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浅谈大体积混凝土裂缝控制的工程应用

发表时间：2021/5/28 来源：《基层建设》2021年第2期作者：姜云泰

[导读] 摘要：混凝土的裂缝问题对于建筑工程的影响是牵一发而动全身的，各个区域内的裂缝防治工作应当在施工的全过程得到体现，使整体的施工水平为施工质量奠定基础。

        天元建设集团有限公司山东临沂 276000
        摘要：混凝土的裂缝问题对于建筑工程的影响是牵一发而动全身的，各个区域内的裂缝防治工作应当在施工的全过程得到体现，使整体的施工水平为施工质量奠定基础。随着科学技术的不断发展以及施工工艺的改进，在现代工程建设过程中大体积混凝土被广泛地应用到施工中，且用于关键的结构部位，而施工质量对工程的安全和使用功能有着直接地影响。
        关键词：大体积混凝土；施工裂缝；应用分析
        一、大体积混凝土裂缝成因
        （一）地基沉降
        在建设工程选址时，如果地质勘查不充分，有可能在施工时产生地基沉降，使得混凝土的抗拉强度低于结构附加拉应力，从而产生裂缝。
        （二）材料质量不达标或配比不合适
        原材料质量的好坏与工程建设质量有着密切关系，在进行大体积混凝土施工时，如果没有做好材料质量控制工作，使用质量不达标的材料，就可能会引起结构质量问题，导致混凝土裂缝问题的出现。混凝土配合比也是温度裂缝控制比较关键的因素之一，不同施工部位对混凝土材料的性能和要求也有所不同，应根据材料性能、工程特点等进行配合比设计。
        （三）温度因素
        1外界气温变化
        温度应力是由温差引起的变形造成的，温差越大，温度应力就越大。大体积混凝土结构施工期间，外界气温的变换情况对大体积混凝土的裂缝产生有重要的影响。一般建设工程均处于暴露的自然环境中施工，受外部环境的影响较明显，也是混凝土出现裂缝问题的主要原因之一。如果工程作业的环境气温较高，这样在混凝土浇筑时的入模温度就高，某些地区在施工过程中气温会出现急剧变化，气温下降过快会增加混凝土的降温幅度，如果气温骤降就会使内外部温度梯度有所提高，从而产生应力，如果不及时处理就会聚集，进而产生裂缝问题及施工部位的开裂。
        2水泥水化热的影响
        混凝土导热系数从材质上来说比较低，热量的产生是因为水泥固化时的水化作用，大体积混凝土截面厚度大，水化产生的热量聚集在混凝土内部导致热量聚集引起急剧温升，造成内外温差不断扩大，水泥水化热引起的绝热温升与单位体积内的水泥用量与水泥品种有关，并随混凝土的龄期按指数关系增长，一般10天左右达到最终绝热温升。混凝土早期强度与弹性模量均较低，对于绝热温升引起的变形约束不大，温度应力也较小。随着龄期增长强度与弹性模量逐渐增大，对混凝土降温收缩变形的约束越来越大，当混凝土抗拉强度不足以抵抗温度应力时即产生裂缝。
        3混凝土收缩
        水泥水化所需的结合水约占混凝土拌合水量的20%左右，其他的水大部分都会被蒸发掉，这是混凝土体积产生收缩变形的主要因素之一，若这种变形存在约束，则会产生收缩应力引起裂缝。
        4施工技术的原因
        施工方案和施工工艺也有着很重要的影响。比如混凝土振捣顺序及方式、分层的厚度、二次抹面以及养护等，都会在一定程度上对温度裂缝产生影响。施工质量控制是混凝土结构形成的关键工序，且最易受人为因素影响，因此要对施工过程进行严格控制，避免人为因素造成大体积混凝土裂缝。
        二、控制大体积混凝土裂缝的措施
        （一）混凝土原材料选择
        1根据施工特点，仔细选择骨料
        集料在混凝土成型期作为导热的一种介质，所用到的体积超过总体积的一半，因此，对于集料的选择，应选择热度较高和导热能力强的集料，这样可以使混凝土内外部温度的温差得到有效的降低。同时集料本身的温度也极其重要，对水化热的大小有影响，如果集料的温度高水热化相应就会大。所以，根据当时的气温和集料自身的温度对混凝土进行生产，在生产之前对集料自身温度进行必要的降温。

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        2使用功能性材料
        混凝土中使用的功能性增强材料一般为各类纤维。常用的有聚丙烯纤维、聚乙烯醇纤维、钢纤维等，纤维具有较强的韧性能显著提高混凝土的抗冲击性能和弯曲疲劳性能，从而抑制混凝土的塑性收缩。
        3选用低热水泥
        低水化热水泥水化放热速率比较慢，水化热较低。水泥中C3A水化速度最快，放热量最大，大体积混凝土应选择C3A含量较低的水泥，同时控制水泥细度不宜太细，延缓水化速率。
        4使用活性掺合料
        通过掺入优质粉煤灰、磨细矿渣粉等矿物掺合料降低水泥用量，粉煤灰和磨细矿渣粉的水化反应速率慢，水化热也较小，可以推迟和降低大体积混凝土的水化热峰值。优质粉煤灰具有火山灰效应、滚珠效应、填充效应，能起到改善混凝土和易性，减小混凝土干缩，提高混凝土后期强度的作用。磨细矿渣粉具有较高的活性，双掺粉煤灰和矿粉可提高混凝土的致密性，提高混凝土的耐久性。
        （二）配合比方面
        温度是大体积混凝土产生裂缝的主要原因，所以，对其裂缝控制的关键是减少内外温差，为了解决减少内外温差的问题，就必须降低混凝土的内部水热化，这样可以保证其力学和工作性能。根据上文中所提到的解决方法，应对大体积混凝土配合比进行多次设计且不断地进行优化。采取增加掺合料以及骨料用量的方法来降低单方水泥用量，并依据其结构特点和强度要求选择合适的水泥。水热化是水泥化合物成分和细度的函数，因此，为了降低水热化，就需要对水泥细度和其矿物组成进行调整，通过这种方式不但能减少温度应力又能确保混凝土的早期强度，从而达到温度控制的目的。在搅拌混凝土时，混凝土拌合物的温度必须保证在搅拌以后达到所要求的温度，同时运送时应尽量缩短时间，保证入模的温度控制，且冬季高于10℃，夏季不低于25℃，同时对其坍落度与和易性进行检测。
        （三）大体积混凝土施工工艺
        1制定合理有效的施工方案
        在工程建设过程中，由于大体积混凝土的平面尺寸比较大，在现场浇筑时会遇到抗裂的问题。因此，对于混凝土温度变形裂缝应使用“抗放兼施”的抗裂原理进行控制，这样在结构内部就不会出现较大的应变以及应力，进而使裂缝得到控制，同时还需在施工前对缝间距以及后浇带位置进行合理地设置。施工时根据具体的情况选择适宜分层分段浇筑，严格控制浇筑速度和分层厚度，必须按顺序布料，保证混凝土连续浇筑，避免出现冷缝。振捣结束后对其表面进行收光，必要时还需第二次振捣。合理设置后浇带或采用“跳仓法”浇筑。由于大体积混凝土一般均为连续浇筑，提前查看天气情况，应尽量避免中途下雨。严格控制混凝土入模坍落度，规范振捣提高混凝土浇筑质量。
        2不同季节浇筑需采取相适应的温控措施
        夏季混凝土生产可采用加冰搅拌、骨料洒水降温等措施进行控制，且尽可能避开日天高温时段浇筑。通过温度计算可在混凝土内部布设冷却水管，通过冷水循环对混凝土内部进行降温。冬季施工时尽量避开负温情况下施工，混凝土浇筑完成后要及时采取覆盖保温措施。寒冷地区可采用蓄热法和暖棚法浇筑。施工过程中应及时做好保温保湿养护，高温时节可进行蓄水养护并保证足够的养护时间。低温时节主要是保温养护，大多数情况下采取覆盖薄膜和保温材料进行控制。
        结束语
        综上述，目前我国在城镇化建设过程中，城市建筑正在朝着大型化的方向发展，而在大型建筑的施工过程中大体积混凝土作为主要材料得到了广泛的应用。同时高铁在城市交通建设中扮演着极其重要的枢纽作用，且在大型工程结构中多数采用大体积混凝土来进行施工，但同时也存在裂缝的现象，依然没有有效的解决措施。本文从大体积混凝土的裂缝类型以及出现的原因进行了详细的研究，并提出了有关的控制措施，同时对所提出的裂缝控制措施进行验证。
        参考文献：
        [1]分析大体积混凝土裂缝成因分析及对策研究[J].沈梁. 砖瓦.2019（07）
        [2]论建筑裂缝成因分析及防治措施探讨[J].杜锦新. 建设科技.2019（11）