大體積混凝土裂縫控制及施工技術(shù)的應(yīng)用

王彥權(quán) 中國(guó)建筑土木建設(shè)有限公司工程師

翟雄雄 中國(guó)建筑土木建設(shè)有限公司助理工程師

管秀洋 中國(guó)建筑土木建設(shè)有限公司助理工程師

與常規(guī)混凝土相比，大體積混凝土在原材料質(zhì)量、配合比、施工技術(shù)及養(yǎng)護(hù)等方面的要求更加嚴(yán)格，但由于受到各種因素的影響，施工過(guò)程中，大體積混凝土容易出現(xiàn)裂縫等問(wèn)題，從而帶來(lái)一定的安全隱患。為此，應(yīng)該采取有效的措施，對(duì)大體積混凝土的裂縫問(wèn)題進(jìn)行有效地控制，同時(shí)也要采取科學(xué)的施工技術(shù)，預(yù)防裂縫的發(fā)生[1]。

1 大體積混凝土的常見(jiàn)裂縫

目前，大體積混凝土主要應(yīng)用在高層建筑基礎(chǔ)、橋梁的橋墩與基礎(chǔ)、水利大壩等工程中，體積大是大體積混凝土的主要特點(diǎn)，其長(zhǎng)寬可超過(guò)1 m。大體積混凝土的體積較大，表面系數(shù)較小，由于水泥水化反應(yīng)而出現(xiàn)的熱量在混凝土內(nèi)大量聚集，導(dǎo)致其內(nèi)部溫度過(guò)高，受到內(nèi)外溫差的影響，其表面容易出現(xiàn)裂縫。同時(shí)，澆筑后，在硬化過(guò)程中，混凝土表面的水分被蒸發(fā)，在水化熱的影響下其內(nèi)部溫度較高，也會(huì)使大體積混凝土發(fā)生塑形收縮[2]。

根據(jù)發(fā)生原因的不同，可以將大體積混凝土的裂縫分為以下幾種類型[3-4]。

（1）溫差裂縫。水泥與水之間產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，從而生成水化熱。施工時(shí)，由于水化熱產(chǎn)生的熱量沒(méi)有得到及時(shí)發(fā)散，而在混凝土內(nèi)部大量聚集，會(huì)增加混凝土內(nèi)部與外部的溫度差異，形成拉應(yīng)力。溫差帶來(lái)的拉應(yīng)力超出混凝土強(qiáng)度的時(shí)候，便會(huì)導(dǎo)致溫差裂縫產(chǎn)生。

（2）干縮裂縫。大體積混凝土施工過(guò)程中，若遇到高溫天氣，則會(huì)使大量水分聚集在混凝土內(nèi)部。若水分蒸發(fā)不均勻，會(huì)導(dǎo)致混凝土發(fā)生干縮裂縫。

（3）沉陷裂縫。沉陷裂縫通常是由于回填土質(zhì)量不合格、地基下方土質(zhì)松軟等因素所致。大體積混凝土施工過(guò)程中，若存在支撐間距較大、模板剛性不強(qiáng)的情況，也有可能導(dǎo)致沉陷裂縫。沉陷裂縫在凍土地區(qū)比較常見(jiàn)，如果所選擇的模板位置不合理，如在凍土上設(shè)置支撐點(diǎn)，那么凍土融化后便可能發(fā)生不均勻沉降，進(jìn)而導(dǎo)致裂縫問(wèn)題的發(fā)生。

2 大體積混凝土裂縫控制策略

2.1 合理選擇原材料

預(yù)防大體積混凝土裂縫問(wèn)題的發(fā)生，應(yīng)從原材料入手，采用高質(zhì)量的原材料，在源頭上預(yù)防裂縫產(chǎn)生。對(duì)于原材料的選取應(yīng)注意：

（1）可采用10.40 mm 級(jí)配碎石作為骨料，再添加適量的中砂進(jìn)去，控制細(xì)度模數(shù)在2.80 ～3.00；

（2）將砂、石的含泥量控制在1%及以下，并要盡量剔除砂、石中的雜物；

（3）應(yīng)盡量減少水泥用量，以控制水化熱現(xiàn)象，這就需要合理確定配合比，加入適量外加劑，以預(yù)防溫差裂縫的出現(xiàn)。

2.2 改進(jìn)施工工藝

施工工藝是影響大體積混凝土施工質(zhì)量的主要因素。為保障混凝土的性能達(dá)標(biāo)，施工過(guò)程中應(yīng)對(duì)施工工藝進(jìn)行嚴(yán)格把控，需要注意以下幾點(diǎn)。

（1）泵送混凝土的過(guò)程中，應(yīng)堅(jiān)持薄層澆筑、有序推進(jìn)的原則，確?；炷量梢栽谧匀涣魈实幕A(chǔ)上，達(dá)到逐步成型的目的，最終形成斜坡。采取這樣的泵送工藝，可以實(shí)現(xiàn)泵送效率的有效提升，且無(wú)需頻繁地對(duì)輸送管進(jìn)行安裝、拆卸，能夠有效減少管道安裝、拆卸以及沖洗的工作量[5]。

（2）混凝土形成坡度后，即可在澆筑帶的前、后各放置1 臺(tái)振動(dòng)器，開(kāi)展振搗作業(yè)。位于混凝土出料口位置的振動(dòng)器，主要負(fù)責(zé)振搗上部的混凝土，以提高上部混凝土的密實(shí)性；坡腳處的振動(dòng)器主要負(fù)責(zé)振搗下部混凝土，以提高下部混凝土的密實(shí)性，同時(shí)與底層鋼筋分布密集的實(shí)際情況相符。

（3）混凝土表面會(huì)出現(xiàn)一層水泥漿，水泥漿的厚度較大，因此混凝土澆筑完成后，應(yīng)當(dāng)用鐵滾筒在混凝土表面多次碾壓，從而將混凝土切實(shí)壓實(shí)，這項(xiàng)工作需要在初凝后完成，從而有效預(yù)防收縮裂縫。

2.3 降低入模溫度

季節(jié)因素也是影響大體積混凝土質(zhì)量的主要因素之一[6]。為降低入模溫度，最好是在春秋季節(jié)進(jìn)行大體積混凝土施工。如果必須在夏季施工，由于外界環(huán)境溫度較高，混凝土的溫度也比較高，就需要采取降溫措施，來(lái)降低入模溫度。混凝土施工過(guò)程中，不能使混凝土受到暴曬，水泥材料應(yīng)在通風(fēng)良好的場(chǎng)所保存，可灑水降溫，同時(shí)也要合理控制水的溫度。

2.4 做好溫度測(cè)量工作

混凝土內(nèi)外溫差過(guò)大，是裂縫問(wèn)題的主要原因之一。因此，必須加強(qiáng)對(duì)混凝土溫度的監(jiān)測(cè)，通過(guò)動(dòng)態(tài)化地檢測(cè)溫度變化情況，包括混凝土表面及內(nèi)部的溫度，采取有針對(duì)性的措施縮小內(nèi)外溫差。為了確保溫度測(cè)量的準(zhǔn)確性，可以在承臺(tái)內(nèi)的多個(gè)部位設(shè)置測(cè)溫點(diǎn)。每個(gè)測(cè)溫點(diǎn)處，在中心位置設(shè)置1 根測(cè)溫管，用于對(duì)混凝土的內(nèi)部溫度進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)在表面位置設(shè)置1根測(cè)溫管，用于對(duì)混凝土表面的溫度進(jìn)行測(cè)量。第1 天至第5 天，每隔2 h 檢測(cè)一次溫度，第5 天之后，每隔4 h 檢測(cè)一次溫度。

2.5 采用冷卻水循環(huán)降溫方法

溫差裂縫是大體積混凝土最常見(jiàn)的裂縫類型之一，產(chǎn)生原因是混凝土內(nèi)部、外部之間的溫度差異過(guò)大。為預(yù)防溫差裂縫的發(fā)生，大體積混凝土施工過(guò)程應(yīng)采取有效的降溫措施，盡量避免大體積混凝土的內(nèi)外溫差過(guò)大。為了實(shí)現(xiàn)這一目的，可將冷卻水管道設(shè)置在大體積混凝土的內(nèi)部，澆筑完成后，將冷卻水注入管道的內(nèi)部，以達(dá)到加速終凝、降低內(nèi)部溫度的效果，有效預(yù)防由于混凝土內(nèi)外溫差過(guò)大而導(dǎo)致的溫差裂縫。同時(shí)，設(shè)置測(cè)溫點(diǎn)，對(duì)混凝土內(nèi)部的溫度變化情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，對(duì)冷卻水的循環(huán)流量、管道循環(huán)時(shí)長(zhǎng)進(jìn)行合理調(diào)整，確?；炷恋膬?nèi)部、外部溫度差異不超過(guò)25℃。為確保冷卻水循環(huán)降溫方法的有效性，應(yīng)對(duì)冷卻水管道的質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)，必須選擇性能較好、質(zhì)量達(dá)標(biāo)的鋼筋骨架以及支撐用桁架制作冷卻水管道，避免管道出現(xiàn)變形等問(wèn)題。還要對(duì)冷卻水的流動(dòng)順序進(jìn)行嚴(yán)格把控，確保其先流往溫度較高的中心，然后再流向邊緣部分，應(yīng)將進(jìn)水口設(shè)置在靠近混凝土中心的位置，將出水口置于混凝土內(nèi)部的邊緣位置。對(duì)于體積較大的混凝土，通常應(yīng)當(dāng)分多層布置冷卻水管，應(yīng)將層間的垂直進(jìn)出管口錯(cuò)開(kāi)。

2.6 混凝土振搗與養(yǎng)護(hù)

混凝土澆筑后，應(yīng)及時(shí)開(kāi)展振搗、養(yǎng)護(hù)工作，加強(qiáng)對(duì)每個(gè)環(huán)節(jié)施工質(zhì)量的控制，從而保障整體建設(shè)質(zhì)量。在大體積混凝土中，鋼筋是一個(gè)非常好的導(dǎo)熱物體，插筋處存在溫度梯度，是裂縫問(wèn)題的高發(fā)區(qū)域。因此，針對(duì)插筋處，有必要加強(qiáng)振搗?；炷脸跄?，要完成抹壓作業(yè)，以消除初期出現(xiàn)的裂縫?；炷琳駬v后，應(yīng)進(jìn)行混凝土養(yǎng)護(hù)，從而有效改善大體積混凝土的力學(xué)性能，提升大體積混凝土的抗拉能力。澆筑完成后，也要充分考慮大體積混凝土的實(shí)際情況，開(kāi)展混凝土養(yǎng)護(hù)工作?；炷琉B(yǎng)護(hù)過(guò)程中，應(yīng)采取科學(xué)有效的保溫、保濕措施，以有效預(yù)防裂縫。蓄水法是混凝土養(yǎng)護(hù)作業(yè)的一種常用方法，主要在施工現(xiàn)場(chǎng)通冷卻循環(huán)水，避免混凝土內(nèi)部熱量的大量聚集。內(nèi)散外蓄技術(shù)也是一種常用方法，是一種綜合養(yǎng)護(hù)措施，能夠解決混凝土內(nèi)部溫度升高的問(wèn)題，有效減少大體積混凝土特別是超厚大體積混凝土裂縫的出現(xiàn)。

3 大體積混凝土施工的注意事項(xiàng)

為減少裂縫問(wèn)題的發(fā)生，大體積混凝土施工過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格把控施工技術(shù)以及施工流程?？蓮囊韵聨讉€(gè)方面入手。

（1）施工前，應(yīng)全面考慮各種因素，準(zhǔn)確評(píng)估工程量、工期以及所需設(shè)備與材料，制定施工方案。應(yīng)準(zhǔn)確計(jì)算混凝土的用量，并以此為根據(jù)指導(dǎo)采購(gòu)工作，以減少成本。

（2）做好施工前的勘查工作，結(jié)合設(shè)計(jì)要求，對(duì)施工區(qū)域進(jìn)行科學(xué)劃分，將整個(gè)施工區(qū)域劃分為多個(gè)施工段，再制定有針對(duì)性的溫度管理控制措施，安排監(jiān)管員在整個(gè)施工過(guò)程中加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，對(duì)各施工段的溫差進(jìn)行嚴(yán)格控制。實(shí)際施工過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)流程進(jìn)行施工。在分段澆筑時(shí)，應(yīng)采取有效的措施，避免先澆、后澆的混凝土之間出現(xiàn)接縫。有坡度時(shí)，應(yīng)結(jié)合坡度進(jìn)行分層澆筑，以確保施工質(zhì)量。

（3）混凝土澆筑中也有一些筏板無(wú)需進(jìn)行分層澆筑。通常情況下，必須進(jìn)行分層澆筑的筏板，厚度要求在700 mm 以上，不需要分層澆筑的筏板，厚度要求在500 mm 以下。采取分層澆筑，可以有效預(yù)防水化熱過(guò)大而引起的裂縫。采取分層澆筑的措施，也能降低水化熱高峰，提高散熱速度。針對(duì)厚度為400 mm 的筏板，可將其當(dāng)作振搗層。施工時(shí)應(yīng)合理控制振搗數(shù)據(jù)，若振搗完成后發(fā)現(xiàn)氣泡等問(wèn)題，需要明確原因，然后采取有針對(duì)性的措施進(jìn)行處理。

（4）為預(yù)防大體積混凝土的裂縫問(wèn)題，應(yīng)優(yōu)化調(diào)整混合料的配合比，盡量減少用水量、降低水灰比，以預(yù)防混凝土收縮?；炷翝仓^(guò)程中，應(yīng)對(duì)混凝土狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)觀察，確保初凝前完成二次振搗，以預(yù)防收縮沉降，避免裂縫問(wèn)題的發(fā)生。

4 結(jié)語(yǔ)

大體積混凝土的裂縫主要分為溫差裂縫、干縮裂縫、沉陷裂縫等。為減少裂縫的出現(xiàn)，施工應(yīng)合理選擇原材料、改進(jìn)施工工藝、降低混凝土的入模溫度、做好溫度測(cè)量工作、采用冷卻水循環(huán)降溫方法、做好混凝土振搗與養(yǎng)護(hù)工作，從而提高大體積混凝土的整體施工質(zhì)量。