大体积混凝土施工收缩裂缝控制研究

杨育贤

（厦门鲁班源房屋营造有限公司，福建 厦门 361000）

0 引言

混凝土收缩裂缝主要分为不可见裂缝与可见裂缝两种。其中，可见裂缝分为粘着裂缝、泥石裂缝、骨料裂缝等收缩裂缝类型；不可见裂缝分为温度、外荷载、自生、干缩、约束、碳化、塑性等收缩裂缝[1]。这些裂缝是不规则的，会受到施工环境制约。而肉眼可见的裂缝是由不可见裂缝发展而来，是更加严重的收缩裂缝[2]。对于混凝土施工而言，前期出现的裂缝均为肉眼不可见裂缝，其得不到及时控制，就会发展为肉眼可见裂缝[3]。除此之外，混凝土施工过程中，会受到温度等影响，出现收缩裂缝，温度越高，产生的拉力越大，裂缝也就越大[4]。而混凝土施工荷载越高，混凝土形变的可能性越大，同样会造成混凝土施工的收缩裂缝现象。本文研究体积较大混凝土施工期间收缩裂缝控制技术，在控制混凝土施工温度的前提下，最大限度地控制收缩裂缝的产生。

1 工程概况

X建筑位于某市，工程总建筑面积为25624.28m2，地下面积约2536m2。地下空间共一层，用于建筑用户停车使用。地上空间共15层，主要用于用户办公或居住[5]。该建筑工程混凝土强度等级为C45，筏板整体呈“凸”字形布置，以高低跨的形式进行施工。其中，高跨板厚度约500mm，低跨板厚度约300mm。筏板长度约76.15m，宽度约31.32m，承台厚度约1.5m，混凝土浇筑量约1825m3，施工体积较大。本文采用裂缝控制技术对X建筑混凝土裂缝情况进行控制。

2 大体积混凝土施工收缩裂缝控制技术设计

2.1 选择抗裂混凝土施工材料

对于混凝土材料而言，本文选取自然连续级的粗骨料配比，增加混凝土材料的和易性能，使混凝土强度更高，均匀度与密实度更高[6]。并选择碎石拌制混凝土，在选取中粗砂的基础上，使拌制的混凝土温度更加适应实际施工情况。在此基础上，严格控制粗骨料与细骨料中的泥沙量。混凝土的其他掺合料，本文选取粉煤灰，少量掺杂对于提高混凝土强度具有重要作用。在满足混凝土施工强度要求的前提下，对混凝土的粘聚性进行反复试验，从基础上减少裂缝的产生条件。

2.2 优化大体积混凝土浇筑顺序

为了有效控制裂缝的产生，在浇筑时采用分段分块的浇筑方式（图1）。

图1 浇筑顺序

如图1所示，将混凝土浇筑过程分块进行，并按照1~21的顺序，使浇筑过程更加完善。其中，1~6的浇筑块在混凝土浇筑底部区域，最容易产生微观裂缝。本文在1~6的浇筑块中连续浇筑，水平施工裂缝得到基本控制；在7~10、11~15、16~21分为三个层次进行浇筑，此时混凝土的抗渗性能较高，存在较多的孔隙气泡，无法有效提升混凝土的粘合度。因此，在7~10、11~15、16~21分为三个层次浇筑过程中，将混凝土进行多次振捣，减少裂缝对施工的影响，同时提升混凝土的抗压强度。在7~10浇筑块的浇筑过程中，混凝土初凝后，直接静置处理，与1~6浇筑块充分粘合[7]。对11~15浇筑块进行集中浇筑，提高混凝土中泥浆粘合度。16~21浇筑块中，将混凝土浇筑温度波动控制在合理范围内，降低与其他浇筑块之间温度差异，进而使1~21个浇筑块同时结束浇筑，减少自生裂缝与碳化裂缝的产生。

2.3 控制混凝土施工温度

X建筑施工期间处于夏季，混凝土能量丢失现象严重，按照上述浇筑顺序浇筑后，混凝土开始出现分层现象，1~6、7~10、11~15、16~21等浇筑块中，颜色不同，静置后出现粘着裂缝，施工质量随之下降。为此，在分层浇筑的基础上，对混凝土施工温度进行控制。在1~6块浇筑时，计算该层温度基础值，公式如下：

式（1-2）中：

T0—混凝土施工温度基础值；

Nn—混凝土浇筑量；

N—浇筑排量；

λ—温度变化系数；

T1—温度变化值；

A—混凝土配比数量；

V—实际施工运输距离；

l—混凝土搅拌速度；

S—混凝土运输停歇时间。

在此基础上，对7~10进行浇筑。此时，该区域低于基础温度值即暴露混凝土浇筑面积，高于基础温度值即降温处理；11~15、16~21浇筑时，重复7~10浇筑的步骤[8]。除此之外，降低混凝土的入模温度，从原材料的角度出发，降低混凝土原材料温度。X建筑施工期间，混凝土受到日光暴晒，脱模温度比预期高，及时采用风冷却的方法，降低混凝土脱模温度。混凝土运输期间，以连续运输的形式进行，缩短混凝土运输时间，进而减少混凝土运输过程中吸热现象。为了减少日光对混凝土施工的影响，本文选在夜间进行浇筑与施工，避免阳光直射造成的温度裂缝。

2.4 铺设养护冷却管

在避免自生裂缝、碳化裂缝、温度裂缝的基础上，完成混凝土的施工。为了保证混凝土后续养护效果，本项目铺设了养护冷却管，由于X建筑工程在夏季施工，故采用冷却隔热联合养护方式，在混凝土周围铺设冷却管（图2）。

如图2所示，在混凝土上方放置一个1cm厚的隔热层，再放置一个随意厚度的隔热层，最下方铺设一个冷却管。此种方法同样适用于冬季施工，将隔热层转换为保温层，将冷却管转变为加温管，即可保证混凝土的温度适宜条件。对混凝土收缩系数进行计算，公式如下：

式（3-4）中：

δmin——冷却管的最小收缩系数；

Y0、Y1——混凝土初始厚度与隔热厚度；

C——养护指标；

K0、K1——混凝土初始温度与冷却温度；

δmax——冷却管的最大收缩系数。

经过计算收缩系数，混凝土裂缝控制效果更佳。除此之外，在混凝土施工区域布置多个测温孔，测温孔分别在混凝土的上、中、下进行温度测量。测温孔板面约300mm，根据冷却管的埋深，安装25mm的钢管。在测温时，将温度传感器放入测温孔中，每5min记录一次数据，当温度超过或低于最佳温度时，快速进行降温或升温操作。其中，混凝土厚度为400mm时，最佳温度为38.42℃，此时，测温孔温度为41.28℃，打开冷却管，对其进行降温处理。混凝土厚度为600mm时，最佳温度为38.42℃，测温孔温度为55.63℃，在混凝土上再铺设一个隔热层，同时打开冷却管，对其进行降温处理，实现裂缝控制。

3 施工结果

在上述施工条件下，本项目选取粘着裂缝、泥石裂缝、骨料裂缝、温度裂缝、外荷载裂缝、自生裂缝、干缩裂缝、约束裂缝、碳化裂缝、塑性裂缝等10种收缩裂缝类型。在此基础上，选取抗压强度测试仪分析混凝土抗压强度，测试仪相关技术参数如表1所示。

表1 抗压强度测试仪测试的相关技术参数

如表1所示，利用抗压强度测试仪测试出混凝土抗压强度，代入到抗裂性能指标计算公式中，分别计算混凝土的抗裂性能指标，公式如下：

式中：

Fk——混凝土的抗裂性能指标；

Q——混凝土抗压强度；

W——混凝土强度标准；

δ——强度系数；

Wk——外掺剂添加量；

k——掺外加剂的混凝土用量。

在此条件下，得出混凝土抗裂性能，如表2所示。

表2 混凝土抗裂性能

如表2所示，本文选取的10种收缩裂缝类型，每一种裂缝类型对应着一个抗裂性能指标。抗裂性能指标越大，混凝土抗裂效果越佳，裂缝控制效果随之更好。其中，抗裂性能指标为0.850~0.900，说明混凝土裂缝控制效果为合格标准，仍存在较多的因素，裂缝控制效果一般；抗裂性能指标为0.900，说明混凝土裂缝控制效果为良好标准，不确定性因素减少，裂缝控制效果得到提升；抗裂性能指标超过0.950，说明混凝土裂缝控制效果为优秀标准，不确定性因素大幅度减少，裂缝控制效果进一步提升；抗裂性能指标达到1.000，说明混凝土裂缝控制效果为完美标准，几乎不存在不确定性因素，或不确定性因素可以忽略不计，混凝土裂缝控制效果最佳。由表2可知，混凝土基础抗裂性能指标均超过0.850。使用本文设计的控制技术后，混凝土抗裂性能指标均能达到0.950以上的优秀标准。其中，碳化裂缝的控制效果达到了1.000的完美标准，裂缝控制效果较佳。混凝土施工控制效果如图3所示。

如图3所示，使用本文设计的大体积混凝土施工收缩裂缝控制技术后，混凝土表面较为平整、光滑，基本上不存在施工收缩裂缝，控制效果较佳，符合本文研究目的。

图3 混凝土施工控制效果

4 结束语

近些年来，工程建筑行业空前发展，各种建筑形式的建设层出不穷。在建筑建设过程中，混凝土浇筑体积较大，受到体积、温度、环境等因素的影响，很容易产生施工裂缝，影响施工质量。基于此，本文通过抗裂材料选取、优化浇筑顺序、控制施工温度、铺设养护管等方式研究出科学控制体积较大混凝土裂缝产生的配套技术，实际应用效果良好，为建筑施工安全保障提供了技术支撑。