大體積混凝土施工收縮裂縫控制研究

楊育賢

（廈門魯班源房屋營造有限公司，福建 廈門 361000）

0 引言

混凝土收縮裂縫主要分為不可見裂縫與可見裂縫兩種。其中，可見裂縫分為粘著裂縫、泥石裂縫、骨料裂縫等收縮裂縫類型；不可見裂縫分為溫度、外荷載、自生、干縮、約束、碳化、塑性等收縮裂縫[1]。這些裂縫是不規則的，會受到施工環境制約。而肉眼可見的裂縫是由不可見裂縫發展而來，是更加嚴重的收縮裂縫[2]。對于混凝土施工而言，前期出現的裂縫均為肉眼不可見裂縫，其得不到及時控制，就會發展為肉眼可見裂縫[3]。除此之外，混凝土施工過程中，會受到溫度等影響，出現收縮裂縫，溫度越高，產生的拉力越大，裂縫也就越大[4]。而混凝土施工荷載越高，混凝土形變的可能性越大，同樣會造成混凝土施工的收縮裂縫現象。本文研究體積較大混凝土施工期間收縮裂縫控制技術，在控制混凝土施工溫度的前提下，最大限度地控制收縮裂縫的產生。

1 工程概況

X建筑位于某市，工程總建筑面積為25624.28m2，地下面積約2536m2。地下空間共一層，用于建筑用戶停車使用。地上空間共15層，主要用于用戶辦公或居住[5]。該建筑工程混凝土強度等級為C45，筏板整體呈“凸”字形布置，以高低跨的形式進行施工。其中，高跨板厚度約500mm，低跨板厚度約300mm。筏板長度約76.15m，寬度約31.32m，承臺厚度約1.5m，混凝土澆筑量約1825m3，施工體積較大。本文采用裂縫控制技術對X建筑混凝土裂縫情況進行控制。

2 大體積混凝土施工收縮裂縫控制技術設計

2.1 選擇抗裂混凝土施工材料

對于混凝土材料而言，本文選取自然連續級的粗骨料配比，增加混凝土材料的和易性能，使混凝土強度更高，均勻度與密實度更高[6]。并選擇碎石拌制混凝土，在選取中粗砂的基礎上，使拌制的混凝土溫度更加適應實際施工情況。在此基礎上，嚴格控制粗骨料與細骨料中的泥沙量。混凝土的其他摻合料，本文選取粉煤灰，少量摻雜對于提高混凝土強度具有重要作用。在滿足混凝土施工強度要求的前提下，對混凝土的粘聚性進行反復試驗，從基礎上減少裂縫的產生條件。

2.2 優化大體積混凝土澆筑順序

為了有效控制裂縫的產生，在澆筑時采用分段分塊的澆筑方式（圖1）。

圖1 澆筑順序

如圖1所示，將混凝土澆筑過程分塊進行，并按照1~21的順序，使澆筑過程更加完善。其中，1~6的澆筑塊在混凝土澆筑底部區域，最容易產生微觀裂縫。本文在1~6的澆筑塊中連續澆筑，水平施工裂縫得到基本控制；在7~10、11~15、16~21分為三個層次進行澆筑，此時混凝土的抗滲性能較高，存在較多的孔隙氣泡，無法有效提升混凝土的粘合度。因此，在7~10、11~15、16~21分為三個層次澆筑過程中，將混凝土進行多次振搗，減少裂縫對施工的影響，同時提升混凝土的抗壓強度。在7~10澆筑塊的澆筑過程中，混凝土初凝后，直接靜置處理，與1~6澆筑塊充分粘合[7]。對11~15澆筑塊進行集中澆筑，提高混凝土中泥漿粘合度。16~21澆筑塊中，將混凝土澆筑溫度波動控制在合理范圍內，降低與其他澆筑塊之間溫度差異，進而使1~21個澆筑塊同時結束澆筑，減少自生裂縫與碳化裂縫的產生。

2.3 控制混凝土施工溫度

X建筑施工期間處于夏季，混凝土能量丟失現象嚴重，按照上述澆筑順序澆筑后，混凝土開始出現分層現象，1~6、7~10、11~15、16~21等澆筑塊中，顏色不同，靜置后出現粘著裂縫，施工質量隨之下降。為此，在分層澆筑的基礎上，對混凝土施工溫度進行控制。在1~6塊澆筑時，計算該層溫度基礎值，公式如下：

式（1-2）中：

T0—混凝土施工溫度基礎值；

Nn—混凝土澆筑量；

N—澆筑排量；

λ—溫度變化系數；

T1—溫度變化值；

A—混凝土配比數量；

V—實際施工運輸距離；

l—混凝土攪拌速度；

S—混凝土運輸停歇時間。

在此基礎上，對7~10進行澆筑。此時，該區域低于基礎溫度值即暴露混凝土澆筑面積，高于基礎溫度值即降溫處理；11~15、16~21澆筑時，重復7~10澆筑的步驟[8]。除此之外，降低混凝土的入模溫度，從原材料的角度出發，降低混凝土原材料溫度。X建筑施工期間，混凝土受到日光暴曬，脫模溫度比預期高，及時采用風冷卻的方法，降低混凝土脫模溫度。混凝土運輸期間，以連續運輸的形式進行，縮短混凝土運輸時間，進而減少混凝土運輸過程中吸熱現象。為了減少日光對混凝土施工的影響，本文選在夜間進行澆筑與施工，避免陽光直射造成的溫度裂縫。

2.4 鋪設養護冷卻管

在避免自生裂縫、碳化裂縫、溫度裂縫的基礎上，完成混凝土的施工。為了保證混凝土后續養護效果，本項目鋪設了養護冷卻管，由于X建筑工程在夏季施工，故采用冷卻隔熱聯合養護方式，在混凝土周圍鋪設冷卻管（圖2）。

如圖2所示，在混凝土上方放置一個1cm厚的隔熱層，再放置一個隨意厚度的隔熱層，最下方鋪設一個冷卻管。此種方法同樣適用于冬季施工，將隔熱層轉換為保溫層，將冷卻管轉變為加溫管，即可保證混凝土的溫度適宜條件。對混凝土收縮系數進行計算，公式如下：

式（3-4）中：

δmin——冷卻管的最小收縮系數；

Y0、Y1——混凝土初始厚度與隔熱厚度；

C——養護指標；

K0、K1——混凝土初始溫度與冷卻溫度；

δmax——冷卻管的最大收縮系數。

經過計算收縮系數，混凝土裂縫控制效果更佳。除此之外，在混凝土施工區域布置多個測溫孔，測溫孔分別在混凝土的上、中、下進行溫度測量。測溫孔板面約300mm，根據冷卻管的埋深，安裝25mm的鋼管。在測溫時，將溫度傳感器放入測溫孔中，每5min記錄一次數據，當溫度超過或低于最佳溫度時，快速進行降溫或升溫操作。其中，混凝土厚度為400mm時，最佳溫度為38.42℃，此時，測溫孔溫度為41.28℃，打開冷卻管，對其進行降溫處理。混凝土厚度為600mm時，最佳溫度為38.42℃，測溫孔溫度為55.63℃，在混凝土上再鋪設一個隔熱層，同時打開冷卻管，對其進行降溫處理，實現裂縫控制。

3 施工結果

在上述施工條件下，本項目選取粘著裂縫、泥石裂縫、骨料裂縫、溫度裂縫、外荷載裂縫、自生裂縫、干縮裂縫、約束裂縫、碳化裂縫、塑性裂縫等10種收縮裂縫類型。在此基礎上，選取抗壓強度測試儀分析混凝土抗壓強度，測試儀相關技術參數如表1所示。

表1 抗壓強度測試儀測試的相關技術參數

如表1所示，利用抗壓強度測試儀測試出混凝土抗壓強度，代入到抗裂性能指標計算公式中，分別計算混凝土的抗裂性能指標，公式如下：

式中：

Fk——混凝土的抗裂性能指標；

Q——混凝土抗壓強度；

W——混凝土強度標準；

δ——強度系數；

Wk——外摻劑添加量；

k——摻外加劑的混凝土用量。

在此條件下，得出混凝土抗裂性能，如表2所示。

表2 混凝土抗裂性能

如表2所示，本文選取的10種收縮裂縫類型，每一種裂縫類型對應著一個抗裂性能指標。抗裂性能指標越大，混凝土抗裂效果越佳，裂縫控制效果隨之更好。其中，抗裂性能指標為0.850~0.900，說明混凝土裂縫控制效果為合格標準，仍存在較多的因素，裂縫控制效果一般；抗裂性能指標為0.900，說明混凝土裂縫控制效果為良好標準，不確定性因素減少，裂縫控制效果得到提升；抗裂性能指標超過0.950，說明混凝土裂縫控制效果為優秀標準，不確定性因素大幅度減少，裂縫控制效果進一步提升；抗裂性能指標達到1.000，說明混凝土裂縫控制效果為完美標準，幾乎不存在不確定性因素，或不確定性因素可以忽略不計，混凝土裂縫控制效果最佳。由表2可知，混凝土基礎抗裂性能指標均超過0.850。使用本文設計的控制技術后，混凝土抗裂性能指標均能達到0.950以上的優秀標準。其中，碳化裂縫的控制效果達到了1.000的完美標準，裂縫控制效果較佳。混凝土施工控制效果如圖3所示。

如圖3所示，使用本文設計的大體積混凝土施工收縮裂縫控制技術后，混凝土表面較為平整、光滑，基本上不存在施工收縮裂縫，控制效果較佳，符合本文研究目的。

圖3 混凝土施工控制效果

4 結束語

近些年來，工程建筑行業空前發展，各種建筑形式的建設層出不窮。在建筑建設過程中，混凝土澆筑體積較大，受到體積、溫度、環境等因素的影響，很容易產生施工裂縫，影響施工質量。基于此，本文通過抗裂材料選取、優化澆筑順序、控制施工溫度、鋪設養護管等方式研究出科學控制體積較大混凝土裂縫產生的配套技術，實際應用效果良好，為建筑施工安全保障提供了技術支撐。