大體積混凝土溫度裂縫的成因分析與防治措施

封洋洋

江蘇科興項(xiàng)目管理有限公司 江蘇 南京 210029

引言

大體積混凝土溫度裂縫是施工中的質(zhì)量通病，隨著現(xiàn)代化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)事業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)大體積混凝土施工提出了更高要求，使其溫度裂縫控制方式面臨著嚴(yán)峻挑戰(zhàn)與考驗(yàn)。當(dāng)前形勢(shì)下，施工單位有必要立足實(shí)際，準(zhǔn)確辨識(shí)大體積混凝土溫度裂縫成因，并通過具有實(shí)效性的措施方法予以防治處理，有效解決大體積混凝土溫度出現(xiàn)的裂縫，提高混凝土性能，有效預(yù)防并及時(shí)控制混凝土溫度裂縫，避免造成人力和物力的損耗。本文就此展開了探討。

1 研究背景

大體積混凝土施工是當(dāng)今高層建筑或超高層建筑建設(shè)施工的重要內(nèi)容，其施工過程對(duì)施工技術(shù)、工藝控制等具有較高要求。與普通體量的混凝土相比，大體積混凝土的結(jié)構(gòu)斷面尺寸更大，導(dǎo)熱性能相對(duì)較弱，聚集于其內(nèi)部的熱量不易高效散發(fā)，且其表面和外部散熱程度不一致，存在內(nèi)外溫差，誘發(fā)產(chǎn)生相應(yīng)的溫度變形和溫度應(yīng)力，進(jìn)而產(chǎn)生溫度裂縫。溫度裂縫的出現(xiàn)與存在，成為大體積混凝土施工的重點(diǎn)病害問題，嚴(yán)重影響大體積混凝土的整體構(gòu)造性效果，為建筑工程的埋下安全隱患與風(fēng)險(xiǎn)。近年來，施工單位在辨識(shí)溫度裂縫成因以及溫度裂縫防治等方面，進(jìn)行了大量卓有成效的研究與探索，在混凝土施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范約束下，建立完善了大體積混凝土溫度裂縫控制技術(shù)體系，成果顯著，突破了傳統(tǒng)混凝土施工技術(shù)條件下的諸多難點(diǎn)。盡管如此，受限于工程規(guī)模與類型等方面要素影響，當(dāng)前，大體積混凝土溫度裂縫的防治成效尚有較大提升空間，溫度裂縫防治措施的針對(duì)性和實(shí)效性有待于進(jìn)一步增強(qiáng)[1]。

2 大體積混凝土裂縫的類型分析

2.1 干縮裂縫

干縮裂縫是大體積混凝土裂縫的常見類型與表現(xiàn)之一，主要可分為網(wǎng)狀裂縫和平行線狀裂縫等。在部分工程項(xiàng)目建設(shè)中，由于對(duì)水泥用量和水灰比等控制不當(dāng)，其比例搭配與匹配失衡，在水分蒸發(fā)進(jìn)程先后不一的狀況下，混凝土便出現(xiàn)了干縮裂縫。該裂縫的出現(xiàn)將大大降低混凝土承載能力，縮短混凝土壽命和耐久性。

2.2 溫度裂縫

因大體積混凝土內(nèi)外部溫差過大而造成的裂縫即為溫度裂縫。在現(xiàn)行技術(shù)條件下，混凝土溫度裂縫既可以存在于混凝土表面，也可存在于混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)之中，且其寬度等指標(biāo)各不相同，走向不具備規(guī)律性，以橫豎交錯(cuò)的外在形態(tài)以最為常見。

2.3 沉陷裂縫

地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性高低是沉陷裂縫的重點(diǎn)誘因。對(duì)于部分工程項(xiàng)目而言，若所處地基環(huán)境存在不良地質(zhì)條件，或地基回填等處理不到位，或混凝土模板支撐不足等，均會(huì)導(dǎo)致沉降裂縫的出現(xiàn)。沉降裂縫通常為貫穿型裂縫，對(duì)于建筑工程的整體結(jié)構(gòu)性安全具有直接影響。

2.4 塑性收縮裂縫

大體積混凝土施工狀態(tài)具有一定的收縮性能，若混凝土收縮比或收縮進(jìn)度等不一致，則會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的塑性收縮裂縫。通常情況下，大體積混凝土的該類型裂縫會(huì)出現(xiàn)在外界氣溫較高或風(fēng)力狀況不良等情況下，表現(xiàn)為長(zhǎng)短不一，不連貫、不貫穿等[2]。

3 大體積混凝土溫度裂縫的成因分析

3.1 水泥水化熱的影響

大體積混凝土內(nèi)部的溫度主要是膠凝材料水化產(chǎn)生的熱。大體積混凝土的整體性較強(qiáng)，厚度系數(shù)大，其中產(chǎn)生的熱量無法得到快速散發(fā)，致使大量的熱量堆積，造成其內(nèi)部結(jié)構(gòu)受到影響。在上述這種水泥水化熱的影響下，大體積混凝土的彈性模量失衡，內(nèi)部產(chǎn)生一定強(qiáng)度的應(yīng)力形變，致使溫度裂縫出現(xiàn)。同時(shí)，部分大體積混凝土施工工作未能嚴(yán)格考量水泥水化熱的影響，對(duì)混凝土施工過程控制不嚴(yán)格，混凝土強(qiáng)度無法有效應(yīng)對(duì)其內(nèi)部所產(chǎn)生的溫度應(yīng)力，混凝土結(jié)構(gòu)自身的散熱功能得不到有效發(fā)揮，無形之中加劇了大體積混凝土溫度裂縫的損害狀態(tài)。

3.2 外界氣溫濕度變化的影響

在大體積混凝土施工中，其所處環(huán)境的溫度始終處于高低起伏變化狀態(tài)，形成溫差，產(chǎn)生溫度應(yīng)力。通常情況下，該溫度應(yīng)力與溫差的幅值呈正相關(guān)關(guān)系，對(duì)于施工期內(nèi)的大體積混凝土質(zhì)量具有直接影響。縱觀當(dāng)前大體積混凝土施工實(shí)際，普遍存在著對(duì)外界氣溫濕度變化控制不到位等問題，使混凝土澆注溫度和散熱條件不相吻合，在施工進(jìn)程內(nèi)產(chǎn)生溫度梯度，致使混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)外收縮不均衡，誘發(fā)溫度裂縫。對(duì)于氣溫較低的冬季而言，更容易在大體積混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部形成外地內(nèi)熱的狀態(tài)，在濕度參數(shù)的同步作用下，混凝土干縮失調(diào)，造成裂縫[3]。

3.3 大體積混凝土施工現(xiàn)場(chǎng)管理不足

現(xiàn)場(chǎng)管理對(duì)于大體積混凝土溫度裂縫的影響是直接的。從當(dāng)前現(xiàn)狀來看，部分大體積混凝土施工單位未能結(jié)合施工環(huán)境實(shí)際，制定詳細(xì)可行的施工現(xiàn)場(chǎng)管理規(guī)則，施工工藝控制體系的完整性與針對(duì)性不足，無法針對(duì)混凝土溫度裂縫的實(shí)際需求運(yùn)用相應(yīng)施工工藝策略，混凝土施工的標(biāo)準(zhǔn)化方法未能得到全面彰顯。同時(shí)，部分現(xiàn)場(chǎng)施工人員責(zé)任意識(shí)與質(zhì)量意識(shí)淡化，對(duì)大體積混凝土施工的關(guān)鍵技術(shù)方法與要點(diǎn)掌握不到位，施工瑕疵問題突出，且不注重混凝土施工后期養(yǎng)護(hù)管理，加劇了大體積混凝土溫度裂縫的病害狀態(tài)。

4 大體積混凝土溫度裂縫的防治措施探討

4.1 建立完善大體積混凝土施工工藝控制體系

現(xiàn)代大體積混凝土施工工藝控制理念的持續(xù)深化，以及混凝土溫度裂縫控制理論研究的日趨成熟，為工程項(xiàng)目施工中混凝土溫度裂縫問題的控制體系建立提供了更為豐富的技術(shù)手段，使得技術(shù)人員在技術(shù)參照、標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)用、規(guī)范執(zhí)行等方面具備了更為靈活的選擇空間。因此，應(yīng)大體積混凝土施工項(xiàng)目為主要面向?qū)ο螅怀霾煌┕ぜ夹g(shù)模塊之間的銜接性效果，有效克服混凝土施工的常見難點(diǎn)問題，杜絕因混凝土施工工藝選擇不當(dāng)而誘發(fā)的溫度裂縫等質(zhì)量弊病問題。在混凝土施工工藝控制體系的有效約束與導(dǎo)向下，制定詳細(xì)可行的混凝土施工標(biāo)準(zhǔn)化方法，使混凝土施工的具體工藝與流程有據(jù)可依。對(duì)大體積混凝土施工控制體系進(jìn)行動(dòng)態(tài)化調(diào)整，嚴(yán)格控制溫度裂縫可能出現(xiàn)的多樣化原因，使其充分發(fā)揮基礎(chǔ)性作用。

4.2 嚴(yán)格控制混凝土混合料的質(zhì)量參數(shù)

合理選擇水泥的品種，控制水泥劑量，盡量選擇水化熱較低的水泥。科學(xué)限制水泥的終凝時(shí)間，并根據(jù)外界溫度的不同做出差異化處理。以外界溫度相對(duì)較高的夏季為例，混凝土結(jié)構(gòu)層表面水分流失較快，凝結(jié)硬化速度同樣較快，因此應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)水泥的終凝時(shí)間，而對(duì)于氣溫相對(duì)較低的春秋季或冬季，則可適當(dāng)縮短終凝時(shí)間。合理掌握水泥劑量，防止水泥劑量過高或過低而導(dǎo)致的收縮系統(tǒng)不匹配等問題，必要情況下對(duì)水泥劑量進(jìn)行專業(yè)匹配試驗(yàn)。在石料粗細(xì)的控制方面，若混凝土結(jié)構(gòu)層所采用的石料過于粗糙，則粒料之間的黏結(jié)力相對(duì)不足，無法形成相對(duì)一致的受力狀態(tài)，而若粒料過細(xì)，則結(jié)構(gòu)層，則收縮性增大。在石料粗細(xì)控制中，應(yīng)強(qiáng)化混凝土結(jié)構(gòu)層施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的有效約束，結(jié)合的所處自然環(huán)境予以綜合核定[4]。

4.3 有效設(shè)計(jì)大體積混凝土施工組織方案，引入信息化施工技術(shù)

施工組織方案在大體積混凝土施工中處于基礎(chǔ)性地位，對(duì)于保障整個(gè)混凝土施工過程的平順性、銜接性，防治溫度裂縫等方面具有關(guān)鍵作用。在技術(shù)管理方面，應(yīng)根據(jù)工程環(huán)境需求，結(jié)合混凝土施工的相關(guān)技術(shù)規(guī)范與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，制定具有導(dǎo)向性的施工組織方案，明確不同類型混凝土施工資源要素的布局與分配，確保混凝土施工各項(xiàng)施工環(huán)節(jié)與步驟之間匹配有效、銜接一致。現(xiàn)代信息化技術(shù)的快速發(fā)展，為大體積混凝土溫度裂縫防治提供了更為豐富的技術(shù)手段，應(yīng)積極運(yùn)用現(xiàn)代信息化技術(shù)，以大體積混凝土施工受力體系為主要面向?qū)ο螅罱ɑ谟?jì)算機(jī)技術(shù)與軟件技術(shù)的混凝土施工技術(shù)管理平臺(tái)，將相對(duì)分散無序的大體積混凝土影響要素進(jìn)行集中統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)可視化的受力狀態(tài)評(píng)價(jià)，構(gòu)建形成大體積混凝土溫度裂縫防治屏障。

4.4 靈活運(yùn)用多樣化的技術(shù)方法措施

一方面，要選用合適的外加劑，有效延緩水化熱釋放的峰值期，提升混凝土的密實(shí)度，抵消部分由溫差產(chǎn)生的拉應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)降低水化熱的目的。同時(shí)，在混凝土拌合物中加入摻和料，降低混凝土體積收縮度和收縮速率，將溫度裂縫的潛在風(fēng)險(xiǎn)消滅在源頭。另一方面，預(yù)先冷卻原材料，做好大體積混凝土施工準(zhǔn)備，并隨著施工的推進(jìn)采用灑水等方式降低水泥粗細(xì)集料溫度，根據(jù)大體積混凝土施工現(xiàn)場(chǎng)狀況，配置隔熱、遮陽等設(shè)備等，或采用冷卻設(shè)備將拌和用水冷卻后再用于拌和，以降低水泥水化反應(yīng)的熱量[5]。此外，可在大體積混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部設(shè)置水循環(huán)冷卻系統(tǒng)，達(dá)到釋放混凝土內(nèi)部熱量，縮小內(nèi)外溫差的預(yù)期效果，起到防治溫度裂縫的現(xiàn)實(shí)作用。選擇分層、分塊等澆筑方式，做好大體積混凝土澆筑施工環(huán)節(jié)控制，及時(shí)清理泌水，確保混凝土結(jié)構(gòu)的密實(shí)性。

4.5 做好混凝土施工養(yǎng)護(hù)控制

大體積混凝土施工養(yǎng)護(hù)控制有助于及時(shí)排除容易誘發(fā)溫度裂縫的各類影響因素，對(duì)前期混凝土結(jié)構(gòu)層施工效果予以鞏固提升。制定詳細(xì)可行的混凝土結(jié)構(gòu)層施工養(yǎng)護(hù)策略，針對(duì)客觀實(shí)際需求，及時(shí)開展科學(xué)規(guī)范的混凝土結(jié)構(gòu)層施工養(yǎng)護(hù)。在施工過程中及施工完成后，混凝土?xí)霈F(xiàn)相應(yīng)的水化反應(yīng)，水分散失與消耗加劇，因此應(yīng)及時(shí)對(duì)其混凝土表層進(jìn)行補(bǔ)水或?yàn)⑺僮鳎绕湓谡舭l(fā)速度相對(duì)較快的夏季，更要做好保濕處理，提升混凝土的抗裂能力。強(qiáng)化混凝土結(jié)構(gòu)層施工養(yǎng)護(hù)技術(shù)人員的專業(yè)技能，加強(qiáng)管理施工材料，對(duì)荷載進(jìn)行控制，加強(qiáng)溫度的控制，加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)監(jiān)督管理，突出責(zé)任意識(shí)與質(zhì)量意識(shí)，防范麻痹大意甚至違規(guī)養(yǎng)護(hù)行為，從根本上保障的施工效果。此外，還應(yīng)優(yōu)化拆模時(shí)間，改善混凝土約束條件，增強(qiáng)其綜合抗裂性[6]。

5 結(jié)束語

綜上所述，在當(dāng)前大體積混凝土施工中，導(dǎo)致溫度裂縫的原因是多種多樣的，這對(duì)于混凝土構(gòu)筑物的影響與危害是深刻的、直接的，必須給予高度重視，避免在工程施工中發(fā)生大體積混凝土溫度裂縫。因此，施工單位應(yīng)立足項(xiàng)目施工實(shí)際，建立健全完善的大體積混凝土施工技術(shù)體系，靈活運(yùn)用現(xiàn)代化的施工控制方法，全面細(xì)化做好混凝土冷卻控制，排除各類溫度裂縫出現(xiàn)原因，進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)和施工，多總結(jié)分析提早預(yù)防施工中溫度裂縫給整體工程施工造成的不良影響，為全面提升大體積混凝土施工質(zhì)量奠定基礎(chǔ)，為保障現(xiàn)代基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)事業(yè)可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)力量。