計上的考慮等。因此，掌握裂縫產生的機理并采取有效的預防和控制措施是確保建筑工程質量的基礎。

1 建筑工程大體積混凝土裂縫類型

1.1 干縮裂縫類型

在建筑工程的大體積混凝土施工中，干縮裂縫的形成與混凝土中的水灰比及水泥用量反映了混凝土體內水分蒸發程度的差異導致的變形結果。具體而言，混凝土干縮裂縫主要表現為表面的平行線狀及網狀淺細裂縫，其寬度一般在0.05～0.2mm范圍內。這種裂縫類型的出現，揭示出材料本身性質與環境條件相互作用的復雜性。水灰比作為調控混凝土性能的關鍵參數，不僅影響混凝土的工作性和強度，還直接關聯到混凝土干燥過程中體積收縮的程度。同時，水泥用量的增減會改變混凝土的水化熱輸出，進而影響到干縮裂縫的形成機制。由此可見，混凝土干縮裂縫的防治不僅需深入探討水灰比和水泥用量對混凝土性能的影響，還要綜合考慮施工過程中的水分管理和養護措施，以減少水分蒸發速率差異，控制干縮裂縫的發生，進而確保大體積混凝土結構的完整性與耐久性^［1］。

1.2 溫度裂縫類型

大體積混凝土的溫度裂縫主要由內外溫差引起，表現在混凝土的表面及其內部結構中，其形成與溫度變化的影響密切相關。這類裂縫的寬度因季節而異，在冬季由于溫差較大，裂縫寬度通常較寬；而夏季，由于溫度相對較高，裂縫則顯得較窄。溫度裂縫的走向無固定模式，但在大面積混凝土結構中，裂縫通常表現為縱橫交錯的形態。特別是在梁板等長尺度結構中，裂縫多沿短邊方向平行發展。該裂縫類型的形成機理揭示了混凝土內部溫度場不均勻分布對結構完整性的影響，凸顯了施工與養護中溫控的至關重要性。為減少溫度裂縫的發生，必須采取有效的技術措施，如使用低熱水泥、控制澆筑速度、采用適時的覆蓋和噴水養護等，以促進溫度均勻分布，降低溫差產生的內應力，從而保障大體積混凝土結構的安全性與耐久性。

1.3 沉陷裂縫類型

沉陷裂縫的形成通常與地基土質的不均勻性、松軟性及回填土的不密實性有關。此外，模板的剛度不足和支撐間距過大也是導致沉陷裂縫產生的關鍵因素。尤其在冬季施工期間，模板支撐若建立在凍土之上，隨著天氣回暖導致凍土化凍后的不均勻沉降，便會引發深入且貫穿的裂縫問題。這種裂縫不僅影響結構的美觀，更關系到整個建筑物的安全性與穩定性。沉陷裂縫的走向與沉陷的性質密切相關，通常這些裂縫與地面呈垂直或呈30～45°角的方向發展。因此，在施工和設計過程中務必高度重視地基處理，包括加強地基土的密實度、優化模板和支撐系統的設計，以減少因地基不均勻沉降而產生的裂縫。正確識別并采取預防措施是確保大體積混凝土結構長期穩定性的關鍵，需要通過綜合地質勘查、材料選擇和施工技術的優化，來有效控制或避免沉陷裂縫的產生^［2］。

2 建筑工程大體積混凝土裂縫產生的原因

2.1 約束作用因素

在建筑工程中，大體積混凝土澆筑施工完成后，由于結構功能和部位的差異，混凝土結構通常會受到來自相鄰結構部位的約束作用。這種約束主要源于結構設計和施工過程中對不同部位的處理不同，如基礎與墻體、柱子與梁的連接處等，其中混凝土的自由膨脹和收縮受到限制，導致應力集中。當這些內部應力超過混凝土本身的抗拉強度時，就會在受約束區域形成裂縫。這些裂縫的產生反映了結構在施工和使用過程中應力分布的不均勻性，特別是在大體積混凝土中，溫度變化和干縮效應導致的體積變化更為顯著，進而會增加裂縫發生的風險。因此，了解和預測混凝土結構中的約束效應，對于設計和施工階段選擇合適的混凝土材料、施工技術以及裂縫控制措施至關重要。

2.2 水化熱因素

在大體積混凝土的施工過程中，水泥的水化反應釋放大量熱能，會導致混凝土內部溫度顯著升高。由于混凝土具有較低的導熱性，這使得其內部積累的熱量難以有效散發，尤其在截面較大的結構中，水泥用量增多，水化熱效應更為顯著。這種內部熱量積累與外部環境溫度的快速散失之間形成的溫差，造成了混凝土內外部的熱應力差異。隨著時間的推移，這些熱應力超過混凝土材料自身的抗裂性能，進而導致裂縫的產生。混凝土結構內部產生的裂縫不僅是物理現象的直接體現，也反映了材料特性與施工技術之間的復雜互動。因此，混凝土中的水化熱因素是影響其結構完整性的重要內在因素。所以，在大體積混凝土施工中，必須考慮熱力學特性與材料應力響應之間的關系。

2.3 收縮變形因素

在大體積混凝土的施工過程中，收縮變形因素對裂縫的形成起著決定性作用。水灰比和混凝土的凝結時間是影響其收縮性質的關鍵參數，直接關系到施工質量。混凝土中的水分在靜態條件下，由于密度差異，致使較重的固體顆粒下沉，而輕的水分子上浮。這一過程不僅導致水分在混凝土表面積聚形成水泌現象，而且會在粗骨料和鋼筋之下形成水囊，從而進一步加劇材料內部的不均勻干燥。隨著混凝土逐漸失水硬化，體積收縮引發的應力超過材料的抗裂性，便會形成裂縫。這種收縮應力，尤其是在大體積混凝土結構中，由于材料量大，收縮效應更為顯著，使得裂縫形成成為一種不可避免的現象。因此，混凝土的收縮變形不僅是材料內部水分動態變化的結果，也是結構力學性能與材料物理性質相互作用的直接體現，對于確保結構的完整性和耐久性具有重要的影響^［3］。

3 建筑工程大體積混凝土裂縫控制技術應用

3.1 混凝土材料控制技術應用

在大體積混凝土工程施工中，通過混凝土材料控制技術的應用，可有效提升結構的抗裂能力。其中選擇合適的水泥類型非常關鍵，優選具有低收縮特性和微膨脹性能的水泥，可以在水化反應的后期產生預壓應力，有助于抵抗由溫度變化和徐變引起的應力，進而在整體上增強混凝土的抗裂性能。這種類型的水泥通過內部產生的微膨脹作用，可以有效地補償或減少因體積變化引起的內部應力，從而減輕裂縫的形成風險。同時，這一策略不僅針對水泥的選擇，還涉及到骨料的選用。骨料作為混凝土的主要組成部分，其物理特性對混凝土的整體性能有著決定性影響。選擇具有較低巖石彈性模量和較小線膨脹系數的骨料，可以有效降低混凝土的整體熱膨脹系數及提高其抗裂能力。

混凝土材料控制技術的另一個重要方面是減少水用量，這對于降低混凝土溫度和節約材料成本具有重要意義。在大體積混凝土工程中，由于結構的特殊性，其強度需求并不像高性能混凝土那樣高。因此，通過摻加高效減水劑來減少單位用水量已成為一種有效的方法。高效減水劑的使用可以顯著減少混凝土所需的水量，而不犧牲其工作性能，這不僅有助于降低混凝土的溫度，減少因水化熱導致的溫度應力，同時也能通過減少水泥用量來降低成本，實現經濟與技術雙重優化。通過這些綜合措施，大體積混凝土的裂縫控制技術可得以有效實施，能確保結構的長期穩定性和耐用性，減少后期維護的難度和成本，進而為建筑工程的可持續發展做出貢獻。

3.2 冷卻水降溫控制技術應用

在大體積混凝土的施工過程中，溫度控制技術是確保結構質量和防止裂縫產生的關鍵策略之一。特別是冷卻水降溫控制技術，它通過在混凝土內部布置冷卻水管系統，實現對混凝土溫度的有效管理。在混凝土達到終凝狀態后，通過冷卻水循環系統引入冷水，可以顯著降低混凝土內部溫度，有效避免因大體積混凝土內外部溫差過大而導致的裂縫問題。這種方法是通過精確控制冷卻水的流動，確保混凝土內部溫度均勻，減少溫度應力，從而防止裂縫的形成。此外，冷卻技術還應考慮混凝土體的熱傳導特性，可通過調整冷卻水的流量和循環速度，以達到最佳的冷卻效果，進而保證混凝土結構的質量和穩定性。

為更精確地控制和監測大體積混凝土內部的溫度，施工過程中還會在混凝土體內部布設測溫點和溫度傳感器。這些測溫設備能夠實時監測混凝土內部的溫度變化，為冷卻水流量的調整提供數據支持。通過實時數據分析，施工團隊可以確保將混凝土內外部的溫差控制在25℃以內，從而避免因溫差過大引起的裂縫。在冷卻水管的布局方面，采取從熱中心區域向邊緣區域流動的設計，能確保冷卻效果的均勻性。同時，需注意水管進出口的合理安排和固定，可采用牢靠的鋼筋骨架和支撐桁架，以防止在混凝土澆筑過程中水管發生變形，從而確保整個冷卻系統的穩定性和效率。通過這些綜合措施，大體積混凝土的溫度控制技術不僅能提高結構的安全性和耐久性，也可為高質量建筑工程的實現提供堅實的基礎。

3.3 設計控制技術的應用

在建筑工程設計階段，大體積混凝土裂縫控制的核心策略在于優化結構設計，此舉具有決定性意義。確保結構平面形狀的剛度均勻對稱，是避免裂縫產生的關鍵。通過精心設計結構的平面形態，控制其長度及凹凸部位，可以顯著降低因結構約束度高而導致的應力集中現象。特別是對于外挑和內收等結構特點，需進行特殊處理以減少約束，避免因結構突變而引起的裂縫。此外，鋼筋保護層的厚度選擇也至關重要，選擇最小的保護層厚度可以減少裂縫的風險。

設計中的配筋策略也對大體積混凝土裂縫控制具有重要影響。在設計時加入構造鋼筋，特別是在結構高低錯落和交接位置，可以強化這些容易產生裂縫的區域。在邊緣等裂縫易發位置設置暗梁，提升配筋率，可增強混凝土的極限拉伸能力。此外，注重補償配筋的設計，采用細直徑且密布的構造筋，可以有效提高混凝土的抗裂性能。通過這些細致入微的設計調整，可以在結構層面預防裂縫的產生，從源頭上提升大體積混凝土結構的整體性能和耐久性，進而為實現高質量建筑工程目標提供堅實的技術支撐。

3.4 澆筑控制技術的應用

在大體積混凝土工程的施工過程中，澆筑控制技術的應用是確保結構質量，特別是減少裂縫產生的關鍵環節。采用商用混凝土遵循一定的坡度和順序，并執行分區定點澆筑策略，一次性澆筑到位，有助于保證混凝土施工的均勻性和連續性。通過這一嚴格的澆筑工藝，可以有效控制混凝土在硬化過程中的溫度梯度，減少由于溫差引起的內部應力，從而顯著提升混凝土的整體性和減少裂縫的風險。此外，這種澆筑方法還能保障混凝土密實度和均勻性，對提高結構的耐久性和抗裂性能起到積極作用^［4］。

在混凝土施工技術中，對于混凝土表面和鋼筋的處理也至關重要。由于混凝土坍落度較大，鋼筋下部容易積聚水分，上部則易形成裂縫。因此，采用在混凝土初凝前和預沉后進行二次抹面壓實的方法，是防止裂縫產生的有效措施。這種技術通過增加混凝土表面的密實度和均勻性，能夠有效避免裂縫的形成。完成二次抹面壓實后，立即進行覆蓋保溫處理，是保證混凝土緩慢均勻硬化，進一步減少裂縫風險的重要步驟。通過這些精細的施工控制技術，可以大幅提升大體積混凝土結構的質量，確保其在長期使用過程中的穩定性和安全性。

4 結語

總之，大體積混凝土在建筑工程中的應用日益廣泛，而裂縫控制技術的有效實施對于保證結構的穩定性和延長其使用壽命至關重要。從材料選擇、設計優化到施工技術的精細控制，每一個環節都扮演著不可或缺的角色。通過采用低收縮和微膨脹的水泥、優化結構設計、以及實施精確的澆筑和溫度控制措施，可以有效減少裂縫的產生。這些控制策略不僅能提高建筑物的整體質量，也為解決大體積混凝土結構中裂縫問題提供了系統的解決方案，標志著建筑技術正向更高標準邁進。

參考文獻：

［1］高晨淵.建筑工程大體積混凝土溫度裂縫控制研究［J］.工程技術研究，2023，8（18）：162-164.

［2］牛曉丹.大體積混凝土裂縫控制技術研究［J］.散裝水泥，2022（6）：143-144，147.

［3］劉小虎.建筑工程大體積混凝土裂縫控制方法分析［J］.建筑發展，2021，5（2）：5-6.

［4］樊俊江.內襯墻大體積混凝土溫度監測及裂縫控制技術［J］.新型建筑材料，2022（10）：45-50.