大體積混凝土裂縫控制與處理分析

薛凱

廣州市花都第一建筑工程有限公司 廣東 廣州 510800

引言

隨著科技與經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展和我國對(duì)基礎(chǔ)建設(shè)的投入加大，建筑行業(yè)發(fā)展也實(shí)現(xiàn)了由“量”向“質(zhì)”的飛躍。混凝土原材料由于經(jīng)久耐用且成本低等優(yōu)點(diǎn)，一直是建筑行業(yè)的首選，并隨著建筑結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化和高大發(fā)展而出現(xiàn)大體積混凝土的應(yīng)用，在建筑行業(yè)中占據(jù)重要的地位。但大體積混凝土產(chǎn)品存在抗拉強(qiáng)度低的缺點(diǎn)，一旦受力不均就會(huì)出現(xiàn)各類裂縫現(xiàn)象，導(dǎo)致建筑整體構(gòu)造承載力下降，不僅給人們的生活帶來困擾，還會(huì)給居民帶來不必要的財(cái)產(chǎn)損失，甚至引發(fā)房屋坍塌，帶來安全風(fēng)險(xiǎn)。針對(duì)各種種類的大體積裂縫問題，目前國內(nèi)外相關(guān)學(xué)者專家已經(jīng)做了大量的研究，并且總結(jié)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，但是，大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生原因多種多樣，且一旦出現(xiàn)裂縫問題，處理難度高且需在短時(shí)間處理，這就需要更深層次分析和研究裂縫出現(xiàn)原因和著重加強(qiáng)預(yù)防環(huán)節(jié)措施的落實(shí)，結(jié)合實(shí)際案例，探究出科學(xué)有效的預(yù)防措施，堅(jiān)持以預(yù)防為主，以避免毀滅性的損失和產(chǎn)生重大經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效應(yīng)，為提高大型構(gòu)造的建筑建設(shè)順利進(jìn)展助力。

1 大體積混凝土概述

我國對(duì)大體積混凝土的定義有兩種，第一種按照混凝土的結(jié)構(gòu)尺寸將實(shí)體尺寸大于1m的大體量混凝土稱為大體積混凝土；第二種按照混凝土的性質(zhì)將水化熱產(chǎn)生有害裂縫的混凝土稱為大體積混凝土[1]。

大體積混凝土的特征為結(jié)構(gòu)大、尺寸大、承載力強(qiáng)、防水、鋼筋布置密度大、出現(xiàn)裂縫的概率大、安全性高、混凝土設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)高、水泥用量大、收縮變形概率大、澆筑量大、施工時(shí)間長(zhǎng)、施工工藝高、受季節(jié)和溫度影響大[2]。

2 大體積混凝土開裂機(jī)理分析

根據(jù)國內(nèi)外學(xué)者的總結(jié)和通過實(shí)踐工程案例項(xiàng)目施工總結(jié)，大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生原因有很多，主要由自身因素和其他原因兩方面構(gòu)成。

其中主要原因有：①成形過程中體積變化的影響，如混凝土在沒有加入抗?jié)B材料前，其抗?jié)B性能交差，且容易受到高滲透性的溶液和侵蝕性進(jìn)入到其內(nèi)部，影響混凝土的整體質(zhì)量；②混凝土內(nèi)部熱源溫度變化導(dǎo)致的形變裂縫，水泥在攪拌過程中會(huì)產(chǎn)生水熱反應(yīng)，出現(xiàn)較大溫差，種溫度的變化通常在澆筑混凝土后7天才能停止大幅度變化，混凝土完成施工后需要對(duì)混凝土養(yǎng)護(hù)；③各種收縮對(duì)大體積混凝土產(chǎn)生影響，混凝土的收縮主要可分為干燥收縮、自收縮、塑性收縮、化學(xué)收縮、溫度收縮和沉降收縮6種形式，收縮現(xiàn)象屬于混凝土成形后的一個(gè)重要的現(xiàn)象，相關(guān)學(xué)者和工程技術(shù)人員在研究和實(shí)踐已經(jīng)觀察到混凝土的收縮現(xiàn)象會(huì)伴隨著開裂現(xiàn)象；④徐變現(xiàn)象對(duì)混凝土的影響，徐變現(xiàn)象于混凝土的影響來說是具有雙面性的，一方面能降低水化熱產(chǎn)生的溫度應(yīng)力，另一方面也會(huì)增加形變的幅度；⑤混凝土各種組成材料的影響，混凝土組成材料較多，其中水泥、碎石、砂等粗、細(xì)骨料對(duì)混凝土的影響較大。一般來說，水泥材料參數(shù)影響混凝土的收縮值，混凝土產(chǎn)生裂縫的概率會(huì)隨著水泥用量越多而提高，水泥的細(xì)化程度等也會(huì)影響著混凝土產(chǎn)生裂縫的概率。骨料含泥量高也會(huì)影響混凝土材料之間的整體性。大量工程案例試驗(yàn)表明，加入減水劑會(huì)使得混凝土的水膠變大，能有效防止混凝土出現(xiàn)化學(xué)收縮，這表明因地制宜摻入外加劑能有效提高混凝土的性能，但需要注意要根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境進(jìn)行針對(duì)性的加入。

其他原因主要有：不按規(guī)范施工引起的混凝土裂縫、未能通過有效振搗方式達(dá)到有效振搗效果、未能采取有效養(yǎng)護(hù)措施、受到外部環(huán)境、季節(jié)氣候的影響等。

3 大體積混凝土裂縫控制與處理措施

根據(jù)大體積混凝土工程開裂機(jī)理形成的原因，需要采取合理可行的技術(shù)措施予以預(yù)防。

3.1 控制原材料及配合比

通過科學(xué)選取混凝土原材料和進(jìn)行混凝土配合比的優(yōu)化完善，是提升混凝土抵抗裂紋的能力的有效途徑。通過相關(guān)實(shí)踐證明，一般可通過選用中低熱的水泥品種、合適集料的選擇、摻用混合材料幾種方式進(jìn)行有效控制。如在水泥品種的選擇上，結(jié)合混凝土導(dǎo)熱能力差特點(diǎn)，通過降低混凝土的內(nèi)外溫差來實(shí)現(xiàn)預(yù)防混凝土裂縫出現(xiàn)的目的，結(jié)合混凝土結(jié)構(gòu)外部綜合特征，在構(gòu)件外部多選用標(biāo)號(hào)較高的中熱硅酸鹽水泥。在集料的選擇上，需要結(jié)合工程的具體情況，如選擇優(yōu)先選擇質(zhì)量好，成本低的砂子與石料，優(yōu)先選用以自然連續(xù)級(jí)配的粗骨料配制，做到臨近取材。在摻用混合材料的選擇上，結(jié)合大體積混凝土施工條件，一般采用泵送混凝土的方式，為確保混凝土擁有較好的泵傳送性，需要善混凝土中各成分的配比，其中最有效的方式是通過添加合適的外加劑與外摻料使拌和物能擁有更大的流動(dòng)性和具有較強(qiáng)的抵抗分離的能力。

3.2 選擇合理的施工措施和規(guī)范的施工工藝

以“分層澆筑，新舊斜接，多次成型，充分振搗”的連續(xù)澆筑專項(xiàng)施工方案為指導(dǎo)。如選用全面分層澆筑、斜面分層澆筑、分段分層澆筑等科學(xué)方式進(jìn)行分層次澆筑；采用二次振搗提升混凝土和鋼筋間的黏合程度，注意把握好混凝土的二次振搗的最佳時(shí)間；改善混凝土的攪拌工藝，降低混凝土收縮的幅度；控制混凝土的出機(jī)溫度，通過不斷減小石子的溫度，實(shí)現(xiàn)減小物質(zhì)離開機(jī)器的溫度；掌控澆筑的溫度，結(jié)合不同季節(jié)選用不同的方法降低構(gòu)件的內(nèi)外溫度差值。

3.3 加強(qiáng)大體積混凝土的養(yǎng)護(hù)

完成混凝土澆筑后，借鑒現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，按照可行的保養(yǎng)方案進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。大體積混凝土的養(yǎng)護(hù)需要符合相關(guān)規(guī)范要求。以用保溫養(yǎng)護(hù)時(shí)間為要求分析可知，需要考慮溫度應(yīng)力參數(shù)信息確定合理控制方式，延遲對(duì)大體積混凝土保養(yǎng)時(shí)間，一般大于15天，在開展保溫操作中，需要進(jìn)行保濕操作，確保混凝土表面處在濕潤(rùn)的狀態(tài)，以提升其表面抵抗裂縫能力。采用分層逐步操作進(jìn)行保溫層的拆除，拆除處理時(shí)，需要對(duì)防范寒潮問題、劇烈減溫問題，以及突然干燥問題加以考量[3]。

4 大體積混凝土裂縫控制實(shí)踐分析

4.1 工程概況

某住宅項(xiàng)目的10#、11#住宅樓及1#地下車庫為本人參與管理的項(xiàng)目，10#和11#的總建筑面積為42565㎡，地上27層，地下三層1層，結(jié)構(gòu)為框架剪力墻結(jié)構(gòu)；1#地下車庫的總建筑面積為49001㎡。該工程項(xiàng)目屬于較厚大體積的項(xiàng)目，基礎(chǔ)為CFG基礎(chǔ)，底板厚度最厚為2.5m。

4.2 做好混凝土施工前準(zhǔn)備工作

進(jìn)行大體積混凝土配合比優(yōu)化，以符合國家規(guī)范為前提，同時(shí)綜合考慮項(xiàng)目施工當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境，特別是溫度和天氣變化，使得配合完成的混凝土能實(shí)現(xiàn)方便施工和節(jié)約用材的目的。本住宅項(xiàng)目地下室大體積混凝土在實(shí)際施工中根據(jù)不同需求選擇相應(yīng)的水泥，結(jié)合項(xiàng)目所處地區(qū)的氣候和土質(zhì)，從經(jīng)濟(jì)性和地區(qū)環(huán)境因素考慮，在確保水泥水化熱和抗?jié)B性能均滿足項(xiàng)目要求的基礎(chǔ)上，優(yōu)選有實(shí)力的廠家作為供應(yīng)廠家。從施工方調(diào)角度出發(fā)，進(jìn)行混凝土配合比優(yōu)化，如先優(yōu)化膠凝材料的用量，在這個(gè)配合比優(yōu)化的基礎(chǔ)上，并結(jié)合相關(guān)配合材料的摻量不同進(jìn)行綜合分析強(qiáng)度和水化熱指標(biāo)，最終實(shí)現(xiàn)整體綜合配合比的最佳配合用量。同時(shí)為了施工中減少安全隱患的規(guī)定和加強(qiáng)混凝土強(qiáng)度和耐久性，本項(xiàng)目地下室大體積混凝土的拌攪時(shí)特別重視粗細(xì)骨料的配比、最小水泥灰用量、最大水泥允許值在施工設(shè)計(jì)強(qiáng)度和需求要求內(nèi)，重點(diǎn)考慮混凝土完成配制后的強(qiáng)度。另外，為了確保混凝土施工質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求，對(duì)該項(xiàng)目做了詳細(xì)的技術(shù)交底，確保施工班組明確相關(guān)工藝要點(diǎn)。結(jié)合該項(xiàng)目施工時(shí)間段為7～10月份，這個(gè)時(shí)間段溫度比較高，容易導(dǎo)致水泥水化熱，通過采用摻入緩凝劑和減水劑，以達(dá)到提高混凝土的和易性目的。當(dāng)溫度高于37℃時(shí)候，還采用了冰水進(jìn)行混凝土的拌和。

4.2 工程的施工工藝及施工過程控制分析

為了確保本項(xiàng)目地下室大體積混凝土施工質(zhì)量，項(xiàng)目進(jìn)行了專項(xiàng)施工方案設(shè)計(jì)。

首先，在澆筑前，為了確保有足夠的澆筑面和作業(yè)面，對(duì)項(xiàng)目底板澆筑大體積混凝土的施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行清表處理；其次，按照相關(guān)規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，做好底模鋼筋的綁扎工作；再次，做好模板支立，確保橫平豎直地進(jìn)行模板的支立，并在支撐到位的時(shí)候在模板上涂抹脫模劑；最后完成混凝土的澆筑?；炷恋臐仓谴篌w積混凝預(yù)防裂縫的重點(diǎn)，在本項(xiàng)目中我們采用分層澆筑進(jìn)行大體積混凝土澆筑。同時(shí)采用斜接方式進(jìn)行新舊混凝土的銜接。在混凝土的澆筑過程中通過采用“深插慢拔”的方法對(duì)混凝土行充分振搗。

加強(qiáng)混凝土施工過程中的溫度控制也是預(yù)防混凝土裂縫的重點(diǎn)。為了加強(qiáng)施工過程中及時(shí)了解大體積混凝土內(nèi)部的溫度變化和全面地監(jiān)控尋找混凝土的溫變規(guī)律，并結(jié)合溫度情況采取相關(guān)技術(shù)進(jìn)行控制，以確保混凝土施工效果。首先，大體積混凝土現(xiàn)場(chǎng)溫度點(diǎn)布置及監(jiān)測(cè)。項(xiàng)目結(jié)合項(xiàng)目特點(diǎn)和國家對(duì)混凝土施工的規(guī)范設(shè)定了12個(gè)測(cè)溫點(diǎn)。同時(shí)采用在底板內(nèi)部預(yù)埋溫度傳感器探頭對(duì)項(xiàng)目在施工期的內(nèi)部溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，需要檢測(cè)15天左右，開始于澆筑混凝土施工完成后的12小時(shí)內(nèi)。這個(gè)過程需要檢測(cè)人員耐心進(jìn)行數(shù)據(jù)收集和記錄，并仔細(xì)地將測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)回傳。其次，結(jié)合項(xiàng)目混凝土施工工期月份為7～10月，由于當(dāng)?shù)仄甙嗽路莸臏囟容^高，加上施工項(xiàng)目主要是高層建筑的地下室底板施工，施工的位置處于主樓深部基坑內(nèi)，由于基坑部位所需混凝土量比較大，導(dǎo)致澆筑完成后水泥的水化熱積散發(fā)慢，這種情況下，當(dāng)混凝土的表面溫度與覆蓋溫度的差小于20℃時(shí)，通過采用人工干預(yù)澆水降溫。

4.3 工程施工后期的養(yǎng)護(hù)控制分析

項(xiàng)目混凝土的主體部分澆筑完成后，就需要加強(qiáng)其表面的養(yǎng)護(hù)工作，以預(yù)防出現(xiàn)伸縮應(yīng)力和混凝土的變形開裂現(xiàn)象。本項(xiàng)目的具體做法是通過蓄水養(yǎng)護(hù)，在混凝土終凝時(shí)鋪設(shè)塑料膜和土工布。如遇到寒潮或連續(xù)降雨溫度降低過快的極端天氣情況下，可以通過搭建保溫棚、加設(shè)混凝土頂面和側(cè)面防雨布等提高混凝土表面溫度，并設(shè)有專人監(jiān)控和跟進(jìn)處理。通過溫度監(jiān)控混凝土的內(nèi)外溫差符合要求后，在隔天可以進(jìn)行保溫層和模板拆除，拆除遵循逐層拆除順序，另外，一般在模板拆除過程中盡量選擇外部環(huán)境溫度較高的時(shí)段進(jìn)行，如遇到氣溫大幅度變化時(shí)需要延遲拆模。

4.4 取得效果分析

經(jīng)過以上一系列混凝土裂縫控制措施后，項(xiàng)目相關(guān)管理人員對(duì)項(xiàng)目實(shí)體混凝土進(jìn)行檢查，通過借助現(xiàn)代手法進(jìn)行一系列的細(xì)致持續(xù)性觀察和測(cè)試。經(jīng)過以上科學(xué)的作業(yè)方式，有效控制了混凝土裂縫問題，項(xiàng)目混凝土沒有出現(xiàn)裂縫和其他異常問題。另外為了確保檢測(cè)的科學(xué)性和權(quán)威性，特請(qǐng)?jiān)囼?yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)介入對(duì)本商業(yè)廣場(chǎng)混凝土試塊的強(qiáng)度進(jìn)行試驗(yàn)，最終試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果表明，本項(xiàng)目混凝土強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求。

通過檢查與試驗(yàn)可知，通過優(yōu)化混凝土配合、加強(qiáng)工程的施工工藝及施工過程控制和大體積混凝土表面做覆蓋保溫層的養(yǎng)護(hù)降溫等措施。本項(xiàng)目大體積混凝土中沒有出現(xiàn)明顯的裂縫現(xiàn)象，各組試塊的強(qiáng)度也符合相關(guān)設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。這個(gè)結(jié)果表明，本工程大體積混凝土的裂縫得到了良好的控制，相關(guān)的預(yù)防措施是有效的和切實(shí)可行的，是值得推廣的。

5 結(jié)束語

總之，由于大體積混凝土施工時(shí)，會(huì)受到很多方面的影響，稍不注意裂縫就會(huì)發(fā)生，對(duì)此，在其施工過程中要管理好各道工序，從原材料的選用開始，到工程的設(shè)計(jì)，再到?jīng)Q定施工工藝，我們應(yīng)當(dāng)全面把握各種因素，控制大體積混凝土裂縫的出現(xiàn)，從工程的施工條件和技術(shù)出發(fā)，高質(zhì)量地完成項(xiàng)目建設(shè)。