大體積混凝土施工中的裂縫問題及處理措施

孟先明

（山西省化工設計院,山西 太原 030024）

近年來,隨著國家國民經濟建設的發展,工程建設領域投資、建設規模越來越趨于大體積化、復雜與科技化。越來越多的建筑工程中有大體積混凝土出現,尤其化工項目中,如大型化肥廠的尿素造粒塔、大型化工廠乙二醇工程、大型焦化工程等。混凝土本身是建筑工程的主要施工材料,而大體積混凝土結構更是近幾年來建筑工程領域的主要施工材料,它施工質量的好與壞直接關系到在建工程施工質量的優劣,因此,在大體積混凝土的整個施工環節中,從設計人員到施工人員都要對大體積混凝土材料本身的材料性能有根本的認識,從嚴要求。控制整個大體積混凝土施工全過程的質量,采取各種施工措施,確保施工單位施工的質量。業內人士都知道,大體積混凝土是很容易產生裂縫與裂紋的,如果在施工期間發生裂縫問題,則對工程的危害程度是很大的。當然,引起裂縫的原因有方方面面。無疑,施工過程是發生裂縫最危險、風險發生率最大的環節。因此,嚴格管理、控制施工過程的各個方面是控制裂縫發生的最佳階段［1］。

1 大體積混凝土施工過程中遇到的一些問題

1.1 裂紋和裂縫

1）建筑工程業內人士都知道,混凝土作為一種常用的建筑材料,它是由多種材料組合而成的結構體。而大體積混凝土是指最小斷面尺寸大于1m的混凝土,由于外部外力的發生或者由于環境與溫度的變化,引起混凝土內部產生了不均勻、不規則的流動,溫度變化等很多不平均現象的發生,可能導致混凝土在施工時會出現裂縫問題。大體積混凝土的特點決定了除了混凝土的體量大以外,由于量過大,水泥的含量也相應要大。因此,當混凝土在澆筑完畢時,混凝土內部由于大量的水泥產生的大量水化熱會使混凝土內部產生大量的熱量,從而使混凝土內部的溫度短時間內可能達到最大值。這時,如果混凝土里外溫差超過25℃,那么,大體積混凝土就會用溫度升高和溫度降低而產生表面的裂縫,也會由于收縮而產生裂縫。

2）大體積混凝土由于其溫度產生的裂縫問題是十分復雜的,它涉及到的學科也很多,如巖土、結構、材料、施工工藝、技術水平、環境等。大體積混凝土的裂紋可以分為混凝土表面上的裂紋和深度較深的裂紋。表面的裂紋一般斷定其危害性較小,這個在混凝土溫度升高的過程中是可見到的。深裂紋的危害要比淺裂紋大很多。深裂紋本身對大體積混凝土的影響與結構的完整性和穩定性有很大關聯性,甚至會直接影響建設工程的質量。據此來判斷,混凝土裂縫產生的原因又可分為,由于施工工藝優劣及材料引起的裂縫,由于建筑高低、大小不同引起的裂縫,地基不均勻沉降、不合格工程質量引起的裂縫,由于溫度、氣候異常變化引起的裂縫等。

3）大體積混凝土由于其自身材料體量的原因,裂縫的產生有各種各樣的原因。但是,由于各種溫差超過了混凝土內部的承受力而產生的裂縫相對較多。當混凝土表面的溫度和氣溫相差較大的時候,加上混凝土內部由于水泥自身的水化熱現象,水泥水化熱釋放比較集中,而短時間內又很難擴散出去,使得混凝土內部溫度升高比較快,極易導致內外溫差增大等現象的發生,混凝土極有可能由于收縮產生裂縫。混凝土材料本身的膨脹系數導致外面溫度每變化10℃,混凝土就會產生0.01%的膨脹或收縮現象。此外,施工過程中,外面會不自覺地去約束混凝土的變形,比如,加強模板、增加拉條等措施,都會使混凝土內部產生不均勻的應力反應。一旦混凝土產生的應力超過了其自身的承受力,混凝土個體可能就會由于不均勻的變形而產生裂縫。當然,還有各種各樣的其他原因。例如,由于各種原因造成的地基不均勻沉降；或者,由于各個不同方向的水平外力使結構產生的水平位移與水平應力結構,使其峰值已經超出了混凝土自身的抵抗張力的強度,會使混凝土結構體可能產生開裂。工程設計人員,要注重設計環節,如保護層的設計及要求。

1.2 施工過程中遇到的問題

混凝土工程的施工過程中,混凝土是要求振搗密實的。而大體積混凝土的施工過程中,首先應該考慮結構的體量大小,鋼筋的鋪設密度,地腳螺栓,預留孔洞、口的留設,現場混凝土的供應狀況以及混凝土里水泥產生的水化熱等因素。在保證大體積混凝土振搗密實的基礎上,切實保證做到連續不間斷澆筑,絕不容許在底層混凝土振搗完畢初凝后再澆筑上面一層,宜采用封層連續澆筑施工或者推移式連續澆筑施工。應當依據設計尺寸進行均勻地分段、分層澆筑,上、下兩臨近層的豎向施工縫應當相互錯開。在大體積混凝土施工完畢后的后期階段,要有專人密切觀測,做好氣溫記錄。尤其要注意混凝土自身的內外溫度差,內容要及時、準確、真實完整,同時要落實專人負責,施工單位專職經理負責,技術人員落實到位,實驗人員取樣及時、真實有效。一旦發現,要嚴格控制裂縫的發展。大體積混凝土的養護也很重要,要落實好各項養護措施,必須滿足規范要求。最主要的就是,通過各種手段來滿足混凝土自身強度增長的需要。更要通過各種手段控制大體積混凝土的溫度差,防止混凝土因溫差過大而引起的混凝土自身的裂縫問題。

2 裂縫產生的原因剖析

2.1 混凝土自身的收縮

混凝土由于自身材料的特殊性,收縮現象是其產生裂縫的原因之一。混凝土的主要材料是由水泥、沙子、石子、水、外加劑等組成。混凝土自身的收縮,其實就是其在空氣中的硬結現象。在空氣中硬結以后,自身體積變小了,如果在沒有外力的作用下,混凝土自身產生的大小不等的這種應力,也能導致混凝土本身的裂縫,或者開裂。混凝土自身的收縮,其實是混凝土內部的水泥從硬化的初期由大變化到后期隨著混凝土內部水分的蒸發而產生的材料本身的收縮、變形。

2.2 水化熱產生的影響

大體積混凝土澆筑完畢后（主要是澆筑后的5d～7d）,水泥會釋放出大量的熱,這就是我們所說的水泥的水化熱產生的過程。混凝土各個外表面的散熱條件是不一樣的,其自身內部的溫度會很高很高,而混凝土外部基本上與大氣同溫。在澆筑過程中,由于大體積混凝土內部水泥產生的大量的水化熱現象,導致其內部的溫度一時難以釋放出來,越大體量的混凝土其內部的水化熱會越大,這就使得大體積混凝土其內部與外面形成溫度差。過大的體積,使得混凝土內部的水化熱現象很大,混凝土內部就會產生不均勻、不同方向、大小不一的壓應力,而混凝土的表面也會產生由于這種不均勻溫度變化而形成不均勻、大小不一、來自于不同方向的拉應力,這種毫無規則的應力一旦超過了混凝土本身的強度值,混凝土的表面就會出現或者產生各種各樣毫無規則的裂縫。

2.3 材料的影響

混凝土所使用的材料中,主材主要是水泥。混凝土自身的收縮往往因為所使用的水泥種類、標號、細度、強度值、用量等不同,而導致不同的結果。水泥細度越大,混凝土就越易產生裂縫。日常的施工過程中,由于所使用的骨料表面帶有各種各樣的雜質如,土、砂礫、泥等等,從而影響了骨料與水泥的結合度,影響了它們之間的黏結,弱化了混凝土的界面結構,因此,也就使得混凝土自身的強度有所降低。此外,在大體積混凝土施工中,如果給混凝土里摻加小部分化學外加劑的話,就會加大混凝土自身的干縮值。不同生產廠家的外加劑對混凝土的影響也不盡相同。

3 裂縫的預防

3.1 材料的選擇

3.1.1 水、沙子、骨料

水的選擇一定要按規范要求,冬季施工要采用熱水。在沙子的選擇上,盡量選擇大粒徑的中粗砂,雜質含量少。石子要選擇有良好級配的石子。當然,所有材料的選擇,要據施工條件,必須滿足規范要求。這樣做,既可以減少水及水泥用量,也可以減少大體積混凝土的收縮與其泌水現象的發生,以確保工程質量。

3.1.2 水泥

大體積混凝土施工中,水泥作為主要的建筑材料,用量較大。因此,在大體積混凝土的整個施工過程中,應選用低水化熱水泥。同時,為了減少水泥的用量,應選用高標號水泥,添加緩凝、高效的減水劑,以此改變混凝土的和易性,緩解水泥水化熱的速度。比如,可添加粉煤灰,但要控制添加的量,不可大于凈水劑量。適當添加,可以有效改善混凝土的很多指標,降低混凝土中水泥產生的水化熱,切實有效地提高與保證混凝土的質量。

3.2 溫度控制

對于大體積混凝土的各種溫度控制要求,國家專門有《大體積混凝土施工規范》（GB50496－2009）,除了滿足大體積混凝土施工規范外,還應該滿足現行的國家相關規定及規范的要求,確保大體積混凝土的工程質量。

3.3 防止水泥的過熱化

在實際的大體積混凝土工程中,需盡量防止水泥熱化現象發生。從設計考慮,可以適當增加一些構造設計,比如,增加鋼筋混凝土連系梁、構造柱等措施,從而增加混凝土的整體抗裂性能。

3.4 施工工藝和施工機具

大體積混凝土的施工工藝要重優杜劣。施工前,設計院要同施工單位進行專項技術交底,施工單位要編寫完善的組織計劃書,方案到人。制定關鍵部位的施工作業書,落實到人。盡量使用先進的施工機具。必要時,施工中可同時對大體積混凝土典型位置的內外溫度差進行全方位的監測。可根據需要,在混凝土多處設置散熱點,密切觀測溫度的變化,切實控制溫度在規范的容許范圍內。

3.5 施工質量的控制措施

1）在施工前,除了進行正常的圖紙會審、交底外,還必須進行大體積混凝土專項圖紙會審,由設計單位提出裂縫控制的施工要求以及施工單位其施工階段的綜合抗裂縫措施。施工單位要編制完好的施工方案,并準備好大體積混凝土的施工預案。同時,要求作業班組制定關鍵部位的專業任務書。在前期的模板,支架,鋼筋工程,預埋管件,預留孔洞、口以及預埋螺栓等相關工作完成并驗收合格后的基礎上,方可進行大體積混凝土的施工。

2）在整個建筑工程的施工中,原材料進場質量控制的環節都非常重要。要對進場的原材料查驗合格證,對石子、沙子的顆粒含量進行嚴格的級配,水泥進行編號,細骨料宜使用級配良好的中沙。在初步查驗合格的基礎上,需要送到實驗室作實驗檢查的,要及時送到實驗室檢查,待取得實驗室的合格證以后,方可進入現場。非泵送混凝土施工時,粗骨料的粒徑可以適當增大一些,細骨料施工的機具、設備也要根據現場的實際情況繼續調配。

4 結論

從以上分析論述中,我們對大體積混凝土溫度裂縫產生的原因以及控制措施有了一定的認識,它的從設計到施工的各個環節都要求十分嚴格,在施工方面,嚴格管控質量,切實按照國家的相關規范和規定的要求執行,嚴格施工,周密安排,適當調整混凝土的配合比,設法提高混凝土的表層溫度。加強對大體積混凝土施工質量的把控工作,有效控制有害裂縫的出現,真正做到建設工程百年大計、質量第一。

參考文獻：

［1］ 葉琳昌,沈義.大體積商品混凝土［M］.北京：中國建筑工業出版社,1987.