大体积混凝土裂缝控制及施工技术的应用

2021-03-31王彦权中国建筑土木建设有限公司工程师

中国建筑装饰装修 2021年10期

王彦权中国建筑土木建设有限公司工程师

翟雄雄中国建筑土木建设有限公司助理工程师

管秀洋中国建筑土木建设有限公司助理工程师

与常规混凝土相比，大体积混凝土在原材料质量、配合比、施工技术及养护等方面的要求更加严格，但由于受到各种因素的影响，施工过程中，大体积混凝土容易出现裂缝等问题，从而带来一定的安全隐患。为此，应该采取有效的措施，对大体积混凝土的裂缝问题进行有效地控制，同时也要采取科学的施工技术，预防裂缝的发生[1]。

1 大体积混凝土的常见裂缝

目前，大体积混凝土主要应用在高层建筑基础、桥梁的桥墩与基础、水利大坝等工程中，体积大是大体积混凝土的主要特点，其长宽可超过1 m。大体积混凝土的体积较大，表面系数较小，由于水泥水化反应而出现的热量在混凝土内大量聚集，导致其内部温度过高，受到内外温差的影响，其表面容易出现裂缝。同时，浇筑后，在硬化过程中，混凝土表面的水分被蒸发，在水化热的影响下其内部温度较高，也会使大体积混凝土发生塑形收缩[2]。

根据发生原因的不同，可以将大体积混凝土的裂缝分为以下几种类型[3-4]。

（1）温差裂缝。水泥与水之间产生化学反应，从而生成水化热。施工时，由于水化热产生的热量没有得到及时发散，而在混凝土内部大量聚集，会增加混凝土内部与外部的温度差异，形成拉应力。温差带来的拉应力超出混凝土强度的时候，便会导致温差裂缝产生。

（2）干缩裂缝。大体积混凝土施工过程中，若遇到高温天气，则会使大量水分聚集在混凝土内部。若水分蒸发不均匀，会导致混凝土发生干缩裂缝。

（3）沉陷裂缝。沉陷裂缝通常是由于回填土质量不合格、地基下方土质松软等因素所致。大体积混凝土施工过程中，若存在支撑间距较大、模板刚性不强的情况，也有可能导致沉陷裂缝。沉陷裂缝在冻土地区比较常见，如果所选择的模板位置不合理，如在冻土上设置支撑点，那么冻土融化后便可能发生不均匀沉降，进而导致裂缝问题的发生。

2 大体积混凝土裂缝控制策略

2.1 合理选择原材料

预防大体积混凝土裂缝问题的发生，应从原材料入手，采用高质量的原材料，在源头上预防裂缝产生。对于原材料的选取应注意：

（1）可采用10.40 mm 级配碎石作为骨料，再添加适量的中砂进去，控制细度模数在2.80 ～3.00；

（2）将砂、石的含泥量控制在1%及以下，并要尽量剔除砂、石中的杂物；

（3）应尽量减少水泥用量，以控制水化热现象，这就需要合理确定配合比，加入适量外加剂，以预防温差裂缝的出现。

2.2 改进施工工艺

施工工艺是影响大体积混凝土施工质量的主要因素。为保障混凝土的性能达标，施工过程中应对施工工艺进行严格把控，需要注意以下几点。

（1）泵送混凝土的过程中，应坚持薄层浇筑、有序推进的原则，确保混凝土可以在自然流淌的基础上，达到逐步成型的目的，最终形成斜坡。采取这样的泵送工艺，可以实现泵送效率的有效提升，且无需频繁地对输送管进行安装、拆卸，能够有效减少管道安装、拆卸以及冲洗的工作量[5]。

（2）混凝土形成坡度后，即可在浇筑带的前、后各放置1 台振动器，开展振捣作业。位于混凝土出料口位置的振动器，主要负责振捣上部的混凝土，以提高上部混凝土的密实性；坡脚处的振动器主要负责振捣下部混凝土，以提高下部混凝土的密实性，同时与底层钢筋分布密集的实际情况相符。

（3）混凝土表面会出现一层水泥浆，水泥浆的厚度较大，因此混凝土浇筑完成后，应当用铁滚筒在混凝土表面多次碾压，从而将混凝土切实压实，这项工作需要在初凝后完成，从而有效预防收缩裂缝。

2.3 降低入模温度

季节因素也是影响大体积混凝土质量的主要因素之一[6]。为降低入模温度，最好是在春秋季节进行大体积混凝土施工。如果必须在夏季施工，由于外界环境温度较高，混凝土的温度也比较高，就需要采取降温措施，来降低入模温度。混凝土施工过程中，不能使混凝土受到暴晒，水泥材料应在通风良好的场所保存，可洒水降温，同时也要合理控制水的温度。

2.4 做好温度测量工作

混凝土内外温差过大，是裂缝问题的主要原因之一。因此，必须加强对混凝土温度的监测，通过动态化地检测温度变化情况，包括混凝土表面及内部的温度，采取有针对性的措施缩小内外温差。为了确保温度测量的准确性，可以在承台内的多个部位设置测温点。每个测温点处，在中心位置设置1 根测温管，用于对混凝土的内部温度进行测量，同时在表面位置设置1根测温管，用于对混凝土表面的温度进行测量。第1 天至第5 天，每隔2 h 检测一次温度，第5 天之后，每隔4 h 检测一次温度。

2.5 采用冷却水循环降温方法

温差裂缝是大体积混凝土最常见的裂缝类型之一，产生原因是混凝土内部、外部之间的温度差异过大。为预防温差裂缝的发生，大体积混凝土施工过程应采取有效的降温措施，尽量避免大体积混凝土的内外温差过大。为了实现这一目的，可将冷却水管道设置在大体积混凝土的内部，浇筑完成后，将冷却水注入管道的内部，以达到加速终凝、降低内部温度的效果，有效预防由于混凝土内外温差过大而导致的温差裂缝。同时，设置测温点，对混凝土内部的温度变化情况进行实时监测。根据检测结果，对冷却水的循环流量、管道循环时长进行合理调整，确保混凝土的内部、外部温度差异不超过25℃。为确保冷却水循环降温方法的有效性，应对冷却水管道的质量进行严格把关，必须选择性能较好、质量达标的钢筋骨架以及支撑用桁架制作冷却水管道，避免管道出现变形等问题。还要对冷却水的流动顺序进行严格把控，确保其先流往温度较高的中心，然后再流向边缘部分，应将进水口设置在靠近混凝土中心的位置，将出水口置于混凝土内部的边缘位置。对于体积较大的混凝土，通常应当分多层布置冷却水管，应将层间的垂直进出管口错开。

2.6 混凝土振捣与养护

混凝土浇筑后，应及时开展振捣、养护工作，加强对每个环节施工质量的控制，从而保障整体建设质量。在大体积混凝土中，钢筋是一个非常好的导热物体，插筋处存在温度梯度，是裂缝问题的高发区域。因此，针对插筋处，有必要加强振捣。混凝土初凝前，要完成抹压作业，以消除初期出现的裂缝。混凝土振捣后，应进行混凝土养护，从而有效改善大体积混凝土的力学性能，提升大体积混凝土的抗拉能力。浇筑完成后，也要充分考虑大体积混凝土的实际情况，开展混凝土养护工作。混凝土养护过程中，应采取科学有效的保温、保湿措施，以有效预防裂缝。蓄水法是混凝土养护作业的一种常用方法，主要在施工现场通冷却循环水，避免混凝土内部热量的大量聚集。内散外蓄技术也是一种常用方法，是一种综合养护措施，能够解决混凝土内部温度升高的问题，有效减少大体积混凝土特别是超厚大体积混凝土裂缝的出现。

3 大体积混凝土施工的注意事项

为减少裂缝问题的发生，大体积混凝土施工过程中，应严格把控施工技术以及施工流程。可从以下几个方面入手。

（1）施工前，应全面考虑各种因素，准确评估工程量、工期以及所需设备与材料，制定施工方案。应准确计算混凝土的用量，并以此为根据指导采购工作，以减少成本。

（2）做好施工前的勘查工作，结合设计要求，对施工区域进行科学划分，将整个施工区域划分为多个施工段，再制定有针对性的温度管理控制措施，安排监管员在整个施工过程中加强监测，对各施工段的温差进行严格控制。实际施工过程中，应严格按照设计流程进行施工。在分段浇筑时，应采取有效的措施，避免先浇、后浇的混凝土之间出现接缝。有坡度时，应结合坡度进行分层浇筑，以确保施工质量。

（3）混凝土浇筑中也有一些筏板无需进行分层浇筑。通常情况下，必须进行分层浇筑的筏板，厚度要求在700 mm 以上，不需要分层浇筑的筏板，厚度要求在500 mm 以下。采取分层浇筑，可以有效预防水化热过大而引起的裂缝。采取分层浇筑的措施，也能降低水化热高峰，提高散热速度。针对厚度为400 mm 的筏板，可将其当作振捣层。施工时应合理控制振捣数据，若振捣完成后发现气泡等问题，需要明确原因，然后采取有针对性的措施进行处理。

（4）为预防大体积混凝土的裂缝问题，应优化调整混合料的配合比，尽量减少用水量、降低水灰比，以预防混凝土收缩。混凝土浇筑过程中，应对混凝土状态进行实时观察，确保初凝前完成二次振捣，以预防收缩沉降，避免裂缝问题的发生。