大体积混凝土施工中的裂缝问题及处理措施

孟先明

（山西省化工设计院,山西 太原 030024）

近年来,随着国家国民经济建设的发展,工程建设领域投资、建设规模越来越趋于大体积化、复杂与科技化。越来越多的建筑工程中有大体积混凝土出现,尤其化工项目中,如大型化肥厂的尿素造粒塔、大型化工厂乙二醇工程、大型焦化工程等。混凝土本身是建筑工程的主要施工材料,而大体积混凝土结构更是近几年来建筑工程领域的主要施工材料,它施工质量的好与坏直接关系到在建工程施工质量的优劣,因此,在大体积混凝土的整个施工环节中,从设计人员到施工人员都要对大体积混凝土材料本身的材料性能有根本的认识,从严要求。控制整个大体积混凝土施工全过程的质量,采取各种施工措施,确保施工单位施工的质量。业内人士都知道,大体积混凝土是很容易产生裂缝与裂纹的,如果在施工期间发生裂缝问题,则对工程的危害程度是很大的。当然,引起裂缝的原因有方方面面。无疑,施工过程是发生裂缝最危险、风险发生率最大的环节。因此,严格管理、控制施工过程的各个方面是控制裂缝发生的最佳阶段［1］。

1 大体积混凝土施工过程中遇到的一些问题

1.1 裂纹和裂缝

1）建筑工程业内人士都知道,混凝土作为一种常用的建筑材料,它是由多种材料组合而成的结构体。而大体积混凝土是指最小断面尺寸大于1m的混凝土,由于外部外力的发生或者由于环境与温度的变化,引起混凝土内部产生了不均匀、不规则的流动,温度变化等很多不平均现象的发生,可能导致混凝土在施工时会出现裂缝问题。大体积混凝土的特点决定了除了混凝土的体量大以外,由于量过大,水泥的含量也相应要大。因此,当混凝土在浇筑完毕时,混凝土内部由于大量的水泥产生的大量水化热会使混凝土内部产生大量的热量,从而使混凝土内部的温度短时间内可能达到最大值。这时,如果混凝土里外温差超过25℃,那么,大体积混凝土就会用温度升高和温度降低而产生表面的裂缝,也会由于收缩而产生裂缝。

2）大体积混凝土由于其温度产生的裂缝问题是十分复杂的,它涉及到的学科也很多,如岩土、结构、材料、施工工艺、技术水平、环境等。大体积混凝土的裂纹可以分为混凝土表面上的裂纹和深度较深的裂纹。表面的裂纹一般断定其危害性较小,这个在混凝土温度升高的过程中是可见到的。深裂纹的危害要比浅裂纹大很多。深裂纹本身对大体积混凝土的影响与结构的完整性和稳定性有很大关联性,甚至会直接影响建设工程的质量。据此来判断,混凝土裂缝产生的原因又可分为,由于施工工艺优劣及材料引起的裂缝,由于建筑高低、大小不同引起的裂缝,地基不均匀沉降、不合格工程质量引起的裂缝,由于温度、气候异常变化引起的裂缝等。

3）大体积混凝土由于其自身材料体量的原因,裂缝的产生有各种各样的原因。但是,由于各种温差超过了混凝土内部的承受力而产生的裂缝相对较多。当混凝土表面的温度和气温相差较大的时候,加上混凝土内部由于水泥自身的水化热现象,水泥水化热释放比较集中,而短时间内又很难扩散出去,使得混凝土内部温度升高比较快,极易导致内外温差增大等现象的发生,混凝土极有可能由于收缩产生裂缝。混凝土材料本身的膨胀系数导致外面温度每变化10℃,混凝土就会产生0.01%的膨胀或收缩现象。此外,施工过程中,外面会不自觉地去约束混凝土的变形,比如,加强模板、增加拉条等措施,都会使混凝土内部产生不均匀的应力反应。一旦混凝土产生的应力超过了其自身的承受力,混凝土个体可能就会由于不均匀的变形而产生裂缝。当然,还有各种各样的其他原因。例如,由于各种原因造成的地基不均匀沉降；或者,由于各个不同方向的水平外力使结构产生的水平位移与水平应力结构,使其峰值已经超出了混凝土自身的抵抗张力的强度,会使混凝土结构体可能产生开裂。工程设计人员,要注重设计环节,如保护层的设计及要求。

1.2 施工过程中遇到的问题

混凝土工程的施工过程中,混凝土是要求振捣密实的。而大体积混凝土的施工过程中,首先应该考虑结构的体量大小,钢筋的铺设密度,地脚螺栓,预留孔洞、口的留设,现场混凝土的供应状况以及混凝土里水泥产生的水化热等因素。在保证大体积混凝土振捣密实的基础上,切实保证做到连续不间断浇筑,绝不容许在底层混凝土振捣完毕初凝后再浇筑上面一层,宜采用封层连续浇筑施工或者推移式连续浇筑施工。应当依据设计尺寸进行均匀地分段、分层浇筑,上、下两临近层的竖向施工缝应当相互错开。在大体积混凝土施工完毕后的后期阶段,要有专人密切观测,做好气温记录。尤其要注意混凝土自身的内外温度差,内容要及时、准确、真实完整,同时要落实专人负责,施工单位专职经理负责,技术人员落实到位,实验人员取样及时、真实有效。一旦发现,要严格控制裂缝的发展。大体积混凝土的养护也很重要,要落实好各项养护措施,必须满足规范要求。最主要的就是,通过各种手段来满足混凝土自身强度增长的需要。更要通过各种手段控制大体积混凝土的温度差,防止混凝土因温差过大而引起的混凝土自身的裂缝问题。

2 裂缝产生的原因剖析

2.1 混凝土自身的收缩

混凝土由于自身材料的特殊性,收缩现象是其产生裂缝的原因之一。混凝土的主要材料是由水泥、沙子、石子、水、外加剂等组成。混凝土自身的收缩,其实就是其在空气中的硬结现象。在空气中硬结以后,自身体积变小了,如果在没有外力的作用下,混凝土自身产生的大小不等的这种应力,也能导致混凝土本身的裂缝,或者开裂。混凝土自身的收缩,其实是混凝土内部的水泥从硬化的初期由大变化到后期随着混凝土内部水分的蒸发而产生的材料本身的收缩、变形。

2.2 水化热产生的影响

大体积混凝土浇筑完毕后（主要是浇筑后的5d～7d）,水泥会释放出大量的热,这就是我们所说的水泥的水化热产生的过程。混凝土各个外表面的散热条件是不一样的,其自身内部的温度会很高很高,而混凝土外部基本上与大气同温。在浇筑过程中,由于大体积混凝土内部水泥产生的大量的水化热现象,导致其内部的温度一时难以释放出来,越大体量的混凝土其内部的水化热会越大,这就使得大体积混凝土其内部与外面形成温度差。过大的体积,使得混凝土内部的水化热现象很大,混凝土内部就会产生不均匀、不同方向、大小不一的压应力,而混凝土的表面也会产生由于这种不均匀温度变化而形成不均匀、大小不一、来自于不同方向的拉应力,这种毫无规则的应力一旦超过了混凝土本身的强度值,混凝土的表面就会出现或者产生各种各样毫无规则的裂缝。

2.3 材料的影响

混凝土所使用的材料中,主材主要是水泥。混凝土自身的收缩往往因为所使用的水泥种类、标号、细度、强度值、用量等不同,而导致不同的结果。水泥细度越大,混凝土就越易产生裂缝。日常的施工过程中,由于所使用的骨料表面带有各种各样的杂质如,土、砂砾、泥等等,从而影响了骨料与水泥的结合度,影响了它们之间的黏结,弱化了混凝土的界面结构,因此,也就使得混凝土自身的强度有所降低。此外,在大体积混凝土施工中,如果给混凝土里掺加小部分化学外加剂的话,就会加大混凝土自身的干缩值。不同生产厂家的外加剂对混凝土的影响也不尽相同。

3 裂缝的预防

3.1 材料的选择

3.1.1 水、沙子、骨料

水的选择一定要按规范要求,冬季施工要采用热水。在沙子的选择上,尽量选择大粒径的中粗砂,杂质含量少。石子要选择有良好级配的石子。当然,所有材料的选择,要据施工条件,必须满足规范要求。这样做,既可以减少水及水泥用量,也可以减少大体积混凝土的收缩与其泌水现象的发生,以确保工程质量。

3.1.2 水泥

大体积混凝土施工中,水泥作为主要的建筑材料,用量较大。因此,在大体积混凝土的整个施工过程中,应选用低水化热水泥。同时,为了减少水泥的用量,应选用高标号水泥,添加缓凝、高效的减水剂,以此改变混凝土的和易性,缓解水泥水化热的速度。比如,可添加粉煤灰,但要控制添加的量,不可大于净水剂量。适当添加,可以有效改善混凝土的很多指标,降低混凝土中水泥产生的水化热,切实有效地提高与保证混凝土的质量。

3.2 温度控制

对于大体积混凝土的各种温度控制要求,国家专门有《大体积混凝土施工规范》（GB50496－2009）,除了满足大体积混凝土施工规范外,还应该满足现行的国家相关规定及规范的要求,确保大体积混凝土的工程质量。

3.3 防止水泥的过热化

在实际的大体积混凝土工程中,需尽量防止水泥热化现象发生。从设计考虑,可以适当增加一些构造设计,比如,增加钢筋混凝土连系梁、构造柱等措施,从而增加混凝土的整体抗裂性能。

3.4 施工工艺和施工机具

大体积混凝土的施工工艺要重优杜劣。施工前,设计院要同施工单位进行专项技术交底,施工单位要编写完善的组织计划书,方案到人。制定关键部位的施工作业书,落实到人。尽量使用先进的施工机具。必要时,施工中可同时对大体积混凝土典型位置的内外温度差进行全方位的监测。可根据需要,在混凝土多处设置散热点,密切观测温度的变化,切实控制温度在规范的容许范围内。

3.5 施工质量的控制措施

1）在施工前,除了进行正常的图纸会审、交底外,还必须进行大体积混凝土专项图纸会审,由设计单位提出裂缝控制的施工要求以及施工单位其施工阶段的综合抗裂缝措施。施工单位要编制完好的施工方案,并准备好大体积混凝土的施工预案。同时,要求作业班组制定关键部位的专业任务书。在前期的模板,支架,钢筋工程,预埋管件,预留孔洞、口以及预埋螺栓等相关工作完成并验收合格后的基础上,方可进行大体积混凝土的施工。

2）在整个建筑工程的施工中,原材料进场质量控制的环节都非常重要。要对进场的原材料查验合格证,对石子、沙子的颗粒含量进行严格的级配,水泥进行编号,细骨料宜使用级配良好的中沙。在初步查验合格的基础上,需要送到实验室作实验检查的,要及时送到实验室检查,待取得实验室的合格证以后,方可进入现场。非泵送混凝土施工时,粗骨料的粒径可以适当增大一些,细骨料施工的机具、设备也要根据现场的实际情况继续调配。

4 结论

从以上分析论述中,我们对大体积混凝土温度裂缝产生的原因以及控制措施有了一定的认识,它的从设计到施工的各个环节都要求十分严格,在施工方面,严格管控质量,切实按照国家的相关规范和规定的要求执行,严格施工,周密安排,适当调整混凝土的配合比,设法提高混凝土的表层温度。加强对大体积混凝土施工质量的把控工作,有效控制有害裂缝的出现,真正做到建设工程百年大计、质量第一。

参考文献：

［1］ 叶琳昌,沈义.大体积商品混凝土［M］.北京：中国建筑工业出版社,1987.