建筑工程大體積混凝土施工裂縫控制措施研究

陳劍鋒

廣東中創建設有限公司

建筑工程大體積混凝土施工裂縫控制措施研究

陳劍鋒

廣東中創建設有限公司

大體積混凝土是現代建筑工程最常用的一種施工技術，但其施工難度也相當高，稍有不慎便會出現裂縫，從而危及整項工程的結構安全。據此，本文結合東源縣新安小區公租房1-3號工程施工的實踐經驗，探討建筑工程大體積混凝土施工裂縫的成因與控制。

建筑工程；大體積混凝土；裂縫控制

1 引言

東源縣新安小區公租房1-3號工程地下1層、地上9層，建筑總面積11678m2。該建筑采用框架結構，地下底板混凝土標號是C40及其抗滲等級0.8MPa。該工程的建設工期從開工到駿工驗收，筆者首先分析建筑工程大體積混凝土施工裂縫的成因，然后再進一步提出控制措施。

2 大體積混凝土施工裂縫的成因

建筑工程大體積混凝土施工產生裂縫的原因較為復雜。其中，從澆筑到混凝土強度達標期間產生的裂縫主要由水泥水化熱引起溫度變化所致，即：在水泥水化放熱過程中，混凝土強度隨著時間的推進而增強，但水泥水化反應具有不均衡性，早期較快、后期緩慢；混凝土不斷與四周環境進行熱交換。據此，混凝土溫度在齡期增長期間處在動態變化的狀態下，見圖1。

圖1 大體積混凝土的溫度變化圖

結合圖1，在大體積混凝土澆筑后，水化反應放出的熱量較大，引起溫度升高。但混凝土的傳導性差，且大體積混凝土的結構界面大，則結構內部水化散發明顯比外部慢，繼而導致內部溫度比外部高。同時，大體積混凝土內部的膨脹速度比表面快，如此便會在中心區與表面形成相互作用力，其會約束中心區膨脹及表面收縮。在這一情況下，大體積混凝土不會在中心區出現裂縫，而當其表面拉應力比極限抗拉強度大時，便會在表面出現裂縫。大體積混凝土在升溫階段逐漸收縮，而若其內部與表面的溫差超過一定限值時，便會在表面出現裂縫；而若混凝土在收縮過程的拉應力比抗拉強度大時，便會出現貫穿裂縫。

綜上，建筑工程大體積混凝土的施工裂縫是由約束收縮引起的拉應力所致，即在拉應力比極限抗拉強度大時，便會出現裂縫。據此，可將大體積混凝土施工裂縫的影響因素分成冷縮、干縮及約束條件。其中，干縮變形由混凝土的自由水蒸發所致，且水泥強度等級、骨料種類及混凝土水灰比、振搗的密實性、養生方法等都會影響到混凝土的收縮變形；冷縮變形由混凝土溫度的變化所致，而混凝土溫度的變化又受到絕熱、澆筑及散熱溫度的影響。

3 大體積混凝土施工裂縫的控制

為了防止建筑工程大體積混凝土施工出現裂縫，筆者建議從控制溫度變形、增強混凝土抗拉強度入手進行裂縫控制，具體如下：

3.1 控制溫度變形

3.1.1 選用水化熱低的水泥

鑒于水泥水化熱與混凝土內的礦物成分及其摻量有關，則建議在大體積混凝土中使用中熱硅酸鹽水泥及低熱礦渣水泥，以控制水化熱的溫升及混凝土體積變形，注意盡量不使用硅酸鹽水泥或早強型水泥。

3.1.2 減少水泥用量

水泥水化熱是引起大體積混凝土結構產生溫度變形的主因，而減少水泥用量是控制水泥水化熱的關鍵，具體要點包括：一是在滿足結構安全的前提下，降低混凝土的設計強度，從而減少水泥用量；二是適當延長混凝土的設計齡期，如90d、180d或365d，據此換算成28d齡期，便可降低混凝土的設計強度及減少水泥用量；三是選用最大粒徑、級配優良的骨料，從而減少水泥用量；四是摻入粉煤灰來替代水泥，因為粉煤灰7d、28d產生的水化熱僅為水泥的1/3和1/2，因此摻入粉煤灰可減少混凝土內水泥及水的用量，從而防止混凝土開裂；五是摻入減水劑，如緩凝型減水劑，以抑制水泥產生水化作用。

3.1.3 選用線脹系數小的骨料

混凝土的線脹系數是水泥漿、骨料線脹系數的加權平均值。在混凝土內，骨料的占比＞75%，則選用線脹系數小的骨料可起到混凝土溫度變形控制的作用。

3.1.4 其他

除了前文談及的內容以外，還可采用下列手段來控制大體積混凝土的溫度變形：一是在冬季或高溫季節的低溫時段澆筑混凝土，以降低混凝土在澆筑時的入模溫度；二是通過在混凝土內預埋管道或表面流水的冷卻方式降低混凝土的溫度；三是在混凝土表面做好隔熱保護，以控制表面溫降幅度及縮小內、外溫差。

3.2 增強抗拉強度

對于如何增強大體積混凝土的抗拉強度，筆者提出下列建議：一是摻入增強劑，比如有機合成或天然的有機纖維，碳、玻璃及石棉等無機纖維，非晶態金屬、不銹鋼等金屬纖維，從而增強混凝土的抗拉強度；二是摻入膨脹劑，比如PG硫鋁酸鹽型膨脹劑、UEA膨脹劑等，以使混凝土的體積在硬化過程膨脹，用以補償冷縮及干縮變形產生的不利影響，從而防止混凝土開裂；三是配置間距密、直徑細的鋼筋，以增強混凝土的抗拉強度、抗裂能力及控制縫寬。

4 大體積混凝土施工溫度的監測

綜合建筑工程大體積混凝土施工裂縫的成因與控制方案，建議在大體積混凝土施工中，隨時監測混凝土內部的溫度變化，以便據此采取有效的溫控對策及調整施工技術方案。對于大體積混凝土的溫度監測，通過在混凝土內的不同部位布置康銅熱電偶傳感器、溫度測定儀進行跟蹤監測，具體監測內容包括混凝土入模溫度、混凝土澆筑與初凝過程的溫度，并在混凝土內外溫差＞25℃或溫度突降10℃以上時預警，以便及時采取溫控對策，從而避免混凝土產生溫度裂縫。但在這一過程中，需明確下列工作要點：

4.1 監測混凝土的入模溫度

在監測混凝土入模溫度時，重點監測混凝土攪拌前原材料的溫度、澆筑時天氣的實時氣溫及混凝土的入模溫度。

4.2 布置康銅熱電偶傳感器

在案例工程中，大體積混凝土的面積大且其厚度包括4600mm、1000mm及700mm三個等級，建議選取厚4600mm的區域作為核心控制范圍。在這一區域內，共布設四組測溫點，且在每一組測溫點沿厚度豎向布設上、中、下三個康銅熱電偶傳感器（見圖2），同時布設兩個水銀溫度計，用以測量混凝土表面的氣溫及其覆蓋物下的溫度。

4.3 測溫時間的安排

在大體積混凝土澆筑3h后，每間隔2h測溫一次，24h不間斷及持續監測7d，具體按溫度實況延長或縮短監測天數。在這一過程中，要求安排專人負責測溫，期間工作人員應詳細記錄測溫結果，并及時將其報告至技術部，以方便技術部適時調整混凝土的養護方案。在案例工程中，測溫期限預定是7d，但從測溫實況來看，混凝土中心區與覆蓋麻袋內、外的溫差在4d后便＜20℃，且基本穩定，則為了方便施工，建議將測溫觀測期調至4d。

圖2 測溫點剖面布置圖

5 結語

綜上，大體積混凝土在建筑工程施工中的應用越來越普遍，其應用價值非常顯著，但控制施工裂縫是關鍵。在本案，筆者結合實踐經驗，從大體積混凝土施工裂縫的成因出發，提出通過控制溫度變形、增強混凝土抗拉強度來控制裂縫。在東源縣新安小區公租房1-3號工程中的實踐表明，文案所示裂縫控制措施是可行的，值得在類似工程中推廣應用。