大體積混凝土裂縫控制技術(shù)在工程中的應(yīng)用

傅 瑋

中國(guó)新興建設(shè)開發(fā)有限責(zé)任公司，北京 100055

現(xiàn)階段城市地下空間不斷拓展，高層建筑數(shù)量增加，大體積混凝土也得到從業(yè)人員的關(guān)注。大體積混凝土澆筑規(guī)模比較大，結(jié)構(gòu)中的溫度應(yīng)力分布相對(duì)復(fù)雜，極有可能產(chǎn)生分布不均勻的問題。對(duì)于大體積混凝土裂縫控制技術(shù)的應(yīng)用，必須重點(diǎn)關(guān)注自重應(yīng)力和標(biāo)注規(guī)模等因素，否則結(jié)構(gòu)中溫度應(yīng)力差過大，會(huì)產(chǎn)生裂縫與裂紋等病害，從而直接影響建筑工程的整體質(zhì)量與使用期限。此外，對(duì)于混凝土強(qiáng)度與黏結(jié)性的控制，也需要采用大體積混凝土裂縫控制技術(shù)。

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(guī)則性，整體為網(wǎng)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(jié)構(gòu)性能。當(dāng)混凝土成型之后4d有可能會(huì)產(chǎn)生表面裂縫，此時(shí)混凝土抗拉強(qiáng)度不大，在收縮應(yīng)力作用下形成裂縫。貫穿裂縫更多產(chǎn)生于大體積混凝土收縮階段，內(nèi)部熱量不斷釋放產(chǎn)生溫度梯度收縮應(yīng)力，使混凝土截面發(fā)生變形與開裂，情節(jié)嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)p毀混凝土截面[1]。

（2）干縮裂縫?；炷粮煽s影響因素比較多，例如水灰比、水泥種類與用量等?；炷帘砻嫠挚焖僬舭l(fā)，擴(kuò)大變形規(guī)模，內(nèi)部溫度不穩(wěn)定，變形也會(huì)更加明顯，表面一旦干縮變形就會(huì)產(chǎn)生拉應(yīng)力，進(jìn)而導(dǎo)致裂縫。

（3）溫度裂縫。建筑工程所在地區(qū)溫差比較大，大體積混凝土表面可能產(chǎn)生溫度裂縫。例如施工現(xiàn)場(chǎng)混凝土澆筑結(jié)束后，水泥硬化水化熱散發(fā)，在大體積混凝土特性影響下，內(nèi)部集聚了大量水化熱，因?yàn)闊o法快速散發(fā)使混凝土內(nèi)部溫度提升[2]。為了提高混凝土表面散熱效率，難免會(huì)形成內(nèi)外溫差或者混凝土表面拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力超出混凝土抗拉強(qiáng)度的最大限值時(shí)，便會(huì)形成溫度裂縫。

2 大體積混凝土裂縫控制技術(shù)

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(xì)骨料等。為了減少大體積混凝土裂縫，選擇水泥時(shí)要重點(diǎn)關(guān)注水化熱與凝結(jié)時(shí)間，盡可能選擇低水化熱和凝結(jié)時(shí)間較長(zhǎng)的水泥材料，例如可以應(yīng)用礦渣水泥或者粉煤灰水泥。與此同時(shí)，選定水泥種類之后，應(yīng)該對(duì)比多個(gè)廠家的產(chǎn)品，選擇性價(jià)比最高的供貨廠家。采購(gòu)選擇粗骨料時(shí)，碎石連接級(jí)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(duì)于細(xì)骨料的選擇，以優(yōu)質(zhì)中粗河砂為首選，細(xì)度模數(shù)以2.3～2.7mm為最佳，含泥量不能超過2%。選擇粉煤灰時(shí)要盡可能降低粉煤灰燒失量[4]。對(duì)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(qiáng)度應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)，還應(yīng)該盡可能減少水泥用量，保證溫度控制效果，規(guī)避裂縫產(chǎn)生，通常水泥用量以350g/m3為最佳。在大體積混凝土內(nèi)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(zhǎng)混凝土凝結(jié)時(shí)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(guān)，冷卻水降溫是大體積混凝土裂縫控制技術(shù)的應(yīng)用關(guān)鍵點(diǎn)。組織施工期間，為了達(dá)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(zhǔn)。安裝冷卻水管時(shí)，保證支撐原架和鋼筋骨架的穩(wěn)定性，以免澆筑混凝土期間導(dǎo)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(huán)降低混凝土內(nèi)部溫度，縮小內(nèi)、外環(huán)境溫差。

（3）測(cè)溫點(diǎn)。混凝土內(nèi)可以設(shè)置測(cè)溫點(diǎn)，通過測(cè)溫傳感器實(shí)時(shí)獲取溫度數(shù)值，施工人員觀察測(cè)溫點(diǎn)，控制混凝土內(nèi)各個(gè)測(cè)點(diǎn)溫度變化，調(diào)整冷卻水流量，使混凝土內(nèi)外溫差始終小于25℃。按照冷卻水流動(dòng)原則，通常是從溫度較高的中心區(qū)域向兩邊區(qū)域流動(dòng)，設(shè)置水管口要接近混凝土中心位置，出水管設(shè)置在混凝土的邊緣位置。進(jìn)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(jìn)出水口錯(cuò)開。結(jié)束混凝土終凝之后便可以通水循環(huán)，通過溫度計(jì)測(cè)量進(jìn)、出水口溫度，熱水管流量始終保持在1.2～1.5m3/h，進(jìn)出水溫差則以10℃為最佳，混凝土內(nèi)部溫差水溫始終低于20℃，冷卻水管應(yīng)用完畢，便可以利用壓注水泥漿的方式封閉處理。

（4）溫度監(jiān)測(cè)。一般大體積混凝土裂縫控制中的溫度監(jiān)測(cè)，設(shè)置溫測(cè)點(diǎn)要遵循以下原則：①按照施工圖紙對(duì)稱軸線，要在50%區(qū)域范圍內(nèi)遵循平面分層原則設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)；②根據(jù)結(jié)構(gòu)幾何尺寸設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)；③分析大體積混凝土的澆筑體溫度場(chǎng)分布狀況，明確監(jiān)測(cè)點(diǎn)所處位置與實(shí)際設(shè)置數(shù)量；④根據(jù)周圍環(huán)境確定監(jiān)測(cè)點(diǎn)的設(shè)置數(shù)量與實(shí)際位置；⑤沿大體積混凝土澆筑體厚度方向，在構(gòu)件內(nèi)與表面分別設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)；⑥澆筑體表面內(nèi)5cm處設(shè)置溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

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(jì)算得到澆筑混凝土收縮應(yīng)力、溫度應(yīng)力、溫度等數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)分析之后明確大體積混凝土升溫最大峰值、內(nèi)部溫差等，選擇可行的溫度控制舉措。具體應(yīng)該注意以下要點(diǎn)。

（1）澆筑方法選擇。大體積混凝土澆筑期間，建議應(yīng)用推移式連續(xù)澆筑法、整體分層連續(xù)澆筑法，保證混凝土結(jié)構(gòu)整體性與澆筑效果。在澆筑過程中檢測(cè)人員需要同時(shí)對(duì)混凝土配合比與坍落度進(jìn)行觀察，根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)定實(shí)施混凝土的振搗，保證振搗時(shí)間、流程等均滿足規(guī)范，混凝土抗拉強(qiáng)度、密實(shí)性也要符合設(shè)計(jì)要求。

（2）養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)混凝土成品是澆筑結(jié)束后必須予以關(guān)注的一個(gè)環(huán)節(jié)，以免發(fā)生溫差裂縫。結(jié)束混凝土澆筑的12h以內(nèi)必須澆水養(yǎng)護(hù)，保證混凝土有充足的水分。與此同時(shí)，養(yǎng)護(hù)作業(yè)需要持續(xù)進(jìn)行15d以上，可以減少混凝土內(nèi)部約束作用，并且降低收縮裂縫產(chǎn)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(guān)注澆筑溫度控制。開始澆筑之前按照澆筑項(xiàng)目特征與規(guī)范要求實(shí)施分層分段連續(xù)澆筑。澆筑期間嚴(yán)格驗(yàn)算建筑體溫度、溫度應(yīng)力與收縮應(yīng)力等數(shù)據(jù)，可以掌握混凝土降溫速率與升溫峰值等重要的參數(shù)?；炷翜囟戎笜?biāo)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(jié)束大體積混凝土的澆筑作業(yè)后，需要實(shí)施養(yǎng)護(hù)作業(yè)，要求模板表面內(nèi)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?xí)r建議應(yīng)用低熱礦渣水泥、硅酸鹽水泥作為常規(guī)配合試驗(yàn)的原材料，按照試驗(yàn)得到的泌水率、可泵性與水化熱等參數(shù)，獲取混凝土裂縫控制的技術(shù)參數(shù)。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(jiān)督與控制也十分重要，根據(jù)以往積累的經(jīng)驗(yàn)調(diào)整緊急溫控方案，澆筑前期應(yīng)該安裝測(cè)溫鋼管，控制該測(cè)溫鋼管的間距在2～4m，間隔2～3h可以測(cè)量一次大氣溫度與表面溫度，并且要詳細(xì)記錄測(cè)量數(shù)據(jù)。

（4）澆筑要點(diǎn)。實(shí)施大體積混凝土澆筑，建議遵循循環(huán)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(yè)效率。若澆筑施工在溫度較低的冬季進(jìn)行，則要將澆筑重點(diǎn)放在保溫養(yǎng)護(hù)上，現(xiàn)場(chǎng)施工人員定時(shí)查看澆筑混凝土，以免發(fā)生凍害。如果混凝土強(qiáng)度并未達(dá)到規(guī)定要求，必須重點(diǎn)預(yù)防混凝土凍害。除此之外，因?yàn)榛炷两Y(jié)構(gòu)比較復(fù)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(shí)必須重點(diǎn)關(guān)注石子、水這兩種材料。

2.4 設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)精準(zhǔn)控制

為了控制大體積混凝土裂縫，在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)需要做好控制工作，具體控制要點(diǎn)如下。

（1）大體積混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段，如果結(jié)構(gòu)為平面形狀，那么剛度必須均勻且對(duì)稱，嚴(yán)格控制平面長(zhǎng)度與凹凸?fàn)顩r，并且優(yōu)化外挑與內(nèi)收兩個(gè)部位的設(shè)計(jì)，減小結(jié)構(gòu)的約束度，以免出現(xiàn)結(jié)構(gòu)突變導(dǎo)致的應(yīng)力集中現(xiàn)象。

（2）在設(shè)計(jì)大體積混凝土內(nèi)部鋼筋保護(hù)層的厚度時(shí)，應(yīng)該確定最小值，以免因?yàn)楸Ｗo(hù)層厚度大而產(chǎn)生裂縫。

（3）對(duì)于大體積混凝土細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，建議增設(shè)構(gòu)造鋼筋，加強(qiáng)高低錯(cuò)落與結(jié)構(gòu)交接處的控制效果。一些容易產(chǎn)生裂縫的邊緣部位也可以設(shè)置暗梁，達(dá)到優(yōu)化配筋率和混凝土極限拉伸的效果。配筋設(shè)計(jì)重點(diǎn)在于補(bǔ)償配筋，可采取細(xì)直徑密配筋這一方式優(yōu)化構(gòu)造筋的抗裂性。

3 結(jié)束語

綜上所述，建筑工程在施工期間一旦產(chǎn)生大體積混凝土裂縫，就必然會(huì)埋下安全隱患，因此在施工環(huán)節(jié)需要應(yīng)用大體積混凝土裂縫技術(shù)，從原材料選擇、澆筑、養(yǎng)護(hù)等諸多環(huán)節(jié)著手加以優(yōu)化控制，了解可能引發(fā)裂縫的問題，提高混凝土施工質(zhì)量，也能夠?yàn)榻窈蟠篌w積混凝土裂縫問題的解決積累經(jīng)驗(yàn)，切實(shí)提升建筑工程整體質(zhì)量。