房建施工中大體積混凝土裂縫成因及其預(yù)防措施

摘要：水泥水化熱、施工地區(qū)自然環(huán)境溫度劇烈、混凝土澆筑完成后凝固過程中出現(xiàn)收縮，均會造成混凝土澆筑體出現(xiàn)裂縫。在對上述原因進行充分研究后，總結(jié)出的房建施工大體積混凝土無縫技術(shù)的應(yīng)用要點。對配制大體積混凝土的原材料進行科學(xué)調(diào)配，對施工現(xiàn)場的環(huán)境溫度進行精確管控，根據(jù)施工地區(qū)實際條件優(yōu)化施工技術(shù)，在大體積混凝土體澆筑完成后加強對結(jié)構(gòu)體的養(yǎng)護，均可有效控制澆筑體裂縫的產(chǎn)生。

關(guān)鍵詞：房屋建筑施工；大體積混凝土；無縫施工技術(shù)；水泥水化熱；溫度變化

0" "引言

按照我國《大體積混凝土施工標(biāo)準(zhǔn)》GB50496-2018的相關(guān)規(guī)定，在房屋建筑工程中，所澆筑的混凝土結(jié)構(gòu)澆筑體實物的最小幾何尺寸如果不低于1m，則該結(jié)構(gòu)體便被稱為大體積混凝土結(jié)構(gòu)體。除此之外，還有另一種界定標(biāo)準(zhǔn)，即在澆筑混凝土之后，結(jié)構(gòu)體中的膠凝材料受水化作用影響引起溫度變化或結(jié)構(gòu)收縮，存在產(chǎn)生有害裂縫的可能性，則可稱之為大體積混凝土。眾所周知，建筑結(jié)構(gòu)體一旦出現(xiàn)裂縫，必定會在不同程度上影響結(jié)構(gòu)體的整體安全性。基于此，在房建施工中正確應(yīng)用大體積混凝土無縫施工技術(shù)至關(guān)重要。

1" "混凝土體裂縫綜合分析

在房建工程中，裂縫很難完全避免。如果能夠使裂縫大小、深度被控制在安全范圍內(nèi)，那么建筑安全基本不會受到影響。結(jié)構(gòu)體如果處于室內(nèi)正常環(huán)境，那么最大裂縫寬度不應(yīng)超過0.3mm；如果處于露天狀態(tài)或室內(nèi)高濕度環(huán)境，則裂縫寬度最大不應(yīng)超過0.2mm。

處于地下或半地下狀態(tài)的混凝土結(jié)構(gòu)體出現(xiàn)裂縫之后，結(jié)構(gòu)體的防水性能是重點考慮內(nèi)容。如果裂縫寬度不超過0.2mm，盡管在早期會出現(xiàn)輕微的滲水情況，但過了一段時間之后，這類微小裂縫很有可能自動愈合；但若裂縫寬度超過0.2mm，則滲水量會超過混凝土結(jié)構(gòu)體自身能夠應(yīng)對的最大限度，裂縫寬度會在短時間內(nèi)迅速擴大，產(chǎn)生嚴(yán)重的安全隱患。

總體來看，在混凝土施工中，可在一定程度上允許裂縫的存在，但必須對單個裂縫的寬度以及裂縫的數(shù)量進行嚴(yán)格控制。混凝土結(jié)構(gòu)體不同程度裂縫如圖1所示。總的來說，在澆筑混凝土過程中，施工人員務(wù)必提高對影響混凝土體抗拉強度因素的重視程度，盡量降低裂縫的出現(xiàn)率。如果裂縫難以避免，應(yīng)堅決杜絕貫穿裂縫和深層裂縫，盡可能減小表面淺層裂縫的數(shù)量和裂縫寬度。

2" "大體積混凝土結(jié)構(gòu)裂縫成因

2.1" " 水泥水化熱引起裂縫

在大體積混凝土施工中，水泥水化熱現(xiàn)象依然是導(dǎo)致結(jié)構(gòu)體出現(xiàn)裂縫的主要原因之一。水泥在凝固過程中會出現(xiàn)水化過程，根據(jù)中學(xué)物理及化學(xué)知識可知，水化反應(yīng)發(fā)生期間，會有大量熱量被釋放。大體積混凝土澆筑體體積更大，斷面厚度大，表面系數(shù)低，很難將熱量及時、有效地排出。其內(nèi)部的溫度會隨著時間的延長而逐漸提高，當(dāng)其與外界自然環(huán)境的溫度差達到一定值時，便會導(dǎo)致混凝土體內(nèi)外收縮均勻性失衡，進而引發(fā)裂縫。

2.2" " 自然環(huán)境溫度劇烈變化引起裂縫

除了水泥水化熱作用之外，施工環(huán)境溫度在短時間內(nèi)出現(xiàn)較大變化，同樣會導(dǎo)致混凝土澆筑體內(nèi)外形成溫度差。一旦環(huán)境溫度下降幅度過大，即大體積混凝土內(nèi)部溫度達到65℃，外界環(huán)境溫度在0℃左右時，裂縫形成的概率同樣會急劇增大。

2.3" " 凝固期間收縮引起裂縫

若要確保混凝土澆筑體能夠正常凝固，則需確保水泥的硬化條件充分。因此混凝土中的水分約有20%需要用于水泥硬化，而非因蒸發(fā)而消散。大體積混凝土澆筑完成后的凝固期間，一旦蒸發(fā)的水占比超過80%，便會導(dǎo)致混凝土體積收縮，進而引起裂縫。

在實際施工中還發(fā)現(xiàn)，在混凝土收縮現(xiàn)象發(fā)生后，如發(fā)生滲水、施工現(xiàn)場突然遭遇強降雨等，使混凝土重新回到水飽和狀態(tài)，則混凝土體有可能產(chǎn)生膨脹，膨脹體積甚至達到澆筑剛剛完成后的體積大小。這種干燥、濕潤交替出現(xiàn)，會使混凝土結(jié)構(gòu)體內(nèi)外出現(xiàn)裂縫的概率進一步增大。

3" "大體積混凝土結(jié)構(gòu)裂縫預(yù)防措施

3.1" " 科學(xué)調(diào)配混凝土

選擇粗骨料時，應(yīng)注意采用“連續(xù)級配”，選用的細(xì)骨料應(yīng)以中砂為主。緩凝劑、減水劑等外加劑的性能選擇和劑量控制應(yīng)該更加科學(xué)，最好使用粉煤灰、礦渣粉等作為摻合料。選擇水泥時，應(yīng)盡量選擇包括中熱硅酸鹽水泥、低熱礦渣硅酸鹽水泥在內(nèi)，具有“水化熱程度較低、凝結(jié)時間較長”等特點的“優(yōu)質(zhì)”水泥，以有效降低大體積混凝土出現(xiàn)裂縫的概率。

上文提到的幾種優(yōu)質(zhì)水泥實際上均可被視為“礦渣水泥”。這類水泥盡管具有低水化熱特性，但相較于普通水泥，其析水性更大。由此造成的結(jié)果是：大體積混凝土的可能析出大量水分。析出的水分在大體積混凝土前后兩個澆筑層之間聚集，很可能會改變混凝土的水灰比。不僅如此，在“掏水”作業(yè)時，由于一些砂漿被帶走，故大體積混凝土澆筑體之間難免形成具有較多水的夾層，進而降低混凝土澆筑體的整體粘結(jié)性。

使用礦渣水泥時，混凝土的析水量（泌水量）與用水量之間會呈現(xiàn)出“正相關(guān)”的關(guān)系，而析水時間則與環(huán)境溫度之間呈現(xiàn)出“反相關(guān)”的關(guān)系。此外水泥材料本身的成分、細(xì)度同樣會影響混凝土的吸水性。施工管理人員在配制混凝土的過程中，若選擇礦渣水泥，則應(yīng)注重水泥的析水性。為了降低混凝土的用水量，在選用外加劑前，必須精確計算減水劑的劑量。

在任何情況下，大體積混凝土的強度及塌落度參數(shù)都是首要控制對象。確保這兩項參數(shù)達到工程要求后，作業(yè)人員方可對摻合料以及骨料的占比進行最優(yōu)調(diào)整。在確保大體積混凝土澆筑體質(zhì)量、安全的基礎(chǔ)上，要盡量降低水泥用量，從而使水化過程中產(chǎn)生的熱量得到有效控制。

3.2" " 對施工現(xiàn)場溫度合理管控

在大體積混凝土施工期間，現(xiàn)場人員應(yīng)注重對環(huán)境溫度、混凝土結(jié)構(gòu)體溫度的管控。針對環(huán)境溫度進行管理的主要思路如下：與地方氣象監(jiān)控部門取得聯(lián)系，對未來一段時間內(nèi)的環(huán)境溫度變化情況，是否會出現(xiàn)極端天氣情況（如是否會發(fā)生強降雨、有無臺風(fēng)等）等，進行全面了解。如果氣象部門判斷環(huán)境溫度可能在短時間內(nèi)大幅度降低，則施工人員應(yīng)暫停施工，或在完成大體積混凝土澆筑作業(yè)完成后，使用具有保溫功能的帆布等遮蓋在混凝土表面，盡量降低混凝土體內(nèi)外的溫度差。

通常，大體積混凝土體的溫度變化呈現(xiàn)出“先升溫，達到最高溫度后緩緩降溫，且升溫速度高于降溫速度”的特點。根據(jù)工程統(tǒng)計結(jié)果可知：大體積混凝土澆筑后，約經(jīng)過3～4d后達到最高溫度。施工人員應(yīng)充分利用這幾天的時間，做好準(zhǔn)備工作，防止溫度過快降低。

針對大體積混凝土降溫速度取值進行控制時，應(yīng)確保溫差應(yīng)力值低于同一時間內(nèi)的混凝土抗拉極限強度值。有工程統(tǒng)計結(jié)果顯示，如果將大體積混凝土結(jié)構(gòu)體的每天降溫速度控制在降低2～3℃/d，完全凝固后一般不會出現(xiàn)貫穿性裂縫。但為了安全起見，則應(yīng)進一步降低降溫速度，每天降溫幅度在1～1.5℃/d內(nèi)為最佳[3]。

3.3" " 優(yōu)化大體積混凝土施工工藝

將大體積混凝土的入模溫度控制在30℃以下，確保混凝土澆筑體在上述入模溫度的基礎(chǔ)上，溫升值不高于50℃。有限采用整體分層連續(xù)澆筑施工或是推移式連續(xù)澆筑施工。

在施工分段、分層方面的控制要點如下：①如果大體積混凝土體的橫截面不超過200m²，則最大分段數(shù)量應(yīng)為2段；如果橫截面面積控制在300m²之內(nèi)，則最大分段數(shù)量應(yīng)為3段，每一分段的總面積應(yīng)在50m²以上，每段混凝土的厚度最小值為1.5m，最大值為2.0m。②不同分段之間的豎向施工縫，應(yīng)該與結(jié)構(gòu)較小截面的尺寸方向保持平行狀態(tài)，并在豎向縫處設(shè)置模板。除此之外，還應(yīng)使上下兩個鄰層之間的豎向施工縫保持“互相錯開”的狀態(tài)。

如果在澆筑施工過程中采用泵送設(shè)備泵送混凝土，則需確保混凝土澆筑層的厚度最大值為500mm；如果不采用泵送設(shè)備泵送混凝土，澆筑層的厚度應(yīng)控制在300mm以下。

在澆筑大體積混凝土的過程中，施工人員需要隨時關(guān)注受力鋼筋、定位筋、預(yù)埋件等構(gòu)件的實時狀態(tài)。這些構(gòu)件的形態(tài)、位置都是預(yù)先設(shè)置好的，應(yīng)盡量杜絕移位及變形現(xiàn)象。此外，在完成澆筑后，作業(yè)人員還需對澆筑體的表面進行全面觀察，確認(rèn)達標(biāo)后進行二次抹壓作業(yè)。

3.4" " 大體積混凝土體澆筑后科學(xué)養(yǎng)護

確保保濕養(yǎng)護的最短時間為14d。在拆除控溫覆蓋層的作業(yè)中，應(yīng)分層、逐步開展。混凝土澆筑體的表層溫度與環(huán)境溫度相比，如果溫度差最大值始終在20℃以下，則可以將所有覆蓋層完全拆除。

進入養(yǎng)護期之后，作業(yè)人員必須控制混凝土體的凝結(jié)速度，不可過快也不可過慢。作業(yè)人員每間隔一段時間，便需巡查一次混凝土澆筑體，務(wù)必保證覆蓋在澆筑體表面的塑料波摸等處于完好狀態(tài)。養(yǎng)護人員如果發(fā)現(xiàn)實測結(jié)果未能滿足溫度控制相關(guān)要求，應(yīng)對保溫養(yǎng)護的具體措施進行調(diào)整。

如果在養(yǎng)護期間遭遇天氣炎熱、寒冷，或出現(xiàn)極端雨雪及大風(fēng)天氣，應(yīng)對混凝土體進行覆蓋，避免暴露在自然環(huán)境中。在必要情況下，可在混凝土內(nèi)部埋設(shè)冷卻管，通過不斷注水的方式，實現(xiàn)內(nèi)部控溫，以防止其內(nèi)外溫差過大[4]。

4" "結(jié)語

導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)體出現(xiàn)裂縫的常見原因包括4點：一是混凝土配制水平不高；二是對施工現(xiàn)場環(huán)境溫度在短時間出現(xiàn)巨大變化，未能做好充足準(zhǔn)備；三是施工過程過于“循規(guī)蹈矩”，缺乏變通；四是在澆筑作業(yè)完成后養(yǎng)護措施不到位等。明確這些原因，制定行之有效的應(yīng)對方式，便可以有效降低大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生，提高工程整體質(zhì)量。

參考文獻

[1] 王嘉明，王興增，王偉杰.大體積混凝土無縫技術(shù)在房建施工中的應(yīng)用[J].居舍，2022，（14）：35-36+91.

[2] 張懷居.房建施工中大體積混凝土無縫技術(shù)分析[J].綠色環(huán)保建材，2020（10）：129-130.

[3] 王澤，胡誠家，梁小永，等.房建施工中大體積混凝土無縫技術(shù)分析[J].中阿科技論壇（中英阿文），2020（6）：120-121.

[4] 顧森，劉暉.房建施工中大體積混凝土無縫技術(shù)分析[A].北京力學(xué)會第26屆學(xué)術(shù)年會論文集[C].北京力學(xué)會：北京力學(xué)會，2020：216-219.