土木施工中大體積混凝土裂縫成因分析

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1 大體積混凝土裂縫的成因

1.1 溫度裂縫

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。

1.2 收縮裂縫

在大體積混凝土結構中，收縮裂縫往往分干燥收縮裂縫和塑性收縮裂縫。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。

2 大體積混凝土裂縫的控制技術

2.1 優化混凝土的配合比

計算出大體積混凝土所需要的材料和用量，以便得到最佳配合比，配合比應當在符合施工強度的前提下，減少水泥的使用量。在大體積混凝土的材料中，砂、石、骨料以及水泥是關鍵。一般選用二區中砂，含泥量應當小于1%的石子，碎石的粒徑在5-31.4mm之間；骨料在混凝土中，一般占有79.5%-83.2%的絕對體積，因此骨料選擇至關重要，一般選擇標準為優良的級配、較小的巖石彈模、表面清潔無弱包裹層等；水泥的水熱化反應會容易讓混凝土產生裂縫，因此，為了減少裂縫產生，可適當使用粉煤灰作為水泥的替代物，一般用量為14%-21%，需要注意的是粉煤灰的細度需要同水泥保持一致。

2.2 混凝土澆筑質量控制

混凝土澆筑質量可以從三方面控制。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。

2.3 混凝土溫度控制

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。

3 工程案例研究

3.1 工程概況

某土木工程建筑面積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350mm。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。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。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，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。

3.3 加強大體積混凝土結構的養護

混凝土的養護是保證鋼筋混凝土結構質量的重要流程，更是預防裂縫發生的重要措施，因此要做好保溫養護工作。在保溫養護過程中要做好結構內外溫差、降溫速率等數據的詳細記錄，以便于后續進行數據分析。為保證養護效果，混凝土保溫養護的周期至少在2 周以上，養護結構的標準為混凝土表面、環境溫度差小于20℃，此時方可拆除保溫覆蓋面，否則需要采取合理的降溫措施，直到溫差小于20℃為止。養護過程中可以選擇適用的養護劑，以提高混凝土表面的濕潤度，減少干縮裂縫的發生；此外，大體積混凝土體積大，養護不當更易出現裂縫問題，因此大體積混凝土結構的養護尤其重要，可采用自動采集設備實時監測結構內外溫差、降溫速率。如有必要可在混凝土結構表層涂抹薄膜養護液，其可以在混凝土表面結一層防水隔離層，既能維持結構所需的水分，又能夠提高水化操作的效能。

4 結語

大體積混凝土在土木工程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。