大體積混凝土裂縫控制技術研究

鄢燕穎

福建省二建建設集團有限公司

1 引言

現如今，土木工程在我們國家得到了顯著的發展，尤其是隨著城市地下空間、高層或超高層建筑、綜合水利設施等大型建設項目的不斷涌現，大體積混凝土在這些工程項目中的應用也愈來愈頻繁。不過，由于澆筑規模相對來說更大一些，所以溫度應力等在結構方面的分布也更為復雜，很有可能便會出現相差較大或者是不均勻分布等問題。因此，這便要求混凝土材料應具備較高的品質，并在自重應力、標注規模等各個方面符合相應地要求。不然，在結構方面便會出現溫度應力差較大而形成裂紋、裂縫等工程病害，對工程項目的質量、使用安全及使用壽命造成不利影響。因此，在施工時不僅需要控制混凝土的強度、黏結性等，還需要細化大體積混凝土的施工技術以及施工工藝。只有這樣，才能夠有效抑制混凝土裂紋的出現，避免施工質量問題的發生。

2 大體積混凝土裂縫控制關鍵技術

2.1 大體積混凝土裂縫的成因

2.1.1 溫度裂縫

眾所周知，在混凝土生產過程中，水泥材料與水發生水化反應時會釋放出一定的熱量，這些熱量造成的溫度梯度的變化是溫度裂縫產生的主要原因。并且，在一次澆筑成型之后這些熱量會逐漸地向外散開，而由于混凝土結構中心的熱量同邊緣處的熱量相比散發得更為緩慢一些。所以，這種熱量散發而使得溫度應力呈現出一種熱脹冷縮、內外不均的現象。同時，混凝土結構在熱脹冷縮時，還會出現張拉應力。當所釋放的水化熱在與外界環境進行熱量交換過程中，混凝土的局部溫度會形成溫度差，當溫度差形成的張拉應力超過混凝土抗拉強度閾值時，混凝土的抗拉性能則不足以抵抗溫度差造成的張拉應力，從而使得混凝土的表面或者是結構內部會出現部分裂紋的現象，在嚴重的情況下，整個混凝土的結構都會出現裂紋，乃至造成嚴重的安全隱患。

2.1.2 收縮裂縫

在大體積混凝土結構中，收縮裂縫往往分為以下兩種：第一種為干燥收縮裂縫，第二種則為塑性收縮裂縫。

混凝土在澆筑完成后，其所處的自然環境（溫度、濕度條件等）存在較大差異，這種差異造成了所產生的裂紋表現出不同的形態，于是干燥收縮裂縫又進一步被劃分為干燥裂縫和收縮裂縫。其中，大體積混凝土結構在澆筑成型后，靠近表面的水分蒸發較快，而結構內部中心區域的水分蒸發較快，在內外部形成濕度梯度，這種梯度過大時則會造成干燥裂縫。鑒于此，在澆筑完成時應當盡可能地消除或降低內外部的濕度差，按照要求其進行充分灑水養護。

在外界各種因素的影響之下，所形成的裂縫往往被稱之為塑性收縮裂縫。如混凝土在初凝階段受大風或高溫等不良天氣的影響，便會使得成型后的大體積混凝土由于表面水分蒸發速度不一而出現塑性收縮裂縫。

2.2 大體積混凝土裂縫的控制技術

2.2.1 優化商品混凝土的配合比

控制大體積混凝土的裂縫，首先就需要控制混凝土原材料及混凝土本身的質量。現階段，各大工程所需要的大體積混凝土基本都實現了商品化、標準化，但在實際運用時，也只有保證了其抗拉壓強度、可泵性以及和易性能夠符合設計要求，才能從整體上提升裂縫的控制技術。由于混凝土的和易性會在施工現場受到多方面因素的影響，因此會給施工帶來很大難度。混凝土配合比是對混凝土和易性影響最大的因素之一，運輸過程和氣候條件等的影響也會對那體積混凝土裂縫的控制產生不利影響。除此之外，混凝土的配合比也直接關系到大體積混凝土裂縫的產生。因此，大體積混凝土的配合比設計時與其他類型的混凝土就存在較大差異，大體積混凝土應盡可能地、在合理范圍內地降低其水灰比。

2.2.2 混凝土澆筑質量控制

混凝土澆筑質量可以從以下三個方面進行控制。

（1）分段分層。對于體積較大的混凝土來講，需要從上而下、分段分層進行澆筑，保證混凝土在澆筑之后的整體質量能夠達到規定標準的要求。

（2）全面分層。如果所澆筑的混凝土構件其厚度比較大，則在澆筑時應選擇全面分層的方式進行，在所澆筑的混凝土層初凝之后，方可進行下一層混凝土的澆筑作業。

（3）斜面分層。嚴格控制大體積混凝土振搗的操作流程，逐步向上推進。

2.2.3 混凝土溫度控制

對于大體積混凝土溫度的控制可以從兩個方面入手。

（1）內部控制。在對大體積的混凝土進行降溫之前，需要先將降溫水管預埋在混凝土的內部。在澆筑結束之后，通過外接注水來降低混凝土的溫度。內部控制的方式能夠有效地節約水資源，經冷卻水管排出的水還能夠用于養護混凝土。在某些情況下，會出現自然注水難以達到理想的降溫目的。鑒于此，便需采用增壓泵對外接注水管進一步加壓。同時，也需要提前設計混凝土內部的預埋冷卻水管。

（2）外部控制。在混凝土表面經過抹平處理后，需要結合相關施工規程實施相應地養護（保溫保濕）措施。本工程中，在大體積混凝土澆筑體表面按照從上到下的順序依次鋪設設養護毯、土工布、塑料薄膜以達到表層保溫保濕的目的。

2.2.4 溫度監測措施

通常情況下，在布置溫測點的過程當中需要結合以下幾個方面的原則：（1）需要在施工圖對稱軸線的一半區域內，按照平面分層的方式來布置監測點。（2）需要按照結構的幾何尺寸來布置監測點。（3）需要考慮大體積混凝土澆筑體溫度場的分布情況，來設定監測點的具體位置和數量。（4）需要結合具體環境來布置監測點的具體數量和位置。（5）沿著大體積混凝土澆筑體的厚度方向，在構件內部和表面分別布置監測點。（6）溫度監測點應當設定在澆筑體的表面（或底面）以內5cm左右的位置。

3 工程案例研究

3.1 工程概況

上下杭歷史文化街區-雙杭河坊街工程位于福州臺江區上下杭歷史街區三捷河兩岸；由福州市規劃設計研究院設計；總地上建筑面積8496.45m2，總基底面積4305.08m2，總地下建筑面積1947.76m2，總建筑面積10444.21m2，地下建筑面積為978.87m2。上部結構體系為框架結構，建筑結構安全等級為二級，抗震設防烈度為7度，地基基礎設計等級為丙級，基礎形式是采用筏型基礎。筏型基礎采用大體積混凝土澆筑。

3.2 混凝土澆筑方案

地下室底板采用商品混凝土泵送施工，板厚350 mm。根據現場情況配備2臺混凝土泵機進行施工。結合以往施工經驗，在經過深入研究之后，發現倘若混凝土泵機按照平均每小時內泵送量30m3的話，即每日供應量600m3，混凝土量約350m3，計劃350÷60＝5.8h 澆筑。如圖1 所示，底板混凝土由西往東，進行澆筑，需要在各澆筑帶上選擇分段斜面推進的方法來進行。同時，還需要根據每臺混凝土泵澆筑強度30m3/h 計算，控制寬度約12.6m，水平長度6m，每一澆筑帶混凝土澆搗量＝12.6×6×0.8＝60.5m3，其余澆筑帶類推。根據上述計算混凝土緩凝時間不少于6h，根據項目進展時間預計混凝土底板施工時間在夏季，要求混凝土緩凝時間為8h，可滿足澆筑要求。

圖1 平臺澆筑圖

混凝土澆搗布置2 個澆筑帶，分南北2 個施工點，然后在每個施工段設置一個振搗小組，每個振搗小組需要配備3條軟軸振搗器和6名振搗工，并于斜面上、中、下段設置振搗器（混凝土振搗示意圖如下圖2所示），在此需注意混凝土不可集中堆放，先振搗出料口處混凝土，再進行全面振搗。在振搗過程中，需滿足以下要求：①在使用振搗棒時，為了防止漏振，需要保證直的或傾斜的方向能夠統一，在振搗時插點需保持600mm 的距離，上、下層振動搭接50mm～100mm，每點振動時間應當集中在20min～30min。不過，在二次振搗之前，需要保證二次振搗后，混凝土仍可以塑性閉合。

圖2 混凝土振搗示意圖

3.3 降溫措施

降低水化熱問題是本工程中筏板基礎大體積混凝土最為顯著的問題，由于基礎的厚度主要集中在1.0m～1.5m之間，所以只有降低混凝土單方水泥的用量，才能夠有效地降低混凝土中水化熱，并選用硅酸鹽Ⅱ型水泥和優質粉煤灰，這兩種水泥的低水化熱效果比較好，它可取代部分水泥用量外，提高混凝土和易特性。粉煤灰的摻入減少了水泥的用量，從而有效地延遲了熱峰的發生，并降低了水化熱，能夠確保混凝土不會由于硬化時的收縮應力以及溫度應力而增大，造成當中出現裂縫。澆筑完成后的降溫措施主要包含以下四個方面的內容：

（1）本工程中，采用冷卻水管對大體積混凝土構件進行降溫，混凝土構件的厚度較小時（如2m），則應至少布置一層冷卻水管網；當混凝土構件厚度較大（5.8m）時，則應設置五層冷卻水管網。應該選用直徑為25mm，壁厚為3mm的鍍鋅鐵管作為冷卻水管。同時，管網的出水口和接口均需要高出于澆搗完成面300mm。布管完成后，需要對冷卻水官網進行沖水測驗，防止接口處發生漏水。混凝土表面也需實施保溫保濕措施，本工程中選用兩層土工布、兩層塑料薄膜、一層養護毯，并且需要注意拼緊土工布和養護毯之間的邊口。

（2）冷卻水需要選用從深井抽出的地下水，這樣能夠帶走混凝土內部所產生的一些水化熱量。

（3）需要在出水口和進水口同時設置溫度傳感器，并按照相應地溫度數據，來對進水閥門進行調控，合理控制水在管中的流速和流量。

（4）在完成降溫措施之后，需要排出管道中的殘余水。

3.4 溫度監測

測溫點布點須注意以下四個事項：（1）測溫線在布置之前需要檢查傳感器能否正常測溫，并在測溫線的布置過程中，需要根據圖紙上所列出的測溫點坐標來安排，編號保持一致。（2）只要在鋼筋工程完成之后以及混凝土開始澆筑之前，對測溫線進行布置，并且測溫線需要使鋼筋和細鋼絲綁扎在一起。同時，還需注意鋼筋不可與溫度傳感器相機處。（3）要將測溫記錄儀從測溫線另一端相連，所以在澆筑時需要保證測溫儀插頭的清潔和干燥。同時，還需確保測溫儀插頭預留在外的長度超出200mm。（4）需要在混凝土底部或表面以內50mm 的位置布置溫度傳感器。

溫度監測時應當滿足以下幾個方面的要求：（1）應當將測溫的啟示時間安排在澆筑完成之后10個小時左右的時間段內。同時，在測量過程當中還需要獲得各個測溫點的溫度以及大氣溫度等各方面的數據。（2）需要在前三天當中，每隔兩小時進行一次數據采集；在四到六天內，需要每隔四小時進行一次數據采集；在之后的一周到兩周的時間段之內，需要每隔八個小時進行一次數據采集。（3）那混凝土升溫保持階段內，需要每隔兩到三小時進行一次溫度測試。在溫度下降階段內，需要每隔四到八個小時進行一次溫度測試。（4）要及時做好溫度數據的記錄和處理工作，并及時反饋分析結果，以便能夠在溫度出現明顯變化時做出科學合理的養護措施。（5）在內外溫差小于25℃的情況下，則可以停止繼續測溫。

5 結語

現如今，土木工程在我們國家得到了顯著的發展，大體積混凝土在這些工程項目中的應用也愈來愈頻繁。在這種發展背景之下，若想實現良好的施工效果，在施工時不僅需要控制混凝土的強度、黏結性等，還需要細化大體積混凝土的施工技術以及施工工藝，切實地控制大體積混凝土構件或結構在施工完成以及長期使用過程中裂縫的產生。施工時，需要合理部署施工進度，并制定出科學的澆注方案，采取科學的降溫措施，以便能夠保證施工的整體質量。