大體積混凝土施工裂縫控制技術(shù)研究

摘 要：在大體積混凝土施工過程中，裂縫是一種常見的問題，其對結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和耐久性會產(chǎn)生重要影響。本文通過分析裂縫形成的主要原因和分類及影響裂縫控制的關(guān)鍵因素，提出可行的裂縫控制技術(shù)，以降低大體積混凝土施工中裂縫的發(fā)生率和嚴(yán)重程度，指導(dǎo)今后大體積混凝土施工中的裂縫控制工作，確保大體積混凝土結(jié)構(gòu)工程的質(zhì)量和安全性。

關(guān)鍵詞：大體積混凝土；裂縫控制；預(yù)應(yīng)力技術(shù)；混凝土收縮；施工方法文章編號：2095-4085（2024）04-0025-03

0 引言

大體積混凝土在工程建設(shè)中被廣泛應(yīng)用，如大壩、橋梁、高層建筑等。然而，由于混凝土的收縮、溫度變化和荷載作用等因素，施工過程中常常會出現(xiàn)裂縫問題。這些裂縫不僅影響結(jié)構(gòu)的美觀性，還可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的強度和耐久性下降，甚至引發(fā)嚴(yán)重的安全事故。因此，深入研究大體積混凝土施工裂縫的形成機理，并提出有效的裂縫控制技術(shù)，對于確保工程的質(zhì)量和安全性具有重要意義。

1 裂縫形成機理

1.1 溫度變化引起的裂縫

在大體積混凝土施工中，溫度變化是一個常見的裂縫形成機理。當(dāng)混凝土受到溫度變化影響時，不同部位的體積變化不一致，會導(dǎo)致內(nèi)部應(yīng)力的積累，最終引發(fā)裂縫的形成［1］。例如，在高溫環(huán)境下，混凝土表面會快速膨脹，而內(nèi)部溫度較低的混凝土體積變化較小，這種溫度梯度會導(dǎo)致表面混凝土產(chǎn)生拉應(yīng)力，從而引起裂縫的出現(xiàn)。

1.2 混凝土收縮引起的裂縫

混凝土在硬化過程中會發(fā)生收縮，主要包括干縮和水化收縮。干縮是由于混凝土中的水分蒸發(fā)引起的體積收縮，而水化收縮是由于水泥水化反應(yīng)引起的體積收縮。這些收縮過程會導(dǎo)致混凝土內(nèi)部產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力達(dá)到混凝土的抗拉強度時，就會形成裂縫。

1.3 荷載作用引起的裂縫

在大體積混凝土施工中，荷載作用也是裂縫形成的重要原因之一［2］。當(dāng)混凝土承受外部荷載時，會發(fā)生彎曲、剪切和壓縮等變形，從而引發(fā)內(nèi)部應(yīng)力的分布和積累。當(dāng)應(yīng)力超過混凝土的抗拉強度時，就會出現(xiàn)裂縫。例如，在大壩施工中，由于壩體的自重和水壓力的作用，混凝土?xí)艿骄薮蟮暮奢d，當(dāng)超過混凝土的承載能力時，就會產(chǎn)生裂縫。

2 裂縫評估方法

裂縫評估是對裂縫進(jìn)行定性和定量分析的過程，以確定裂縫對結(jié)構(gòu)安全和性能的影響。以下是常用的裂縫評估方法。

（1）目視評估。通過肉眼觀察裂縫的形態(tài)、寬度、長度等特征進(jìn)行評估。這是一種簡單直觀的評估方法，但對于微小或隱蔽的裂縫可能不夠準(zhǔn)確。

（2）測量評估。使用測量工具如游標(biāo)卡尺、顯微鏡等對裂縫的寬度、長度、深度等進(jìn)行準(zhǔn)確測量。這種方法可以提供更精確的數(shù)據(jù)，但對于難以接觸或處于高處的裂縫可能存在困難。

（3）影像評估。利用攝像機、激光掃描儀等設(shè)備獲取裂縫的圖像或三維數(shù)據(jù)，通過圖像處理和分析技術(shù)進(jìn)行裂縫的定量評估。這種方法可以提供更詳細(xì)的信息，但需要專業(yè)設(shè)備和軟件支持。

（4）結(jié)構(gòu)分析評估。通過結(jié)構(gòu)力學(xué)分析和有限元模擬等方法，對裂縫對結(jié)構(gòu)的強度、剛度和穩(wěn)定性等影響進(jìn)行評估。這種方法可以更全面地了解裂縫對結(jié)構(gòu)性能的影響，但需要專業(yè)知識和計算工具的支持。

3 影響裂縫控制的關(guān)鍵因素

3.1 混凝土材料的選擇

混凝土材料的選擇對于裂縫控制至關(guān)重要。以下是一些與混凝土材料選擇相關(guān)的關(guān)鍵因素。

（1）水灰比。水灰比是指混凝土中水的用量與水泥用量的比值。較低的水灰比可以提高混凝土的強度和耐久性，減少收縮和裂縫的風(fēng)險。

（2）摻合料。添加適量的摻合料（如粉煤灰、礦渣粉等）可以改善混凝土的性能，減少收縮和裂縫的發(fā)生。

（3）粒徑分布。合理選擇骨料的粒徑分布可以提高混凝土的工作性能和抗裂性能。

（4）控制混凝土溫度。在大體積混凝土施工中，可以采取降溫措施，如使用冷卻劑或冷卻水，以控制混凝土的溫度，減少溫度應(yīng)力和裂縫的形成。

3.2 施工工藝與方法

正確的施工工藝和方法對于裂縫控制至關(guān)重要。與施工工藝和方法相關(guān)的關(guān)鍵因素有如下幾點。

（1）澆筑方式。選擇適當(dāng)?shù)臐仓绞?，如連續(xù)澆筑、分段澆筑等，以減少溫度和收縮引起的裂縫。

（2）振搗工藝。采用適當(dāng)?shù)恼駬v工藝，確?；炷恋木鶆蛎軐?，減少空隙和孔隙，提高混凝土的抗裂性能。

（3）養(yǎng)護(hù)措施。采取有效的養(yǎng)護(hù)措施，如濕養(yǎng)護(hù)、覆蓋保溫等，以控制混凝土的干縮和水化收縮，減少裂縫的形成。

（4）施工溫度控制?？刂剖┕r的環(huán)境溫度和混凝土溫度，避免溫度應(yīng)力和裂縫的產(chǎn)生。

3.3 環(huán)境條件

環(huán)境條件對于裂縫控制也具有重要影響。

（1）濕度變化。濕度變化會引起混凝土收縮和膨脹，從而導(dǎo)致裂縫的形成。在干燥環(huán)境中，應(yīng)采取保濕措施；在潮濕環(huán)境中，應(yīng)采取干燥措施，以控制濕度變化引起的裂縫。

（2）溫度變化。溫度變化會導(dǎo)致混凝土的膨脹和收縮，引起溫度應(yīng)力和裂縫。在設(shè)計和施工中應(yīng)考慮溫度變化，并采取相應(yīng)的措施來減少溫度應(yīng)力和裂縫的形成。

（3）地震。地震會引起混凝土結(jié)構(gòu)的振動和變形，增加裂縫的風(fēng)險。在地震區(qū)域，應(yīng)采取地震設(shè)計和加固措施，以提高結(jié)構(gòu)的抗震性能和裂縫的控制能力。

3.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計

結(jié)構(gòu)設(shè)計對于裂縫控制具有重要影響。

（1）結(jié)構(gòu)剛度。合理的結(jié)構(gòu)剛度設(shè)計可以減少結(jié)構(gòu)的變形和應(yīng)力集中，降低裂縫的發(fā)生風(fēng)險。

（2）支座設(shè)置。合理設(shè)置支座可以均勻分布荷載，減少結(jié)構(gòu)的變形和應(yīng)力集中，降低裂縫的形成。

（3）鋼筋布置。合理布置鋼筋可以提高結(jié)構(gòu)的抗裂性能，分散應(yīng)力，減少裂縫的發(fā)生。

（4）預(yù)應(yīng)力設(shè)計。預(yù)應(yīng)力設(shè)計可以通過施加預(yù)應(yīng)力，減小結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和變形，降低裂縫的風(fēng)險。

4 大體積混凝土施工裂縫控制技術(shù)

4.1 預(yù)應(yīng)力技術(shù)

預(yù)應(yīng)力技術(shù)是一種常用的裂縫控制技術(shù)，通過施加預(yù)應(yīng)力，可以減小結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和變形，從而降低裂縫的形成風(fēng)險［3］。以下是預(yù)應(yīng)力技術(shù)常見的方法。

（1）先張法預(yù)應(yīng)力混凝土施工。在混凝土構(gòu)件中預(yù)先施加預(yù)應(yīng)力，使構(gòu)件受到壓應(yīng)力，從而抵消荷載引起的拉應(yīng)力，減少裂縫的發(fā)生。

（2）后張法預(yù)應(yīng)力混凝土施工。先澆灌混凝土構(gòu)件，后張拉鋼筋。通過在混凝土結(jié)構(gòu)中設(shè)置預(yù)應(yīng)力鋼束或拉索，并施加預(yù)應(yīng)力，使結(jié)構(gòu)受到壓應(yīng)力，提高結(jié)構(gòu)的抗裂性能［4］。

4.2 控制混凝土收縮

混凝土的收縮是裂縫形成的常見原因之一［5］。控制混凝土收縮可以有效減少裂縫的產(chǎn)生。以下是常用控制混凝土收縮的技術(shù)。

（1）適當(dāng)控制水灰比。降低水灰比可以減少混凝土的收縮，選擇適當(dāng)?shù)乃冶瓤梢栽跐M足工作性能的前提下減少收縮。

（2）使用摻合料。添加適量的摻合料，如粉煤灰、礦渣粉等，可以減少混凝土的收縮。

（3）濕養(yǎng)護(hù)。在混凝土澆筑后，要及時進(jìn)行濕養(yǎng)護(hù)，保持混凝土的濕潤狀態(tài)，減少干縮引起的收縮和裂縫。

（4）覆蓋保溫。在混凝土澆筑后，覆蓋保溫材料，可以減緩混凝土的干燥速度，降低收縮和裂縫的發(fā)生。

4.3 遵循施工規(guī)范要求

嚴(yán)格遵循施工規(guī)范要求，對于裂縫控制至關(guān)重要。

（1）連續(xù)澆筑。對于大體積混凝土結(jié)構(gòu)，采用連續(xù)澆筑的方法可以減少溫度和收縮引起的裂縫。通過合理的澆筑速度和施工順序，減少澆筑接縫，提高結(jié)構(gòu)的連續(xù)性。

（2）分段澆筑。對于較大的混凝土結(jié)構(gòu)，可以采用分段澆筑的方法，通過設(shè)置伸縮縫或結(jié)構(gòu)連接縫，減少溫度和收縮引起的裂縫。

（3）控制澆筑溫度?？刂苹炷恋臐仓囟?，避免溫度應(yīng)力和裂縫的產(chǎn)生?？梢圆捎美鋮s措施，如使用冷卻劑或冷卻水，降低混凝土的溫度。

（4）合理振搗。采用適當(dāng)?shù)恼駬v工藝，確?；炷辆鶆蛎軐?，減少空隙和孔隙，提高混凝土的抗裂性能。

4.4 其他技術(shù)手段

除了上述技術(shù)外，還有一些其他技術(shù)手段可以用于裂縫控制。

（1）裂縫寬度控制。設(shè)置裂縫寬度控制裝置，如裂縫寬度控制條、裂縫寬度控制劑等，可以限制裂縫的寬度，降低裂縫對結(jié)構(gòu)的影響。

（2）防水層。在混凝土結(jié)構(gòu)中設(shè)置防水層，可以防止水分滲透，減少混凝土的收縮和裂縫的形成。

（3）補償裝置。在結(jié)構(gòu)中設(shè)置補償裝置，如伸縮縫、變形縫等，可以容納結(jié)構(gòu)的變形，減少應(yīng)力集中和裂縫的產(chǎn)生。

5 大體積混凝土施工裂縫控制技術(shù)應(yīng)用

5.1 工程概況

國內(nèi)某大型集商超住宅一體化綜合體項目工程，建設(shè)用地面積為13 652m2，工程包括混凝土梁、柱、墻板等組成的建筑結(jié)構(gòu)，建筑面積約為75 236m2。其中，該工程地下室核心筒分部工程：底板厚度2.9m，最大集水坑深8.3m，底部混凝土厚度為9.6m，是超厚大體積混凝土結(jié)構(gòu)工程。工程地點位于鬧市區(qū)繁華商業(yè)街地區(qū)，具備優(yōu)越的交通和基礎(chǔ)設(shè)施條件?？偣て跒?6個月，施工隊伍由經(jīng)驗豐富的工程師和熟練的施工人員組成，嚴(yán)格按照相關(guān)的施工標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進(jìn)行施工。

在施工過程中，將采用先進(jìn)的混凝土配制技術(shù)，確?；炷恋馁|(zhì)量和性能。混凝土配合比將根據(jù)設(shè)計要求和工程環(huán)境進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，以提高混凝土的抗裂性能和耐久性。

5.2 實驗分析

選擇國內(nèi)某大型集商超住宅一體化綜合體項目工程的地下室核心筒分部工程作為實際工程案例，并設(shè)計了實驗組，采集部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行分析，來評估不同裂縫控制技術(shù)的效果。通過分析實驗結(jié)果得出：在該大體積混凝土結(jié)構(gòu)中，纖維增強混凝土和聚合物改性混凝土技術(shù)可以有效控制裂縫的產(chǎn)生，減小裂縫寬度，抑制結(jié)構(gòu)變形，并提高混凝土的強度。這些結(jié)果為實際工程中裂縫控制技術(shù)的應(yīng)用提供了有益的參考。

5.3 技術(shù)優(yōu)化與改進(jìn)

基于實驗和實際工程項目的反饋與深入討論，可以對裂縫控制技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)。常見的技術(shù)優(yōu)化和改進(jìn)方法有以下幾個方面。

（1）材料優(yōu)化。通過選擇合適的混凝土配合比、摻合料類型和含量等，優(yōu)化混凝土材料的性能，提高其抗裂性能。

（2）施工優(yōu)化。通過優(yōu)化施工方法和工藝，如調(diào)整澆筑速度、振搗方式、養(yǎng)護(hù)措施等，改善混凝土的致密性和均勻性，減少裂縫的產(chǎn)生。

（3）結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化。通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計，如合理設(shè)置伸縮縫、變形縫等，以容納結(jié)構(gòu)的變形，減少應(yīng)力集中和裂縫的形成。

（4）新技術(shù)應(yīng)用。引入新的裂縫控制技術(shù)，如纖維增強混凝土、聚合物改性混凝土等，改善混凝土的抗裂性能。

（5）數(shù)值模擬與優(yōu)化。借助數(shù)值模擬方法，對裂縫控制技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，通過模擬分析不同參數(shù)和方案的效果，指導(dǎo)實際工程的應(yīng)用。

6 結(jié)語

在本研究中，對裂縫控制技術(shù)進(jìn)行了深入的研究和實驗。通過對實驗數(shù)據(jù)的分析得出以下結(jié)論。

（1）通過實驗評估了不同裂縫控制技術(shù)的效果。選擇了一系列常見的裂縫控制技術(shù)，并通過實驗測量和分析，評估了它們對裂縫寬度、結(jié)構(gòu)變形、強度和整體性能的影響。

（2）優(yōu)化了混凝土材料和施工工藝。通過材料的優(yōu)化選擇和施工工藝的優(yōu)化調(diào)整，改善了混凝土的抗裂性能。例如，合理的配合比和摻合料含量可以減少混凝土的收縮變形和溫度變形，從而減小裂縫的產(chǎn)生。

參考文獻(xiàn)：

［1］呂世生.大體積混凝土裂縫控制技術(shù)研究與應(yīng)用［J］.江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2023，23（3）：21-25.

［2］劉凱，劉虎，向姚堯，等.大體積混凝土底板溫度裂縫控制技術(shù)研究［J］.混凝土世界，2023（3）：61-65.

［3］彭臣.房建工程大體積混凝土溫度裂縫控制研究［J］.哈爾濱商業(yè)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2023，39（1）：72-77.

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

［5］劉楊.大體積混凝土裂縫控制技術(shù)研究［D］.成都：西南石油大學(xué)，2012.