大体积混凝土施工裂缝成因及控制策略研究

　　赵 慧

　　大体积混凝土具备结构尺寸大、混凝土标号高、钢筋密集、浇筑作业量大、施工周期长等特点，其施工易受外部环境影响，施工难度大且工艺复杂。因此，在工程建设过程中，应当重视大体积混凝土施工管控，通过不断优化施工流程和完善施工技术，最大限度地发挥大体积混凝土的应试用价值，进而持续提升大型工程和特大型工程的验 施工质量。

　　大体积混凝土施工裂缝成因

　　1.温度效应

　　混凝土浇筑完成后，由于水泥水化热在其内部的积聚和扩散，再加之外部环境因素(气温突变、起风等)的影响，导致混凝土的不同部位处于不同温度(通常为中心温度高、表面温度低)，从而产生温度效应。

　　外部环境的影响。混凝土浇筑完成后一般暴露于外部环境中，因此受各类环境因素的影响较大。尤其是在冬季以及夏季等极端环境中，混凝土受外部环境影响最大。例如，在中国“四大火炉”城市之一的武汉，其夏季(6～9月)每天10:00至15:00通常为气温最高值,地表最高温度可高至70℃,其冬季(1月～2月)每天的气温最低值一般出现在夜间，最低可至-18℃，这种极端气温变化会对大体积混凝土产生不利影响。

　　内部条件的影响。研究数据显示，水化反应产生的热量在200～400KJ/kg，可导致单位混凝土温度上升30～40℃。通常情况下，混凝土人模温度为25～35℃，由此可粗略推算水化反应产生的热量可使大体积混凝土升温至55～75℃。值得注意的是，随着混凝土断面尺寸的增加，其内部蓄热散失所需的时间也越长，对于混凝土的影响就越不利。

　　2.约束效应

　　温差约束。在混凝土施工过程中，外部气温的突变会致使混凝土产生裂缝。随着气温变化幅度的增大，混凝土内外温差随之增大，温度应力也随之提升。温度应力的增加会加剧混凝土中心区域的变形，进一步引发更严重的结构变形应力。当应力差演化为负值时，混凝土就会发生开裂。因此，必须要采取有效措施对混凝土进行保温，通过表面覆盖等手段将混凝土内外温差降至最低，进而有效控制结构变形。随着混凝土结构变形情况的缓解，其外部对于内部产生的压力也会减小，当这个压力减小到一定程度，则可以有效避免混凝土开裂。

　　混凝土收缩约束。大体积混凝土在浇筑以后极易产生收缩裂缝。其原因主要在于，为了确保混凝土具备充分的流动性，同时在运输过程中不会因水分流失而导致硬结，因此在混凝土实际搅拌过程中，往往会加入较多的水，这一用水量一般会超出混凝土水泥水化反应所能消耗的用水量。研究数据表明，在混凝土配合比设计中，只有约20%的水量用于水泥水化反应，剩余约80%的水量需借助蒸发挥发。而水量蒸发过程会致使混凝土内部产生一定的收缩应力，当收缩应力不断增加并超出混凝土的抗拉承载力时，则会导致开裂。

　　大体积混凝土施工裂缝控制策略

　　1.严控混凝土中心温度

　　优选原材料控制水化热。优化水泥品种：为降低水泥水化热，其一，选用低水化热的胶凝材料，例如粉煤灰质水泥、矿渣水泥或者是抗硫酸盐水泥;其二，减少水泥用量，在混凝土中使用矿渣、粉煤灰等活性材料代替部分水泥，以降低整体水泥比例。优选粗细骨料：粗细骨料在混凝土中的比例占70～80%，其选择对混凝土性能有显著影响。为了控制水化热，应优选大粒径粗骨料。较大的粗骨料粒径可减少表面黏附的水泥量，进而降低单位混凝土的水泥含量，减少水泥水化热。具体来说，应优选粒径在5～31.5mm范围内的碎石，且碎石含泥量应控制在1%以内。细骨料方面，应优选大粒径中粗砂，且其含泥量应控制在2%以内，超标的中粗砂应用水冲洗去除过多的泥土。

　　优选掺合料和外加剂：在混凝土配合比设计过程中，可以使用矿渣、粉煤灰等活性材料减少水泥所占比例。掺人粉煤灰，可以大幅提升混凝土的和易性，进而优化其工作性能。然而，粉煤灰的掺入量需要控制在合理范围内，研究显示，过多的粉煤灰会削弱混凝土早期极限抗拉强度，导致表面开裂。通常情况下，粉煤灰的掺入量应控制在水泥含量的15%左右，并符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》(GB/T1596-2017)的质量要求。通过外加剂的掺入，可以提升混凝土的工作性能，降低水泥和水用量，显著提升混凝土早期强度，可以更好的应对温度应力，避免早期裂缝的产生。研究表明，掺加聚羧酸减水剂(其减水性一般为25%)可以控制水泥和水的用量，使混凝土获得高效分散性、降低粘度和减少收缩，有效减少混凝土内部的游离水含量，进而减轻水分蒸发引起的收缩。

　　严控混凝土入模温度。通过严格控制混凝土人模温度，可以有效降低混凝土中心的最高温度，进一步缩减混凝土内外温差，从而将温差产生的温度应力降至最低。一般来说，在夏季等高温时节，应将混凝土人模温度控制在30℃以内;在冬季等低温时节，应将混凝土入模温度控制在5℃以上。控制混凝土入模温度的具体措施包括：一是严控砂石等材料温度。尤其在夏季等高温时节，应避免砂石暴露于室外，可以采用防晒棚覆盖遮阳并通过浇水降温;二是降低搅拌水的温度。在夏季等高温时节可以采用冰水来拌合混凝土;三是控制混凝土运输过程中的温度升高。一方面要确保混凝土浇筑的连续性以及均衡性，浇筑前应与混凝土供应部门做好沟通，确保混凝土的供给连续，同时确保单次供给量在50m/h以上，避免单次供应量过大导致混凝土罐车排队等待浇筑而引起的混凝土干结和升温问题。另一方面，可以对罐车采用保温措施，以控制混凝土在运输过程的温度升高。

　　实施有力的监控方案。依据工程特点，制定并实施针对性的温度监测方案以及温度控制方案。依据温度监测方案，在施工现场对混凝土进行实时温度监测，并依据公式和现场情况合理推算温度应力变化情况，进一步依据温度控制方案采取相应的温控措施。具体来说，在制定温度监测方案过程时，应将混凝土内外温差的控制值设定在25℃以内，降温速率控制值设定在3℃/d以内，内部最高温升控制值设定在45℃以内。此外，在制定温度控制方案过程时，应明确混凝土的测试指标，同时应详细阐述当指标超出允许范围或混凝土温度异常时应采取的具体温控措施。

　　2.完善浇捣方式

　　在混凝土施工过程中，应充分考虑项目特点、现场环境和场地特征，合理规划混凝土施工段和浇筑顺序。在正式浇筑以前，应及时联系气象部门，充分掌握项目所在地的天气状况，以选定合适的混凝土浇筑时间。例如，在夏季高温时节，最好在夜间气温较低时进行浇筑;在冬季寒冷时节，最好在上午9：00以后且晴天时进行浇筑。混凝土施工中，应分层浇筑、及时振捣且不漏振。浇筑完成以后，应及时进行面层的二次抹压，避免混凝土沉陷和收水反应引发的非结构性表面开裂。

　　3.预埋冷凝水管

　　相比其他降温方式，在混凝土中预埋冷凝水管是最直接、最有效的内部降温方法。具体做法如下：在混凝土浇筑前，依据设计图纸将冷却水管布置就位;在混凝土浇筑后，结合温度监测情况，对冷凝水管进行通水，通过水流的冷却作用实现混凝土内部降温。在实施过程中，要全面性地监测混凝土温度，并规范开展温度应力计算，进而掌握真实的温度变化情况。同时，要有效控制冷凝水管内通水的水温和流速等指标，保障混凝土内外温度平衡，将温差值控制在允许范围内。

　　4.严控混凝土表面温度

　　为了防止混凝土开裂，不仅需要控制其内部温度，还必须有效管理表面温度。在混凝土施工过程中，其表面往往暴露于外部环境中，受气温变化等因素的影响较大。尤其是气温急剧变化时，混凝土内外温差急剧加大、温度应力骤然上升，易导致混凝土开裂。鉴于此，混凝土浇筑后，应及时采用草帘、薄膜等进行覆盖，以减少外部环境对于混凝土的影响。

　　严控拆模时间。在混凝土成型以前，模板对其起到一定的保护作用，过早拆模会对混凝土造成损伤，具体来说，当混凝土强度达到设计要求时，过早的拆模会使混凝土暴露于外部环境中，如果此时气温发生突变，混凝土内外温差急剧加大，温度应力骤然上升，而此时的混凝土强度不足以抵御其内部的温度应力，进而导致混凝试 土结构破坏，引发开裂等问题。在很多工地上，验 由于工期紧张、施工作业面多、模板紧缺等原因，工人常被指示提前拆模，随即引发了混凝土表面究 开裂。由此可见，必须要在混凝土强度达到设计要求且气温相对稳定时再进行拆模。

　　妥善隔热保护。在大体积混凝土拆模后，为避免其受气温突变等因素的影响，应及时进行隔热保护。例如，可以使用“1层薄膜+2层草帘或海绵”的覆盖形式进行隔热保护，还可以依据项目特征采用暖棚进行隔热保护。此外，对于炎热的夏季，在现场条件允许的情况下还可以进行蓄水养护，做法如下是待混凝土终凝后，在其表面存蓄80mm以上深度的水体进行隔热保护

　　5.严控混凝土降温速率

　　混凝土浇筑之后，应进行科学合理的温度监测，实时掌握温度变化情况，有效控制混凝土的内部最高温度、温升速率和降温速率等指标。当上述指标出现异常时，应适当增加温度监测频率，并及时进行记录，由技术人员对异常情况进行分析。例如，混凝土一般在浇筑后的3～5d开始降温，此时应进行降温监测。如果日均降温速率过低，可以拆除部分覆盖材料，并辅以浇水等措施，加速降温。而当日均降温速率过快，超过2℃/d时，则应加强保温措施，以减缓其降温速率。

　　结 语

　　在土地审批政策不断完善、房地产法规体系不断优化的背景下，大型工程和特大型工程如雨后春笋般不断涌现，大体积混凝土的应用越来越广泛。然而，施工中裂缝的出现对大型工程和特大型工程造成了恶劣的影响。因此，必须通过严控混凝土中心温度、完善浇捣方式、预埋冷凝水管、严控混凝土表面温度以及降温速率等多元化策略，有效控制大体积混凝土的开裂这问题。

　　总体而言，通过对大体积混凝土施工质量的控制，不仅可以确保建筑的安全稳定，还能避免因施工问题导致的经济损失和人员伤亡。