大體積混凝土配合比優化及裂隙防治措施分析

翁 健 喻圣慈

1 混凝土配合比概述

目前，大體積混凝土配合比優化技術已廣泛應用在建筑領域中，常見的大體積混凝土配合比優化方式主要包含施工結構優化、供水調整、水庫防洪等。因此，混凝土材料配合比優化時的主要問題和難點在于變量方案設計、狀態變量的合理選擇和定量調整，需要設計人員根據離散變量、約束數據以及目標參數等復雜參數選擇適合的優化技術方式。從本質來看，混凝土配合比優化是指針對大體積混凝土基礎配合比產生的問題，選擇合適的解決方案，從而使混凝土通過優化自身結構和物質比例實現工程建設目標。

對于簡單的配合比方案設計來說，實現大體積混凝土配合比優化需要通過實際操作經驗、信息收集以及數據計算等相關環節，進一步判斷大體積混凝土的配合比情況。但是，現有大體積混凝土材料優化模式主要依靠方案設計及施工人員的工作經驗，無法構建科學、合理的信息和數據模型，更不能以此作為基礎條件進行定量化的參數和數據計算。因此，如果大體積混凝土配合比過于復雜，那么將會導致外部影響因素過多，僅僅依靠傳統工作經驗難以解決問題。針對該情況，需要選擇穩定且安全的混凝土配合比，結合數據計算手段和設備完成大體積混凝土材料配合比的合理優化[1]。

2 混凝土裂隙的成因

大體積混凝土工程建設過程中，導致裂隙問題的主要原因包括混凝土配合比不合理、項目施工以及養護手段科學性不足等。

為了有效規避大體積混凝土的裂隙問題，需要從以下幾個方面進行詳細分析。第一，綜合分析建筑工程表面的施工現狀，由于其外部結構長期受到陽光照射、風吹雨打等因素的影響，導致建筑屋面及樓面產生結構性裂縫。第二，對于建筑工程混凝土澆筑來說，外部環境與內部結構的溫度、濕度等因素都會造成裂縫問題。大體積混凝土結構裂縫如圖1 所示。

圖1 大體積混凝土結構裂縫（來源：網絡）

3 混凝土配合比優化及裂隙防治措施

大體積混凝土配合比優化方式及裂隙防治的最終目標不僅包含防止出現縫隙問題，還包含降低建筑工程施工成本，對于進一步提高建筑工程項目的經濟效益有著重要的意義。

3.1 混凝土配合比優化策略

3.1.1 明確配合比強度

大體積混凝土實際建設過程中，應始終保持材料澆筑時的基礎性能，因此需要保證混凝土配合比的科學性，進一步提升施工效果。混凝土材料運輸時還需要綜合考慮運輸條件及混凝土結構材料的密實度等因素。在制訂大體積混凝土室內配置方案時，首先需要設計混凝土的坍落度；其次根據建筑工程實際建設要求添加外加劑，或者直接增加水泥砂漿用量，進一步調整大體積混凝土灌注時的標準坍落度。要想保證混凝土配合比在標準范圍內，現場配置方案設計標準差異程度不能低于5 MPa，并且施工現場方案配置設計的強度余量需要控制在8 ～12 MPa[2]。

3.1.2 科學選擇水膠比

由于水膠比直接決定了水泥砂漿的基礎孔隙率，原材料確定后混凝土強度取決于水膠比。因此，需要盡可能尋找混凝土材料的水膠比與強度之間的關系，從而確定最終的水膠比。不同抗壓強度下的混凝土水膠比參考表1。

表1 不同抗壓強度下的混凝土水膠比

3.1.3 確定混凝土砂石率

在設計配合比方案時，需要使用單位最大體積占比的混凝土集料，以此減少水泥砂漿的用量。由此可見，在單位大體積混凝土結構內部，粗骨料與大直徑砂石的細致程度具有明顯聯系。因此，砂石率方案設計時應根據具體施工工藝和內部結構特點，盡可能選擇大顆粒或者大直徑的粗砂，以滿足粗集料整體密度等級，在應用大體積混凝土材料時，確保其基礎性能達到最佳狀態。在使用混凝土材料的配合比時，若材料黏性參數降低，則需增加砂石比例。

3.1.4 明確混凝土配料計量

為實現大體積混凝土實際配合比與設計相同，相關工作人員應結合施工現場情況保證參數計量精準，避免額外增加計量時間。目前，影響混凝土配料計量準確性的因素較多，原材料方面主要為水膠比及材料混合時的氧氣含量。因此，保持穩定的基礎含氣量及控制集料的基礎含水量，是施工現場控制的重要內容。

3.1.5 合理選擇外加劑

明確外加劑與摻和劑的種類和數量是影響大體積混凝土施工的重要因素之一，因此大體積混凝土材料增添外加劑時，需要始終貫徹和落實合理配比原則。

首先，需要使用3 種外加劑，并針對大體積混凝土材料的使用現狀，結合混凝土自身使用性能進行數據和信息測試；其次，根據外加劑的性能合理配比，從而選擇一種最適合的外加劑，確保大體積混凝土能夠正常使用。

另外，在大體積混凝土澆筑和施工環節，摻和料的作用主要是改良混凝土材料的和易性，因此粉煤灰材料的用量應控制在10%以下。當主要材料的混合比例減少時，粉煤灰用量一般需要增加10%～30%，而礦渣則可以摻入20%～60%。

3.2 混凝土裂隙防治措施

3.2.1 溫度控制

外部施工環境溫度升高較快會影響混凝土工程結構，最終導致結構縫隙問題。由此可見，控制混凝土材料的溫度對于解決大體積混凝土表面裂隙問題十分重要。

第一，控制大體積混凝土材料內部結構溫度和外部環境溫度之間的溫差，保證內外溫差不超過25 ℃，從根本上防止表面裂隙。

第二，防止大體積混凝土內部結構出現超冷問題，并結合材料在施工期間的最低溫度需求降低新舊混凝土之間的差異性，有效防止混凝土過冷，避免混凝土結構表面開裂[3]。實際測溫過程中，可以采用如圖2 方式進行測溫頭的布設。

圖2 大體積混凝土測溫探頭布設（來源：網絡）

大體積混凝土控制與冷卻處理過程中，應合理控制材料基礎溫度及降溫速度，以防止建筑工程地基開裂。首先，使用水化熱水平較低的水泥，降低混凝土澆筑速度并減少澆筑厚度；其次，通過人工操作進行降溫處理，待混凝土澆筑完成后應及時覆蓋處理。

3.2.2 材料質量控制

在大體積混凝土施工過程中，混凝土產生裂隙的主要原因是材料內部溫度與外部環境溫度的差距過大，因此應在材料配合比方面盡可能降低內部熱量。

第一，減少水分、凝膠材料的用量，調整建筑集料基礎比例配置。由于集料使用時的力學作用顯著，且材料自身并不釋放太多熱量，因此需要進一步完善集料的配置等級，減少混凝土材料孔隙率所需的凝膠材料用量。

第二，使用大直徑集料。經過進一步的專業技術研究可知，大體積混凝土材料孔隙率與使用范圍具有明顯關聯，材料內部的孔隙率越大，需要填充孔隙的水泥砂漿用量越多[4]。如果使用大直徑的集料，那么就能夠有效填充集料中的孔隙，降低材料的孔隙率，用來濕潤集料表面的水泥砂漿量也隨之減少，最終降低大體積混凝土材料內部的釋放熱量。確保混凝土流動性的基礎上，集料最大直徑可從10 mm 增加至60 mm。

第三，合理使用塑化劑是保證大體積混凝土順利建設的基礎條件之一。施工時，應使用減水率較大、對混凝土結構穩定性影響較小以及保證大體積混凝土坍落度的塑化劑。此外，還應科學、合理使用外加劑，以減少凝膠材料的水化熱。外加劑的使用需滿足相關技術要求，不能影響混凝土中水分與凝膠材料的正常使用[5]。混凝土應力參數計算如表2 所示，σ1、σ3分別表示塑化劑實際使用前后大體積混凝土的強度標準差。

表2 混凝土應力參數計算

4 結語

混凝土材料價格較低，基礎抗壓強度高，且能夠澆筑成各種樣式，被廣泛應用于建筑工程。由于混凝土施工質量的好壞直接關系到建筑結構的安全與穩定，因此施工時應合理優化混凝土配合比，注重內外溫度控制，確保大體積混凝土在后續施工過程環節不會產生質量問題和安全風險。