大体积混凝土裂缝控制技术在工程中的应用

傅 玮

中国新兴建设开发有限责任公司，北京 100055

现阶段城市地下空间不断拓展，高层建筑数量增加，大体积混凝土也得到从业人员的关注。大体积混凝土浇筑规模比较大，结构中的温度应力分布相对复杂，极有可能产生分布不均匀的问题。对于大体积混凝土裂缝控制技术的应用，必须重点关注自重应力和标注规模等因素，否则结构中温度应力差过大，会产生裂缝与裂纹等病害，从而直接影响建筑工程的整体质量与使用期限。此外，对于混凝土强度与黏结性的控制，也需要采用大体积混凝土裂缝控制技术。

1 大体积混凝土裂缝类型

（1）收缩裂缝。通常收缩裂缝的分布具有不规则性，整体为网状，裂缝比较小，分为表面裂缝、贯穿裂缝，直接影响建筑工程结构性能。当混凝土成型之后4d有可能会产生表面裂缝，此时混凝土抗拉强度不大，在收缩应力作用下形成裂缝。贯穿裂缝更多产生于大体积混凝土收缩阶段，内部热量不断释放产生温度梯度收缩应力，使混凝土截面发生变形与开裂，情节严重时甚至会损毁混凝土截面[1]。

（2）干缩裂缝。混凝土干缩影响因素比较多，例如水灰比、水泥种类与用量等。混凝土表面水分快速蒸发，扩大变形规模，内部温度不稳定，变形也会更加明显，表面一旦干缩变形就会产生拉应力，进而导致裂缝。

（3）温度裂缝。建筑工程所在地区温差比较大，大体积混凝土表面可能产生温度裂缝。例如施工现场混凝土浇筑结束后，水泥硬化水化热散发，在大体积混凝土特性影响下，内部集聚了大量水化热，因为无法快速散发使混凝土内部温度提升[2]。为了提高混凝土表面散热效率，难免会形成内外温差或者混凝土表面拉应力，当拉应力超出混凝土抗拉强度的最大限值时，便会形成温度裂缝。

2 大体积混凝土裂缝控制技术

2.1 原材料选择与配比

大体积混凝土原材料包括水泥、粗骨料、粉煤灰和细骨料等。为了减少大体积混凝土裂缝，选择水泥时要重点关注水化热与凝结时间，尽可能选择低水化热和凝结时间较长的水泥材料，例如可以应用矿渣水泥或者粉煤灰水泥。与此同时，选定水泥种类之后，应该对比多个厂家的产品，选择性价比最高的供货厂家。采购选择粗骨料时，碎石连接级配控制在5～30，含泥量与针片状颗粒含量分别控制为1%、10%[3]。对于细骨料的选择，以优质中粗河砂为首选，细度模数以2.3～2.7mm为最佳，含泥量不能超过2%。选择粉煤灰时要尽可能降低粉煤灰烧失量[4]。对于外加剂的选择，建议采用缓凝高效减水剂。

除此之外，大体积混凝土配比控制、混凝土强度应符合标准，还应该尽可能减少水泥用量，保证温度控制效果，规避裂缝产生，通常水泥用量以350g/m3为最佳。在大体积混凝土内部掺加粉煤灰作为填充材料，可以减少水泥用量，有利于形成水化热。一般配比中粉煤灰掺入量要控制在水泥量35%左右。外加剂选择缓凝高效减水剂，有利于延长混凝土凝结时间，降低表面温度梯度，延缓水化热峰值，降低水灰比，避免形成塑性收缩裂缝。

2.2 控制冷却水温度

大体积混凝土裂缝与温度因素有关，冷却水降温是大体积混凝土裂缝控制技术的应用关键点。组织施工期间，为了达到理想的冷却水温度控制效果，提出以下建议。

（1）冷却水管。放置冷却水管，原材料以φ25mm铁管为准。安装冷却水管时，保证支撑原架和钢筋骨架的稳定性，以免浇筑混凝土期间导致水管变形或者脱落等问题[5]。

（2）终凝温差控制。完成混凝土终凝之后，通过冷却水循环降低混凝土内部温度，缩小内、外环境温差。

（3）测温点。混凝土内可以设置测温点，通过测温传感器实时获取温度数值，施工人员观察测温点，控制混凝土内各个测点温度变化，调整冷却水流量，使混凝土内外温差始终小于25℃。按照冷却水流动原则，通常是从温度较高的中心区域向两边区域流动，设置水管口要接近混凝土中心位置，出水管设置在混凝土的边缘位置。进水管口、出水管口需要引至混凝土顶面上方，和不同层次的水管垂直进出水口错开。结束混凝土终凝之后便可以通水循环，通过温度计测量进、出水口温度，热水管流量始终保持在1.2～1.5m3/h，进出水温差则以10℃为最佳，混凝土内部温差水温始终低于20℃，冷却水管应用完毕，便可以利用压注水泥浆的方式封闭处理。

（4）温度监测。一般大体积混凝土裂缝控制中的温度监测，设置温测点要遵循以下原则：①按照施工图纸对称轴线，要在50%区域范围内遵循平面分层原则设置监测点；②根据结构几何尺寸设置监测点；③分析大体积混凝土的浇筑体温度场分布状况，明确监测点所处位置与实际设置数量；④根据周围环境确定监测点的设置数量与实际位置；⑤沿大体积混凝土浇筑体厚度方向，在构件内与表面分别设置监测点；⑥浇筑体表面内5cm处设置温度监测点。

2.3 混凝土浇筑控制

大体积混凝土施工过程中，施工人员通过计算得到浇筑混凝土收缩应力、温度应力、温度等数据，经过数据分析之后明确大体积混凝土升温最大峰值、内部温差等，选择可行的温度控制举措。具体应该注意以下要点。

（1）浇筑方法选择。大体积混凝土浇筑期间，建议应用推移式连续浇筑法、整体分层连续浇筑法，保证混凝土结构整体性与浇筑效果。在浇筑过程中检测人员需要同时对混凝土配合比与坍落度进行观察，根据设计规定实施混凝土的振捣，保证振捣时间、流程等均满足规范，混凝土抗拉强度、密实性也要符合设计要求。

（2）养护。养护混凝土成品是浇筑结束后必须予以关注的一个环节，以免发生温差裂缝。结束混凝土浇筑的12h以内必须浇水养护，保证混凝土有充足的水分。与此同时，养护作业需要持续进行15d以上，可以减少混凝土内部约束作用，并且降低收缩裂缝产生的概率[6]。

（3）浇筑温控。在浇筑大体积混凝土过程中，必须关注浇筑温度控制。开始浇筑之前按照浇筑项目特征与规范要求实施分层分段连续浇筑。浇筑期间严格验算建筑体温度、温度应力与收缩应力等数据，可以掌握混凝土降温速率与升温峰值等重要的参数。混凝土温度指标按照如下要求加以控制：①混凝土入模温度不能超过30℃，浇筑混凝土温度要小于50℃，结束大体积混凝土的浇筑作业后，需要实施养护作业，要求模板表面内40～100mm和所在部位温度不能超过25℃，温度下降速度以2℃/d为最佳。浇筑大体积混凝土时建议应用低热矿渣水泥、硅酸盐水泥作为常规配合试验的原材料，按照试验得到的泌水率、可泵性与水化热等参数，获取混凝土裂缝控制的技术参数。②一般混凝土3d水化热不能超过240kJ/kg，而7d水化热则不能超过270kJ/kg。除此之外，大体积混凝土温度监督与控制也十分重要，根据以往积累的经验调整紧急温控方案，浇筑前期应该安装测温钢管，控制该测温钢管的间距在2～4m，间隔2～3h可以测量一次大气温度与表面温度，并且要详细记录测量数据。

（4）浇筑要点。实施大体积混凝土浇筑，建议遵循循环性基本原则，尽可能减小暴露的混凝土面积，并提升浇筑作业效率。若浇筑施工在温度较低的冬季进行，则要将浇筑重点放在保温养护上，现场施工人员定时查看浇筑混凝土，以免发生冻害。如果混凝土强度并未达到规定要求，必须重点预防混凝土冻害。除此之外，因为混凝土结构比较复杂，原材料的比热存在差异，例如混凝土中石子和水的比热有明显不同，所以在控制混凝土浇筑温度时必须重点关注石子、水这两种材料。

2.4 设计环节精准控制

为了控制大体积混凝土裂缝，在设计环节需要做好控制工作，具体控制要点如下。

（1）大体积混凝土结构设计阶段，如果结构为平面形状，那么刚度必须均匀且对称，严格控制平面长度与凹凸状况，并且优化外挑与内收两个部位的设计，减小结构的约束度，以免出现结构突变导致的应力集中现象。

（2）在设计大体积混凝土内部钢筋保护层的厚度时，应该确定最小值，以免因为保护层厚度大而产生裂缝。

（3）对于大体积混凝土细节设计，建议增设构造钢筋，加强高低错落与结构交接处的控制效果。一些容易产生裂缝的边缘部位也可以设置暗梁，达到优化配筋率和混凝土极限拉伸的效果。配筋设计重点在于补偿配筋，可采取细直径密配筋这一方式优化构造筋的抗裂性。

3 结束语

综上所述，建筑工程在施工期间一旦产生大体积混凝土裂缝，就必然会埋下安全隐患，因此在施工环节需要应用大体积混凝土裂缝技术，从原材料选择、浇筑、养护等诸多环节着手加以优化控制，了解可能引发裂缝的问题，提高混凝土施工质量，也能够为今后大体积混凝土裂缝问题的解决积累经验，切实提升建筑工程整体质量。