建筑工程大體積混凝土裂縫控制技術(shù)

摘 要：在建筑工程領(lǐng)域，大體積混凝土的應(yīng)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(jié)構(gòu)安全性與耐久性的關(guān)鍵因素。裂縫的形成受多種因素影響，包括材料性質(zhì)、設(shè)計(jì)特征以及施工過程中的溫度控制等。因此，深入研究并實(shí)施有效的裂縫控制技術(shù)是提升建筑工程質(zhì)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(shè)計(jì)優(yōu)化，再到施工技術(shù)的各種控制方法，指出了實(shí)現(xiàn)裂縫控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。旨在為建筑工程中大體積混凝土的裂縫控制提供系統(tǒng)性的解決策略。

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

0 引言

大體積混凝土因其經(jīng)濟(jì)性和工程性能被廣泛應(yīng)用于各類建筑工程中。然而，隨著工程規(guī)模的不斷擴(kuò)大，混凝土結(jié)構(gòu)中裂縫的問題日益顯著，直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性。裂縫的產(chǎn)生受多重因素影響，其中包括材料的性質(zhì)、施工過程中的管理以及設(shè)計(jì)上的考慮等。因此，掌握裂縫產(chǎn)生的機(jī)理并采取有效的預(yù)防和控制措施是確保建筑工程質(zhì)量的基礎(chǔ)。

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(nèi)水分蒸發(fā)程度的差異導(dǎo)致的變形結(jié)果。具體而言，混凝土干縮裂縫主要表現(xiàn)為表面的平行線狀及網(wǎng)狀淺細(xì)裂縫，其寬度一般在0.05～0.2mm范圍內(nèi)。這種裂縫類型的出現(xiàn)，揭示出材料本身性質(zhì)與環(huán)境條件相互作用的復(fù)雜性。水灰比作為調(diào)控混凝土性能的關(guān)鍵參數(shù)，不僅影響混凝土的工作性和強(qiáng)度，還直接關(guān)聯(lián)到混凝土干燥過程中體積收縮的程度。同時(shí)，水泥用量的增減會(huì)改變混凝土的水化熱輸出，進(jìn)而影響到干縮裂縫的形成機(jī)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(yǎng)護(hù)措施，以減少水分蒸發(fā)速率差異，控制干縮裂縫的發(fā)生，進(jìn)而確保大體積混凝土結(jié)構(gòu)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(nèi)外溫差引起，表現(xiàn)在混凝土的表面及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，其形成與溫度變化的影響密切相關(guān)。這類裂縫的寬度因季節(jié)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(jié)構(gòu)中，裂縫通常表現(xiàn)為縱橫交錯(cuò)的形態(tài)。特別是在梁板等長尺度結(jié)構(gòu)中，裂縫多沿短邊方向平行發(fā)展。該裂縫類型的形成機(jī)理揭示了混凝土內(nèi)部溫度場不均勻分布對結(jié)構(gòu)完整性的影響，凸顯了施工與養(yǎng)護(hù)中溫控的至關(guān)重要性。為減少溫度裂縫的發(fā)生，必須采取有效的技術(shù)措施，如使用低熱水泥、控制澆筑速度、采用適時(shí)的覆蓋和噴水養(yǎng)護(hù)等，以促進(jìn)溫度均勻分布，降低溫差產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，從而保障大體積混凝土結(jié)構(gòu)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(zhì)的不均勻性、松軟性及回填土的不密實(shí)性有關(guān)。此外，模板的剛度不足和支撐間距過大也是導(dǎo)致沉陷裂縫產(chǎn)生的關(guān)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(dǎo)致凍土化凍后的不均勻沉降，便會(huì)引發(fā)深入且貫穿的裂縫問題。這種裂縫不僅影響結(jié)構(gòu)的美觀，更關(guān)系到整個(gè)建筑物的安全性與穩(wěn)定性。沉陷裂縫的走向與沉陷的性質(zhì)密切相關(guān)，通常這些裂縫與地面呈垂直或呈30～45°角的方向發(fā)展。因此，在施工和設(shè)計(jì)過程中務(wù)必高度重視地基處理，包括加強(qiáng)地基土的密實(shí)度、優(yōu)化模板和支撐系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，以減少因地基不均勻沉降而產(chǎn)生的裂縫。正確識(shí)別并采取預(yù)防措施是確保大體積混凝土結(jié)構(gòu)長期穩(wěn)定性的關(guān)鍵，需要通過綜合地質(zhì)勘查、材料選擇和施工技術(shù)的優(yōu)化，來有效控制或避免沉陷裂縫的產(chǎn)生^［2］。

2 建筑工程大體積混凝土裂縫產(chǎn)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(jié)構(gòu)功能和部位的差異，混凝土結(jié)構(gòu)通常會(huì)受到來自相鄰結(jié)構(gòu)部位的約束作用。這種約束主要源于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工過程中對不同部位的處理不同，如基礎(chǔ)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(dǎo)致應(yīng)力集中。當(dāng)這些內(nèi)部應(yīng)力超過混凝土本身的抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)在受約束區(qū)域形成裂縫。這些裂縫的產(chǎn)生反映了結(jié)構(gòu)在施工和使用過程中應(yīng)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(yīng)導(dǎo)致的體積變化更為顯著，進(jìn)而會(huì)增加裂縫發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。因此，了解和預(yù)測混凝土結(jié)構(gòu)中的約束效應(yīng)，對于設(shè)計(jì)和施工階段選擇合適的混凝土材料、施工技術(shù)以及裂縫控制措施至關(guān)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(yīng)釋放大量熱能，會(huì)導(dǎo)致混凝土內(nèi)部溫度顯著升高。由于混凝土具有較低的導(dǎo)熱性，這使得其內(nèi)部積累的熱量難以有效散發(fā)，尤其在截面較大的結(jié)構(gòu)中，水泥用量增多，水化熱效應(yīng)更為顯著。這種內(nèi)部熱量積累與外部環(huán)境溫度的快速散失之間形成的溫差，造成了混凝土內(nèi)外部的熱應(yīng)力差異。隨著時(shí)間的推移，這些熱應(yīng)力超過混凝土材料自身的抗裂性能，進(jìn)而導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生?；炷两Y(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生的裂縫不僅是物理現(xiàn)象的直接體現(xiàn)，也反映了材料特性與施工技術(shù)之間的復(fù)雜互動(dòng)。因此，混凝土中的水化熱因素是影響其結(jié)構(gòu)完整性的重要內(nèi)在因素。所以，在大體積混凝土施工中，必須考慮熱力學(xué)特性與材料應(yīng)力響應(yīng)之間的關(guān)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(jié)時(shí)間是影響其收縮性質(zhì)的關(guān)鍵參數(shù)，直接關(guān)系到施工質(zhì)量。混凝土中的水分在靜態(tài)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(dǎo)致水分在混凝土表面積聚形成水泌現(xiàn)象，而且會(huì)在粗骨料和鋼筋之下形成水囊，從而進(jìn)一步加劇材料內(nèi)部的不均勻干燥。隨著混凝土逐漸失水硬化，體積收縮引發(fā)的應(yīng)力超過材料的抗裂性，便會(huì)形成裂縫。這種收縮應(yīng)力，尤其是在大體積混凝土結(jié)構(gòu)中，由于材料量大，收縮效應(yīng)更為顯著，使得裂縫形成成為一種不可避免的現(xiàn)象。因此，混凝土的收縮變形不僅是材料內(nèi)部水分動(dòng)態(tài)變化的結(jié)果，也是結(jié)構(gòu)力學(xué)性能與材料物理性質(zhì)相互作用的直接體現(xiàn)，對于確保結(jié)構(gòu)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(shù)應(yīng)用

3.1 混凝土材料控制技術(shù)應(yīng)用

在大體積混凝土工程施工中，通過混凝土材料控制技術(shù)的應(yīng)用，可有效提升結(jié)構(gòu)的抗裂能力。其中選擇合適的水泥類型非常關(guān)鍵，優(yōu)選具有低收縮特性和微膨脹性能的水泥，可以在水化反應(yīng)的后期產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力，有助于抵抗由溫度變化和徐變引起的應(yīng)力，進(jìn)而在整體上增強(qiáng)混凝土的抗裂性能。這種類型的水泥通過內(nèi)部產(chǎn)生的微膨脹作用，可以有效地補(bǔ)償或減少因體積變化引起的內(nèi)部應(yīng)力，從而減輕裂縫的形成風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，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(shù)的骨料，可以有效降低混凝土的整體熱膨脹系數(shù)及提高其抗裂能力。

混凝土材料控制技術(shù)的另一個(gè)重要方面是減少水用量，這對于降低混凝土溫度和節(jié)約材料成本具有重要意義。在大體積混凝土工程中，由于結(jié)構(gòu)的特殊性，其強(qiáng)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(dǎo)致的溫度應(yīng)力，同時(shí)也能通過減少水泥用量來降低成本，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)與技術(shù)雙重優(yōu)化。通過這些綜合措施，大體積混凝土的裂縫控制技術(shù)可得以有效實(shí)施，能確保結(jié)構(gòu)的長期穩(wěn)定性和耐用性，減少后期維護(hù)的難度和成本，進(jìn)而為建筑工程的可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

3.2 冷卻水降溫控制技術(shù)應(yīng)用

在大體積混凝土的施工過程中，溫度控制技術(shù)是確保結(jié)構(gòu)質(zhì)量和防止裂縫產(chǎn)生的關(guān)鍵策略之一。特別是冷卻水降溫控制技術(shù)，它通過在混凝土內(nèi)部布置冷卻水管系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對混凝土溫度的有效管理。在混凝土達(dá)到終凝狀態(tài)后，通過冷卻水循環(huán)系統(tǒng)引入冷水，可以顯著降低混凝土內(nèi)部溫度，有效避免因大體積混凝土內(nèi)外部溫差過大而導(dǎo)致的裂縫問題。這種方法是通過精確控制冷卻水的流動(dòng)，確?；炷羶?nèi)部溫度均勻，減少溫度應(yīng)力，從而防止裂縫的形成。此外，冷卻技術(shù)還應(yīng)考慮混凝土體的熱傳導(dǎo)特性，可通過調(diào)整冷卻水的流量和循環(huán)速度，以達(dá)到最佳的冷卻效果，進(jìn)而保證混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和穩(wěn)定性。

為更精確地控制和監(jiān)測大體積混凝土內(nèi)部的溫度，施工過程中還會(huì)在混凝土體內(nèi)部布設(shè)測溫點(diǎn)和溫度傳感器。這些測溫設(shè)備能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測混凝土內(nèi)部的溫度變化，為冷卻水流量的調(diào)整提供數(shù)據(jù)支持。通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析，施工團(tuán)隊(duì)可以確保將混凝土內(nèi)外部的溫差控制在25℃以內(nèi)，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(qū)域向邊緣區(qū)域流動(dòng)的設(shè)計(jì)，能確保冷卻效果的均勻性。同時(shí)，需注意水管進(jìn)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(fā)生變形，從而確保整個(gè)冷卻系統(tǒng)的穩(wěn)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(shù)不僅能提高結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性，也可為高質(zhì)量建筑工程的實(shí)現(xiàn)提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3.3 設(shè)計(jì)控制技術(shù)的應(yīng)用

在建筑工程設(shè)計(jì)階段，大體積混凝土裂縫控制的核心策略在于優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，此舉具有決定性意義。確保結(jié)構(gòu)平面形狀的剛度均勻?qū)ΨQ，是避免裂縫產(chǎn)生的關(guān)鍵。通過精心設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的平面形態(tài)，控制其長度及凹凸部位，可以顯著降低因結(jié)構(gòu)約束度高而導(dǎo)致的應(yīng)力集中現(xiàn)象。特別是對于外挑和內(nèi)收等結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，需進(jìn)行特殊處理以減少約束，避免因結(jié)構(gòu)突變而引起的裂縫。此外，鋼筋保護(hù)層的厚度選擇也至關(guān)重要，選擇最小的保護(hù)層厚度可以減少裂縫的風(fēng)險(xiǎn)。

設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)時(shí)加入構(gòu)造鋼筋，特別是在結(jié)構(gòu)高低錯(cuò)落和交接位置，可以強(qiáng)化這些容易產(chǎn)生裂縫的區(qū)域。在邊緣等裂縫易發(fā)位置設(shè)置暗梁，提升配筋率，可增強(qiáng)混凝土的極限拉伸能力。此外，注重補(bǔ)償配筋的設(shè)計(jì)，采用細(xì)直徑且密布的構(gòu)造筋，可以有效提高混凝土的抗裂性能。通過這些細(xì)致入微的設(shè)計(jì)調(diào)整，可以在結(jié)構(gòu)層面預(yù)防裂縫的產(chǎn)生，從源頭上提升大體積混凝土結(jié)構(gòu)的整體性能和耐久性，進(jìn)而為實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量建筑工程目標(biāo)提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支撐。

3.4 澆筑控制技術(shù)的應(yīng)用

在大體積混凝土工程的施工過程中，澆筑控制技術(shù)的應(yīng)用是確保結(jié)構(gòu)質(zhì)量，特別是減少裂縫產(chǎn)生的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。采用商用混凝土遵循一定的坡度和順序，并執(zhí)行分區(qū)定點(diǎn)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(xù)性。通過這一嚴(yán)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(nèi)部應(yīng)力，從而顯著提升混凝土的整體性和減少裂縫的風(fēng)險(xiǎn)。此外，這種澆筑方法還能保障混凝土密實(shí)度和均勻性，對提高結(jié)構(gòu)的耐久性和抗裂性能起到積極作用^［4］。

在混凝土施工技術(shù)中，對于混凝土表面和鋼筋的處理也至關(guān)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(yù)沉后進(jìn)行二次抹面壓實(shí)的方法，是防止裂縫產(chǎn)生的有效措施。這種技術(shù)通過增加混凝土表面的密實(shí)度和均勻性，能夠有效避免裂縫的形成。完成二次抹面壓實(shí)后，立即進(jìn)行覆蓋保溫處理，是保證混凝土緩慢均勻硬化，進(jìn)一步減少裂縫風(fēng)險(xiǎn)的重要步驟。通過這些精細(xì)的施工控制技術(shù)，可以大幅提升大體積混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，確保其在長期使用過程中的穩(wěn)定性和安全性。

4 結(jié)語

總之，大體積混凝土在建筑工程中的應(yīng)用日益廣泛，而裂縫控制技術(shù)的有效實(shí)施對于保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和延長其使用壽命至關(guān)重要。從材料選擇、設(shè)計(jì)優(yōu)化到施工技術(shù)的精細(xì)控制，每一個(gè)環(huán)節(jié)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(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、以及實(shí)施精確的澆筑和溫度控制措施，可以有效減少裂縫的產(chǎn)生。這些控制策略不僅能提高建筑物的整體質(zhì)量，也為解決大體積混凝土結(jié)構(gòu)中裂縫問題提供了系統(tǒng)的解決方案，標(biāo)志著建筑技術(shù)正向更高標(biāo)準(zhǔn)邁進(jìn)。

參考文獻(xiàn)：

［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(shù)研究，2023，8（18）：162-164.

［2］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.

［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(fā)展，2021，5（2）：5-6.

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