大体积混凝土裂缝控制与处理分析

2023-01-12薛凯

建筑与装饰 2022年12期

薛凯

广州市花都第一建筑工程有限公司广东广州 510800

引言

随着科技与经济的持续发展和我国对基础建设的投入加大，建筑行业发展也实现了由“量”向“质”的飞跃。混凝土原材料由于经久耐用且成本低等优点，一直是建筑行业的首选，并随着建筑结构的复杂化和高大发展而出现大体积混凝土的应用，在建筑行业中占据重要的地位。但大体积混凝土产品存在抗拉强度低的缺点，一旦受力不均就会出现各类裂缝现象，导致建筑整体构造承载力下降，不仅给人们的生活带来困扰，还会给居民带来不必要的财产损失，甚至引发房屋坍塌，带来安全风险。针对各种种类的大体积裂缝问题，目前国内外相关学者专家已经做了大量的研究，并且总结相关经验，但是，大体积混凝土裂缝的产生原因多种多样，且一旦出现裂缝问题，处理难度高且需在短时间处理，这就需要更深层次分析和研究裂缝出现原因和着重加强预防环节措施的落实，结合实际案例，探究出科学有效的预防措施，坚持以预防为主，以避免毁灭性的损失和产生重大经济效益和社会效应，为提高大型构造的建筑建设顺利进展助力。

1 大体积混凝土概述

我国对大体积混凝土的定义有两种，第一种按照混凝土的结构尺寸将实体尺寸大于1m的大体量混凝土称为大体积混凝土；第二种按照混凝土的性质将水化热产生有害裂缝的混凝土称为大体积混凝土[1]。

大体积混凝土的特征为结构大、尺寸大、承载力强、防水、钢筋布置密度大、出现裂缝的概率大、安全性高、混凝土设计标号高、水泥用量大、收缩变形概率大、浇筑量大、施工时间长、施工工艺高、受季节和温度影响大[2]。

2 大体积混凝土开裂机理分析

根据国内外学者的总结和通过实践工程案例项目施工总结，大体积混凝土裂缝的产生原因有很多，主要由自身因素和其他原因两方面构成。

其中主要原因有：①成形过程中体积变化的影响，如混凝土在没有加入抗渗材料前，其抗渗性能交差，且容易受到高渗透性的溶液和侵蚀性进入到其内部，影响混凝土的整体质量；②混凝土内部热源温度变化导致的形变裂缝，水泥在搅拌过程中会产生水热反应，出现较大温差，种温度的变化通常在浇筑混凝土后7天才能停止大幅度变化，混凝土完成施工后需要对混凝土养护；③各种收缩对大体积混凝土产生影响，混凝土的收缩主要可分为干燥收缩、自收缩、塑性收缩、化学收缩、温度收缩和沉降收缩6种形式，收缩现象属于混凝土成形后的一个重要的现象，相关学者和工程技术人员在研究和实践已经观察到混凝土的收缩现象会伴随着开裂现象；④徐变现象对混凝土的影响，徐变现象于混凝土的影响来说是具有双面性的，一方面能降低水化热产生的温度应力，另一方面也会增加形变的幅度；⑤混凝土各种组成材料的影响，混凝土组成材料较多，其中水泥、碎石、砂等粗、细骨料对混凝土的影响较大。一般来说，水泥材料参数影响混凝土的收缩值，混凝土产生裂缝的概率会随着水泥用量越多而提高，水泥的细化程度等也会影响着混凝土产生裂缝的概率。骨料含泥量高也会影响混凝土材料之间的整体性。大量工程案例试验表明，加入减水剂会使得混凝土的水胶变大，能有效防止混凝土出现化学收缩，这表明因地制宜掺入外加剂能有效提高混凝土的性能，但需要注意要根据施工现场施工环境进行针对性的加入。

其他原因主要有：不按规范施工引起的混凝土裂缝、未能通过有效振捣方式达到有效振捣效果、未能采取有效养护措施、受到外部环境、季节气候的影响等。

3 大体积混凝土裂缝控制与处理措施

根据大体积混凝土工程开裂机理形成的原因，需要采取合理可行的技术措施予以预防。

3.1 控制原材料及配合比

通过科学选取混凝土原材料和进行混凝土配合比的优化完善，是提升混凝土抵抗裂纹的能力的有效途径。通过相关实践证明，一般可通过选用中低热的水泥品种、合适集料的选择、掺用混合材料几种方式进行有效控制。如在水泥品种的选择上，结合混凝土导热能力差特点，通过降低混凝土的内外温差来实现预防混凝土裂缝出现的目的，结合混凝土结构外部综合特征，在构件外部多选用标号较高的中热硅酸盐水泥。在集料的选择上，需要结合工程的具体情况，如选择优先选择质量好，成本低的砂子与石料，优先选用以自然连续级配的粗骨料配制，做到临近取材。在掺用混合材料的选择上，结合大体积混凝土施工条件，一般采用泵送混凝土的方式，为确保混凝土拥有较好的泵传送性，需要善混凝土中各成分的配比，其中最有效的方式是通过添加合适的外加剂与外掺料使拌和物能拥有更大的流动性和具有较强的抵抗分离的能力。

3.2 选择合理的施工措施和规范的施工工艺

以“分层浇筑，新旧斜接，多次成型，充分振捣”的连续浇筑专项施工方案为指导。如选用全面分层浇筑、斜面分层浇筑、分段分层浇筑等科学方式进行分层次浇筑；采用二次振捣提升混凝土和钢筋间的黏合程度，注意把握好混凝土的二次振捣的最佳时间；改善混凝土的搅拌工艺，降低混凝土收缩的幅度；控制混凝土的出机温度，通过不断减小石子的温度，实现减小物质离开机器的温度；掌控浇筑的温度，结合不同季节选用不同的方法降低构件的内外温度差值。

3.3 加强大体积混凝土的养护

完成混凝土浇筑后，借鉴现场的监测数据，按照可行的保养方案进行养护。大体积混凝土的养护需要符合相关规范要求。以用保温养护时间为要求分析可知，需要考虑温度应力参数信息确定合理控制方式，延迟对大体积混凝土保养时间，一般大于15天，在开展保温操作中，需要进行保湿操作，确保混凝土表面处在湿润的状态，以提升其表面抵抗裂缝能力。采用分层逐步操作进行保温层的拆除，拆除处理时，需要对防范寒潮问题、剧烈减温问题，以及突然干燥问题加以考量[3]。

4 大体积混凝土裂缝控制实践分析

4.1 工程概况

某住宅项目的10#、11#住宅楼及1#地下车库为本人参与管理的项目，10#和11#的总建筑面积为42565㎡，地上27层，地下三层1层，结构为框架剪力墙结构；1#地下车库的总建筑面积为49001㎡。该工程项目属于较厚大体积的项目，基础为CFG基础，底板厚度最厚为2.5m。

4.2 做好混凝土施工前准备工作

进行大体积混凝土配合比优化，以符合国家规范为前提，同时综合考虑项目施工当地的环境，特别是温度和天气变化，使得配合完成的混凝土能实现方便施工和节约用材的目的。本住宅项目地下室大体积混凝土在实际施工中根据不同需求选择相应的水泥，结合项目所处地区的气候和土质，从经济性和地区环境因素考虑，在确保水泥水化热和抗渗性能均满足项目要求的基础上，优选有实力的厂家作为供应厂家。从施工方调角度出发，进行混凝土配合比优化，如先优化胶凝材料的用量，在这个配合比优化的基础上，并结合相关配合材料的掺量不同进行综合分析强度和水化热指标，最终实现整体综合配合比的最佳配合用量。同时为了施工中减少安全隐患的规定和加强混凝土强度和耐久性，本项目地下室大体积混凝土的拌搅时特别重视粗细骨料的配比、最小水泥灰用量、最大水泥允许值在施工设计强度和需求要求内，重点考虑混凝土完成配制后的强度。另外，为了确保混凝土施工质量符合设计要求，对该项目做了详细的技术交底，确保施工班组明确相关工艺要点。结合该项目施工时间段为7～10月份，这个时间段温度比较高，容易导致水泥水化热，通过采用掺入缓凝剂和减水剂，以达到提高混凝土的和易性目的。当温度高于37℃时候，还采用了冰水进行混凝土的拌和。

4.2 工程的施工工艺及施工过程控制分析

为了确保本项目地下室大体积混凝土施工质量，项目进行了专项施工方案设计。

首先，在浇筑前，为了确保有足够的浇筑面和作业面，对项目底板浇筑大体积混凝土的施工现场进行清表处理；其次，按照相关规范和设计要求，做好底模钢筋的绑扎工作；再次，做好模板支立，确保横平竖直地进行模板的支立，并在支撑到位的时候在模板上涂抹脱模剂；最后完成混凝土的浇筑。混凝土的浇筑是大体积混凝预防裂缝的重点，在本项目中我们采用分层浇筑进行大体积混凝土浇筑。同时采用斜接方式进行新旧混凝土的衔接。在混凝土的浇筑过程中通过采用“深插慢拔”的方法对混凝土行充分振捣。

加强混凝土施工过程中的温度控制也是预防混凝土裂缝的重点。为了加强施工过程中及时了解大体积混凝土内部的温度变化和全面地监控寻找混凝土的温变规律，并结合温度情况采取相关技术进行控制，以确保混凝土施工效果。首先，大体积混凝土现场温度点布置及监测。项目结合项目特点和国家对混凝土施工的规范设定了12个测温点。同时采用在底板内部预埋温度传感器探头对项目在施工期的内部温度进行监测，需要检测15天左右，开始于浇筑混凝土施工完成后的12小时内。这个过程需要检测人员耐心进行数据收集和记录，并仔细地将测温数据回传。其次，结合项目混凝土施工工期月份为7～10月，由于当地七八月份的温度较高，加上施工项目主要是高层建筑的地下室底板施工，施工的位置处于主楼深部基坑内，由于基坑部位所需混凝土量比较大，导致浇筑完成后水泥的水化热积散发慢，这种情况下，当混凝土的表面温度与覆盖温度的差小于20℃时，通过采用人工干预浇水降温。

4.3 工程施工后期的养护控制分析

项目混凝土的主体部分浇筑完成后，就需要加强其表面的养护工作，以预防出现伸缩应力和混凝土的变形开裂现象。本项目的具体做法是通过蓄水养护，在混凝土终凝时铺设塑料膜和土工布。如遇到寒潮或连续降雨温度降低过快的极端天气情况下，可以通过搭建保温棚、加设混凝土顶面和侧面防雨布等提高混凝土表面温度，并设有专人监控和跟进处理。通过温度监控混凝土的内外温差符合要求后，在隔天可以进行保温层和模板拆除，拆除遵循逐层拆除顺序，另外，一般在模板拆除过程中尽量选择外部环境温度较高的时段进行，如遇到气温大幅度变化时需要延迟拆模。

4.4 取得效果分析

经过以上一系列混凝土裂缝控制措施后，项目相关管理人员对项目实体混凝土进行检查，通过借助现代手法进行一系列的细致持续性观察和测试。经过以上科学的作业方式，有效控制了混凝土裂缝问题，项目混凝土没有出现裂缝和其他异常问题。另外为了确保检测的科学性和权威性，特请试验检测机构介入对本商业广场混凝土试块的强度进行试验，最终试验检测结果表明，本项目混凝土强度满足设计标准要求。

通过检查与试验可知，通过优化混凝土配合、加强工程的施工工艺及施工过程控制和大体积混凝土表面做覆盖保温层的养护降温等措施。本项目大体积混凝土中没有出现明显的裂缝现象，各组试块的强度也符合相关设计和规范要求。这个结果表明，本工程大体积混凝土的裂缝得到了良好的控制，相关的预防措施是有效的和切实可行的，是值得推广的。