建筑工程中大體積混凝土裂縫控制技術(shù)的運用分析

摘" 要：本文結(jié)合工程概況，深入分析建筑工程中大體積混凝土裂縫控制技術(shù)的運用，探討混凝土的配合比設(shè)計、澆筑、振搗、表面處理以及結(jié)構(gòu)養(yǎng)護等關(guān)鍵技術(shù)措施，并提出有效的裂縫控制策略。通過實施前后對比分析，發(fā)現(xiàn)建筑工程中大體積混凝土裂縫控制技術(shù)運用效果較為顯著，可為大體積混凝土的裂縫控制提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：建筑工程；大體積混凝土；裂縫控制；混凝土配合比文章編號：2095-4085（2024）11-0037-03

作者簡介：康凌（1981—），男，漢族，四川成都人，講師，工學(xué)碩士。研究方向：結(jié)構(gòu)抗災(zāi)設(shè)計理論。

0" 引言

在當(dāng)代建筑工程領(lǐng)域，隨著大型基礎(chǔ)設(shè)施和高層建筑項目的增多，大體積混凝土因其在結(jié)構(gòu)性能和經(jīng)濟效益上的優(yōu)勢而被廣泛應(yīng)用。然而，大體積混凝土結(jié)構(gòu)易于出現(xiàn)裂縫，這直接影響到結(jié)構(gòu)的耐久性和安全性，因此，裂縫控制技術(shù)的研究和應(yīng)用成為了提升建筑工程質(zhì)量的關(guān)鍵。

1" 工程概況

本文以某綜合辦公樓為案例，該工程項目總建筑面積為43578.7m2，地上建筑面積為32182.89m2，地下面積11395.81m2，展現(xiàn)了空間利用的高效性。該建筑由地上17層與地下2層組成，主樓建筑高度為79.9m，彰顯了其在區(qū)域內(nèi)的顯著地位。從結(jié)構(gòu)尺寸來看，東西長172.6m，南北寬35.7m，基礎(chǔ)埋深8m，體現(xiàn)了建筑的宏偉與穩(wěn)固。主要結(jié)構(gòu)包括主樓筏板厚度1.5m和裙房筏板厚度0.7m，采用混凝土設(shè)計強度C40，抗?jié)B等級P6，代表了大體積混凝土施工的典型應(yīng)用。

2" 大體積混凝土裂縫類型

根據(jù)該工程項目特點，采用大體積混凝土進(jìn)行施工，這種混凝土需要控制其溫度升高和溫度梯度降低以避免混凝土因溫度變化引起的損壞，需采用多種調(diào)節(jié)措施來控制溫度［2］。過程中容易產(chǎn)生以下幾種裂縫。

2.1" 干縮裂縫

干縮裂縫作為大體積混凝土結(jié)構(gòu)中裂縫現(xiàn)象之一，主要由于混凝土結(jié)構(gòu)在凝固期間出現(xiàn)了失水問題，產(chǎn)生體積收縮。干縮裂縫形狀可能為網(wǎng)狀、橫向或縱向，具體形態(tài)由混凝土內(nèi)部應(yīng)力分布和結(jié)構(gòu)約束條件共同決定。干縮裂縫的寬度可能在0.05～0.4mm之間，而裂縫深度一般不超過混凝土表面以下的1/4厚度。干縮裂縫形成過程中，初始裂縫通常在混凝土硬化初期出現(xiàn)，但隨著混凝土繼續(xù)失水和硬化，裂縫會逐漸擴展。此外，外部環(huán)境因素，如低濕度和高溫度條件，會加速水分蒸發(fā)，從而增加干縮裂縫的發(fā)生風(fēng)險。

2.2" 溫度裂縫

溫度裂縫是由于溫度變化引發(fā)的不均勻體積變化所致，在混凝土內(nèi)部與外部環(huán)境溫度差異顯著時會產(chǎn)生溫度裂縫。其形狀呈現(xiàn)出多樣性，表現(xiàn)為垂直或斜向，寬度和深度受混凝土材料屬性及其溫度梯度的影響。溫度裂縫的寬度一般在0.1～1mm范圍內(nèi)，深度可達(dá)數(shù)十厘米，一般依結(jié)構(gòu)尺寸和溫度差異而不同?；炷恋臒崤蛎浵禂?shù)決定了材料對溫度變化的響應(yīng)程度，而較大的溫度梯度加劇了內(nèi)部應(yīng)力，從而促進(jìn)了裂縫的生成。在大體積混凝土硬化過程中，由于水泥水化反應(yīng)釋放的熱量導(dǎo)致內(nèi)部溫度升高，而外層因環(huán)境冷卻而溫度較低，形成溫度梯度，進(jìn)而產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力。若該應(yīng)力超過混凝土的抗拉強度，則可能引起溫度裂縫。

2.3" 沉降裂縫

沉降裂縫主要由于基礎(chǔ)不均勻沉降或混凝土在硬化過程中由于支撐不均引起。沉降裂縫的特征為垂直于混凝土澆筑方向，形狀通常表現(xiàn)為直線或略呈曲線，清晰地反映了結(jié)構(gòu)承載不均的狀況。沉降裂縫的寬度具有可變行，一般在0.1mm至幾毫米之間，深度則依據(jù)沉降程度及結(jié)構(gòu)受力特點，從表面延伸至較深位置，甚至貫穿整個結(jié)構(gòu)厚度。沉降裂縫發(fā)生的根本原因在于基礎(chǔ)土的壓縮性或施工期間混凝土自身的壓實不充分，導(dǎo)致局部承載力下降。特別是在大跨度結(jié)構(gòu)或負(fù)載較重的區(qū)域，由于下沉速率的不一致，容易在混凝土結(jié)構(gòu)中引發(fā)裂縫。此外，混凝土澆筑后的早期，如果支模移除過早或施工荷載施加不當(dāng)，也會誘發(fā)沉降裂縫［3］。

2.4" 收縮裂縫

收縮裂縫是由于材料自身收縮特性引起，尤其在硬化過程中由于水分散失或溫度變化導(dǎo)致的體積減小。收縮裂縫類型常見于混凝土表面，其形狀多呈網(wǎng)狀或隨機分布，直接體現(xiàn)了材料內(nèi)部張力不均勻的分布。收縮裂縫的寬度一般在0.05～1mm，而深度則依裂縫寬度和混凝土材料性能不同而異，可從表層延伸至數(shù)厘米深。收縮裂縫的生成與混凝土的化學(xué)收縮和干燥收縮密切相關(guān)，其中化學(xué)收縮主要發(fā)生在水泥水化反應(yīng)初期，干燥收縮則隨著混凝土失水過程持續(xù)發(fā)生。環(huán)境條件，如溫度、濕度以及混凝土的配比、養(yǎng)護方法等因素均可影響收縮裂縫的發(fā)展。

3" 大體積混凝土裂縫控制技術(shù)運用措施

3.1" 混凝土配合比設(shè)計控制

3.1.1" 材料控制

在大體積混凝土裂縫控制技術(shù)中，混凝土配合比設(shè)計的材料控制環(huán)節(jié)至關(guān)重要。通過精確調(diào)整水泥、細(xì)骨料、粗骨料、粉煤灰及外加劑的比例和類型，可以有效減少裂縫的產(chǎn)生，提升結(jié)構(gòu)的整體性能和耐久性。

基于工程實際情況，在水泥選擇中應(yīng)考慮其類型和強度等級。低熱水泥或中熱水泥由于其較低的水化熱釋放，對于減少溫度引起的裂縫特別有效。推薦使用強度等級不低于42.5MPa的水泥，以確?；炷恋脑缙诤烷L期強度。細(xì)骨料方面，河砂是常用的選擇，其細(xì)度模數(shù)應(yīng)控制在2.3～3.0范圍內(nèi)，以保證混凝土的工作性和減少水泥用量。細(xì)骨料的清潔度和顆粒級配對減少混凝土收縮裂縫有顯著影響。粗骨料通常選用碎石或碎礫，粒徑不應(yīng)超過混凝土橫截面厚度的1/4，最大粒徑推薦不超過20mm。適當(dāng)?shù)拇止橇峡梢蕴岣呋炷恋目箟簭姸群蜏p少收縮，通過優(yōu)化骨料的級配，可進(jìn)一步控制混凝土的干縮特性。粉煤灰作為一種常用的礦物摻合料，其加入量一般建議控制在水泥重量的20%～30%，既可以提高混凝土的工作性，又能減少水泥用量，從而有效降低水化熱，減少溫度裂縫的風(fēng)險。外加劑的使用，如緩凝劑、減水劑等，可以改善混凝土的施工性能和強度發(fā)展。減水劑能夠在不增加水泥用量的情況下，提高混凝土的流動性，減少水泥用水量，從而有效控制混凝土的干縮。推薦使用符合國家或國際標(biāo)準(zhǔn)的高效減水劑，其加入量依據(jù)具體產(chǎn)品性能而定，一般為水泥重量的0.5%～2.0%［4］。

3.1.2" 混凝土配合比

混凝土原材料配合比不僅能優(yōu)化混凝土的力學(xué)性能，還能有效減少因溫度變化、干縮等因素引起的裂縫?；诹芽p控制技術(shù)考慮的混凝土配合比具體參數(shù)（見表1）。

3.2" 混凝土澆筑

混凝土澆筑過程的科學(xué)管理是減少裂縫發(fā)生的關(guān)鍵。該過程包括精確的混凝土澆筑、有效的振搗和細(xì)致的表面處理，每一環(huán)節(jié)都需嚴(yán)格控制，并采用適宜的設(shè)備與技術(shù)參數(shù)以確?；炷两Y(jié)構(gòu)的質(zhì)量與耐久性。

混凝土澆筑通常采用泵送技術(shù)，以確?；炷恋倪B續(xù)性和均勻性。例如，使用具有60m3/h輸送能力的泵車（型號如SANYSYG5260THB43），能夠滿足中大型工程的需求。泵送壓力應(yīng)根據(jù)混凝土的稠度和輸送距離調(diào)整，通常在5.2MPa左右。澆筑時，控制泵送速率至關(guān)重要，以避免過快引入的材料導(dǎo)致分層或是過慢造成的初凝，理想的泵送速率應(yīng)在5～10m3之間。溫度控制需在15～25℃之間，以避免極端溫度對混凝土性能的影響［5］。

振搗過程則通過高頻振搗器來完成，以確?；炷羶?nèi)部的密實度和均勻性。典型的振搗器如WackerNeusonIRFU45型，具有12000～15000次/min的振動頻率和40～60mm的振動棒直徑，能夠有效排除混凝土內(nèi)的氣泡和空隙。振搗時應(yīng)注意振搗棒的垂直插入和逐漸提拉，以實現(xiàn)最佳的密實效果。振搗時間因混凝土稠度和振搗器性能而異，但一般建議每點在15～30s之間。

表面處理方面，為了提高混凝土表面的平整度和密實度，通常在振搗完成后進(jìn)行。使用抹光機（如AllenEngineeringPro446）進(jìn)行表面抹平，抹光機的刀片寬度和旋轉(zhuǎn)速度需根據(jù)混凝土的表面狀況和硬度進(jìn)行選擇和調(diào)整，一般推薦的旋轉(zhuǎn)速度為60～120轉(zhuǎn)/min。表面抹光過程中，應(yīng)均勻覆蓋整個表面，要確保沒有漏抹的區(qū)域，以防止日后出現(xiàn)裂縫［6］。

3.3" 大體積混凝土結(jié)構(gòu)養(yǎng)護

大體積混凝土結(jié)構(gòu)養(yǎng)護對于控制裂縫發(fā)展、確保結(jié)構(gòu)性能和延長使用壽命至關(guān)重要。養(yǎng)護過程需綜合考慮混凝土的具體溫度、養(yǎng)護方式和持續(xù)時間，然后采取科學(xué)合理的養(yǎng)護措施以最大限度減少裂縫和其他缺陷?；炷翝仓瓿珊?，初始養(yǎng)護階段的溫度控制至關(guān)重要。由于該工程日照溫度常處于23～28℃，需將混凝土養(yǎng)護溫度保持在10～25℃之間，以避免低溫導(dǎo)致的混凝土強度發(fā)展緩慢或高溫引起的快速水化反應(yīng)和過早干燥。在初始養(yǎng)護階段，應(yīng)采用覆蓋保溫材料如泡沫塑料板或保溫毯等，保持混凝土表面溫度穩(wěn)定，以避免因溫度波動導(dǎo)致的內(nèi)部應(yīng)力增大。大體積混凝土結(jié)構(gòu)通常采用濕潤養(yǎng)護和溫度控制養(yǎng)護兩種主要方式。濕潤養(yǎng)護包括覆蓋濕布、噴水和使用養(yǎng)護劑等方法，目的是保持混凝土表面的濕潤狀態(tài)，避免水分過快散失。例如，可以在混凝土表面覆蓋濕潤的麻袋或噴灑細(xì)霧水，以維持表面濕度。此外，使用養(yǎng)護膜劑形成保護膜也是一種有效的濕潤養(yǎng)護方法，養(yǎng)護膜劑應(yīng)均勻涂覆，覆蓋率100%，以確保養(yǎng)護效果。溫度控制養(yǎng)護主要針對大體積混凝土內(nèi)部的溫度管理，以減少因溫差引起的裂縫。在混凝土硬化初期，使用冷卻管道循環(huán)冷水或采用表面覆蓋反射性材料減少太陽輻射吸收，均能有效控制混凝土內(nèi)部溫度，防止溫度過高。具體的溫度控制措施應(yīng)根據(jù)混凝土體積、環(huán)境條件以及結(jié)構(gòu)特點綜合設(shè)計。對于大體積混凝土結(jié)構(gòu)，建議的最小養(yǎng)護時間為7d；對于使用緩凝或低熱水泥的混凝土，養(yǎng)護時間應(yīng)延長至14d或更長。在極端氣候條件下，如高溫干燥或低溫凍結(jié)環(huán)境，養(yǎng)護時間和措施應(yīng)相應(yīng)調(diào)整，以確保混凝土性能的充分發(fā)展［7］。

3.4" 實施效果

大體積混凝土裂縫控制技術(shù)的運用是確保結(jié)構(gòu)耐久性和功能性的關(guān)鍵。實施該技術(shù)后，通過定期監(jiān)測和評估，可以觀察到顯著的改善效果。以下數(shù)據(jù)展示了在采用不同裂縫控制措施之前后，混凝土結(jié)構(gòu)裂縫寬度的對比，從而直觀反映了實施效果的顯著性（見表2）。

通過優(yōu)化混凝土配合比、確保混凝土振搗質(zhì)量、采用有效的表面處理技術(shù)以及恰當(dāng)?shù)酿B(yǎng)護措施，大體積混凝土結(jié)構(gòu)中裂縫的寬度得到了顯著減小。特別是表面處理和養(yǎng)護方式的改進(jìn)，使得裂縫寬度分別減少了75.0%和73.3%。這些數(shù)據(jù)充分說明了大體積混凝土裂縫控制技術(shù)在實際應(yīng)用中的有效性。

4" 結(jié)語

綜上所述，通過本文的深入分析和實踐驗證，可清晰地看到，優(yōu)化混凝土配合比、確保合理的澆筑和振搗、執(zhí)行嚴(yán)格的表面處理以及采取有效的養(yǎng)護措施，顯著減少了混凝土結(jié)構(gòu)中的裂縫發(fā)生，提高了結(jié)構(gòu)的整體質(zhì)量與耐久性。所得結(jié)果不僅驗證了裂縫控制技術(shù)的有效性，同時也為建筑工程實踐提供了寶貴的技術(shù)指導(dǎo)和參考。

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