大体积混凝土裂缝控制技术研究

鄢燕颖

福建省二建建设集团有限公司

1 引言

现如今，土木工程在我们国家得到了显著的发展，尤其是随着城市地下空间、高层或超高层建筑、综合水利设施等大型建设项目的不断涌现，大体积混凝土在这些工程项目中的应用也愈来愈频繁。不过，由于浇筑规模相对来说更大一些，所以温度应力等在结构方面的分布也更为复杂，很有可能便会出现相差较大或者是不均匀分布等问题。因此，这便要求混凝土材料应具备较高的品质，并在自重应力、标注规模等各个方面符合相应地要求。不然，在结构方面便会出现温度应力差较大而形成裂纹、裂缝等工程病害，对工程项目的质量、使用安全及使用寿命造成不利影响。因此，在施工时不仅需要控制混凝土的强度、黏结性等，还需要细化大体积混凝土的施工技术以及施工工艺。只有这样，才能够有效抑制混凝土裂纹的出现，避免施工质量问题的发生。

2 大体积混凝土裂缝控制关键技术

2.1 大体积混凝土裂缝的成因

2.1.1 温度裂缝

众所周知，在混凝土生产过程中，水泥材料与水发生水化反应时会释放出一定的热量，这些热量造成的温度梯度的变化是温度裂缝产生的主要原因。并且，在一次浇筑成型之后这些热量会逐渐地向外散开，而由于混凝土结构中心的热量同边缘处的热量相比散发得更为缓慢一些。所以，这种热量散发而使得温度应力呈现出一种热胀冷缩、内外不均的现象。同时，混凝土结构在热胀冷缩时，还会出现张拉应力。当所释放的水化热在与外界环境进行热量交换过程中，混凝土的局部温度会形成温度差，当温度差形成的张拉应力超过混凝土抗拉强度阈值时，混凝土的抗拉性能则不足以抵抗温度差造成的张拉应力，从而使得混凝土的表面或者是结构内部会出现部分裂纹的现象，在严重的情况下，整个混凝土的结构都会出现裂纹，乃至造成严重的安全隐患。

2.1.2 收缩裂缝

在大体积混凝土结构中，收缩裂缝往往分为以下两种：第一种为干燥收缩裂缝，第二种则为塑性收缩裂缝。

混凝土在浇筑完成后，其所处的自然环境（温度、湿度条件等）存在较大差异，这种差异造成了所产生的裂纹表现出不同的形态，于是干燥收缩裂缝又进一步被划分为干燥裂缝和收缩裂缝。其中，大体积混凝土结构在浇筑成型后，靠近表面的水分蒸发较快，而结构内部中心区域的水分蒸发较快，在内外部形成湿度梯度，这种梯度过大时则会造成干燥裂缝。鉴于此，在浇筑完成时应当尽可能地消除或降低内外部的湿度差，按照要求其进行充分洒水养护。

在外界各种因素的影响之下，所形成的裂缝往往被称之为塑性收缩裂缝。如混凝土在初凝阶段受大风或高温等不良天气的影响，便会使得成型后的大体积混凝土由于表面水分蒸发速度不一而出现塑性收缩裂缝。

2.2 大体积混凝土裂缝的控制技术

2.2.1 优化商品混凝土的配合比

控制大体积混凝土的裂缝，首先就需要控制混凝土原材料及混凝土本身的质量。现阶段，各大工程所需要的大体积混凝土基本都实现了商品化、标准化，但在实际运用时，也只有保证了其抗拉压强度、可泵性以及和易性能够符合设计要求，才能从整体上提升裂缝的控制技术。由于混凝土的和易性会在施工现场受到多方面因素的影响，因此会给施工带来很大难度。混凝土配合比是对混凝土和易性影响最大的因素之一，运输过程和气候条件等的影响也会对那体积混凝土裂缝的控制产生不利影响。除此之外，混凝土的配合比也直接关系到大体积混凝土裂缝的产生。因此，大体积混凝土的配合比设计时与其他类型的混凝土就存在较大差异，大体积混凝土应尽可能地、在合理范围内地降低其水灰比。

2.2.2 混凝土浇筑质量控制

混凝土浇筑质量可以从以下三个方面进行控制。

（1）分段分层。对于体积较大的混凝土来讲，需要从上而下、分段分层进行浇筑，保证混凝土在浇筑之后的整体质量能够达到规定标准的要求。

（2）全面分层。如果所浇筑的混凝土构件其厚度比较大，则在浇筑时应选择全面分层的方式进行，在所浇筑的混凝土层初凝之后，方可进行下一层混凝土的浇筑作业。

（3）斜面分层。严格控制大体积混凝土振捣的操作流程，逐步向上推进。

2.2.3 混凝土温度控制

对于大体积混凝土温度的控制可以从两个方面入手。

（1）内部控制。在对大体积的混凝土进行降温之前，需要先将降温水管预埋在混凝土的内部。在浇筑结束之后，通过外接注水来降低混凝土的温度。内部控制的方式能够有效地节约水资源，经冷却水管排出的水还能够用于养护混凝土。在某些情况下，会出现自然注水难以达到理想的降温目的。鉴于此，便需采用增压泵对外接注水管进一步加压。同时，也需要提前设计混凝土内部的预埋冷却水管。

（2）外部控制。在混凝土表面经过抹平处理后，需要结合相关施工规程实施相应地养护（保温保湿）措施。本工程中，在大体积混凝土浇筑体表面按照从上到下的顺序依次铺设设养护毯、土工布、塑料薄膜以达到表层保温保湿的目的。

2.2.4 温度监测措施

通常情况下，在布置温测点的过程当中需要结合以下几个方面的原则：（1）需要在施工图对称轴线的一半区域内，按照平面分层的方式来布置监测点。（2）需要按照结构的几何尺寸来布置监测点。（3）需要考虑大体积混凝土浇筑体温度场的分布情况，来设定监测点的具体位置和数量。（4）需要结合具体环境来布置监测点的具体数量和位置。（5）沿着大体积混凝土浇筑体的厚度方向，在构件内部和表面分别布置监测点。（6）温度监测点应当设定在浇筑体的表面（或底面）以内5cm左右的位置。

3 工程案例研究

3.1 工程概况

上下杭历史文化街区-双杭河坊街工程位于福州台江区上下杭历史街区三捷河两岸；由福州市规划设计研究院设计；总地上建筑面积8496.45m2，总基底面积4305.08m2，总地下建筑面积1947.76m2，总建筑面积10444.21m2，地下建筑面积为978.87m2。上部结构体系为框架结构，建筑结构安全等级为二级，抗震设防烈度为7度，地基基础设计等级为丙级，基础形式是采用筏型基础。筏型基础采用大体积混凝土浇筑。

3.2 混凝土浇筑方案

地下室底板采用商品混凝土泵送施工，板厚350 mm。根据现场情况配备2台混凝土泵机进行施工。结合以往施工经验，在经过深入研究之后，发现倘若混凝土泵机按照平均每小时内泵送量30m³的话，即每日供应量600m3，混凝土量约350m3，计划350÷60＝5.8h 浇筑。如图1 所示，底板混凝土由西往东，进行浇筑，需要在各浇筑带上选择分段斜面推进的方法来进行。同时，还需要根据每台混凝土泵浇筑强度30m3/h 计算，控制宽度约12.6m，水平长度6m，每一浇筑带混凝土浇捣量＝12.6×6×0.8＝60.5m3，其余浇筑带类推。根据上述计算混凝土缓凝时间不少于6h，根据项目进展时间预计混凝土底板施工时间在夏季，要求混凝土缓凝时间为8h，可满足浇筑要求。

图1 平台浇筑图

混凝土浇捣布置2 个浇筑带，分南北2 个施工点，然后在每个施工段设置一个振捣小组，每个振捣小组需要配备3条软轴振捣器和6名振捣工，并于斜面上、中、下段设置振捣器（混凝土振捣示意图如下图2所示），在此需注意混凝土不可集中堆放，先振捣出料口处混凝土，再进行全面振捣。在振捣过程中，需满足以下要求：①在使用振捣棒时，为了防止漏振，需要保证直的或倾斜的方向能够统一，在振捣时插点需保持600mm 的距离，上、下层振动搭接50mm～100mm，每点振动时间应当集中在20min～30min。不过，在二次振捣之前，需要保证二次振捣后，混凝土仍可以塑性闭合。

图2 混凝土振捣示意图

3.3 降温措施

降低水化热问题是本工程中筏板基础大体积混凝土最为显著的问题，由于基础的厚度主要集中在1.0m～1.5m之间，所以只有降低混凝土单方水泥的用量，才能够有效地降低混凝土中水化热，并选用硅酸盐Ⅱ型水泥和优质粉煤灰，这两种水泥的低水化热效果比较好，它可取代部分水泥用量外，提高混凝土和易特性。粉煤灰的掺入减少了水泥的用量，从而有效地延迟了热峰的发生，并降低了水化热，能够确保混凝土不会由于硬化时的收缩应力以及温度应力而增大，造成当中出现裂缝。浇筑完成后的降温措施主要包含以下四个方面的内容：

（1）本工程中，采用冷却水管对大体积混凝土构件进行降温，混凝土构件的厚度较小时（如2m），则应至少布置一层冷却水管网；当混凝土构件厚度较大（5.8m）时，则应设置五层冷却水管网。应该选用直径为25mm，壁厚为3mm的镀锌铁管作为冷却水管。同时，管网的出水口和接口均需要高出于浇捣完成面300mm。布管完成后，需要对冷却水官网进行冲水测验，防止接口处发生漏水。混凝土表面也需实施保温保湿措施，本工程中选用两层土工布、两层塑料薄膜、一层养护毯，并且需要注意拼紧土工布和养护毯之间的边口。

（2）冷却水需要选用从深井抽出的地下水，这样能够带走混凝土内部所产生的一些水化热量。

（3）需要在出水口和进水口同时设置温度传感器，并按照相应地温度数据，来对进水阀门进行调控，合理控制水在管中的流速和流量。

（4）在完成降温措施之后，需要排出管道中的残余水。

3.4 温度监测

测温点布点须注意以下四个事项：（1）测温线在布置之前需要检查传感器能否正常测温，并在测温线的布置过程中，需要根据图纸上所列出的测温点坐标来安排，编号保持一致。（2）只要在钢筋工程完成之后以及混凝土开始浇筑之前，对测温线进行布置，并且测温线需要使钢筋和细钢丝绑扎在一起。同时，还需注意钢筋不可与温度传感器相机处。（3）要将测温记录仪从测温线另一端相连，所以在浇筑时需要保证测温仪插头的清洁和干燥。同时，还需确保测温仪插头预留在外的长度超出200mm。（4）需要在混凝土底部或表面以内50mm 的位置布置温度传感器。

温度监测时应当满足以下几个方面的要求：（1）应当将测温的启示时间安排在浇筑完成之后10个小时左右的时间段内。同时，在测量过程当中还需要获得各个测温点的温度以及大气温度等各方面的数据。（2）需要在前三天当中，每隔两小时进行一次数据采集；在四到六天内，需要每隔四小时进行一次数据采集；在之后的一周到两周的时间段之内，需要每隔八个小时进行一次数据采集。（3）那混凝土升温保持阶段内，需要每隔两到三小时进行一次温度测试。在温度下降阶段内，需要每隔四到八个小时进行一次温度测试。（4）要及时做好温度数据的记录和处理工作，并及时反馈分析结果，以便能够在温度出现明显变化时做出科学合理的养护措施。（5）在内外温差小于25℃的情况下，则可以停止继续测温。

5 结语

现如今，土木工程在我们国家得到了显著的发展，大体积混凝土在这些工程项目中的应用也愈来愈频繁。在这种发展背景之下，若想实现良好的施工效果，在施工时不仅需要控制混凝土的强度、黏结性等，还需要细化大体积混凝土的施工技术以及施工工艺，切实地控制大体积混凝土构件或结构在施工完成以及长期使用过程中裂缝的产生。施工时，需要合理部署施工进度，并制定出科学的浇注方案，采取科学的降温措施，以便能够保证施工的整体质量。