陈剑锋

广东中创建设有限公司

建筑工程大体积混凝土施工裂缝控制措施研究

陈剑锋

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大体积混凝土是现代建筑工程最常用的一种施工技术，但其施工难度也相当高，稍有不慎便会出现裂缝，从而危及整项工程的结构安全。据此，本文结合东源县新安小区公租房1-3号工程施工的实践经验，探讨建筑工程大体积混凝土施工裂缝的成因与控制。

建筑工程；大体积混凝土；裂缝控制

1 引言

东源县新安小区公租房1-3号工程地下1层、地上9层，建筑总面积11678m2。该建筑采用框架结构，地下底板混凝土标号是C40及其抗渗等级0.8MPa。该工程的建设工期从开工到骏工验收，笔者首先分析建筑工程大体积混凝土施工裂缝的成因，然后再进一步提出控制措施。

2 大体积混凝土施工裂缝的成因

建筑工程大体积混凝土施工产生裂缝的原因较为复杂。其中，从浇筑到混凝土强度达标期间产生的裂缝主要由水泥水化热引起温度变化所致，即：在水泥水化放热过程中，混凝土强度随着时间的推进而增强，但水泥水化反应具有不均衡性，早期较快、后期缓慢；混凝土不断与四周环境进行热交换。据此，混凝土温度在龄期增长期间处在动态变化的状态下，见图1。

图1 大体积混凝土的温度变化图

结合图1，在大体积混凝土浇筑后，水化反应放出的热量较大，引起温度升高。但混凝土的传导性差，且大体积混凝土的结构界面大，则结构内部水化散发明显比外部慢，继而导致内部温度比外部高。同时，大体积混凝土内部的膨胀速度比表面快，如此便会在中心区与表面形成相互作用力，其会约束中心区膨胀及表面收缩。在这一情况下，大体积混凝土不会在中心区出现裂缝，而当其表面拉应力比极限抗拉强度大时，便会在表面出现裂缝。大体积混凝土在升温阶段逐渐收缩，而若其内部与表面的温差超过一定限值时，便会在表面出现裂缝；而若混凝土在收缩过程的拉应力比抗拉强度大时，便会出现贯穿裂缝。

综上，建筑工程大体积混凝土的施工裂缝是由约束收缩引起的拉应力所致，即在拉应力比极限抗拉强度大时，便会出现裂缝。据此，可将大体积混凝土施工裂缝的影响因素分成冷缩、干缩及约束条件。其中，干缩变形由混凝土的自由水蒸发所致，且水泥强度等级、骨料种类及混凝土水灰比、振捣的密实性、养生方法等都会影响到混凝土的收缩变形；冷缩变形由混凝土温度的变化所致，而混凝土温度的变化又受到绝热、浇筑及散热温度的影响。

3 大体积混凝土施工裂缝的控制

为了防止建筑工程大体积混凝土施工出现裂缝，笔者建议从控制温度变形、增强混凝土抗拉强度入手进行裂缝控制，具体如下：

3.1 控制温度变形

3.1.1 选用水化热低的水泥

鉴于水泥水化热与混凝土内的矿物成分及其掺量有关，则建议在大体积混凝土中使用中热硅酸盐水泥及低热矿渣水泥，以控制水化热的温升及混凝土体积变形，注意尽量不使用硅酸盐水泥或早强型水泥。

3.1.2 减少水泥用量

水泥水化热是引起大体积混凝土结构产生温度变形的主因，而减少水泥用量是控制水泥水化热的关键，具体要点包括：一是在满足结构安全的前提下，降低混凝土的设计强度，从而减少水泥用量；二是适当延长混凝土的设计龄期，如90d、180d或365d，据此换算成28d龄期，便可降低混凝土的设计强度及减少水泥用量；三是选用最大粒径、级配优良的骨料，从而减少水泥用量；四是掺入粉煤灰来替代水泥，因为粉煤灰7d、28d产生的水化热仅为水泥的1/3和1/2，因此掺入粉煤灰可减少混凝土内水泥及水的用量，从而防止混凝土开裂；五是掺入减水剂，如缓凝型减水剂，以抑制水泥产生水化作用。

3.1.3 选用线胀系数小的骨料

混凝土的线胀系数是水泥浆、骨料线胀系数的加权平均值。在混凝土内，骨料的占比＞75%，则选用线胀系数小的骨料可起到混凝土温度变形控制的作用。

3.1.4 其他

除了前文谈及的内容以外，还可采用下列手段来控制大体积混凝土的温度变形：一是在冬季或高温季节的低温时段浇筑混凝土，以降低混凝土在浇筑时的入模温度；二是通过在混凝土内预埋管道或表面流水的冷却方式降低混凝土的温度；三是在混凝土表面做好隔热保护，以控制表面温降幅度及缩小内、外温差。

3.2 增强抗拉强度

对于如何增强大体积混凝土的抗拉强度，笔者提出下列建议：一是掺入增强剂，比如有机合成或天然的有机纤维，碳、玻璃及石棉等无机纤维，非晶态金属、不锈钢等金属纤维，从而增强混凝土的抗拉强度；二是掺入膨胀剂，比如PG硫铝酸盐型膨胀剂、UEA膨胀剂等，以使混凝土的体积在硬化过程膨胀，用以补偿冷缩及干缩变形产生的不利影响，从而防止混凝土开裂；三是配置间距密、直径细的钢筋，以增强混凝土的抗拉强度、抗裂能力及控制缝宽。

4 大体积混凝土施工温度的监测

综合建筑工程大体积混凝土施工裂缝的成因与控制方案，建议在大体积混凝土施工中，随时监测混凝土内部的温度变化，以便据此采取有效的温控对策及调整施工技术方案。对于大体积混凝土的温度监测，通过在混凝土内的不同部位布置康铜热电偶传感器、温度测定仪进行跟踪监测，具体监测内容包括混凝土入模温度、混凝土浇筑与初凝过程的温度，并在混凝土内外温差＞25℃或温度突降10℃以上时预警，以便及时采取温控对策，从而避免混凝土产生温度裂缝。但在这一过程中，需明确下列工作要点：

4.1 监测混凝土的入模温度

在监测混凝土入模温度时，重点监测混凝土搅拌前原材料的温度、浇筑时天气的实时气温及混凝土的入模温度。

4.2 布置康铜热电偶传感器

在案例工程中，大体积混凝土的面积大且其厚度包括4600mm、1000mm及700mm三个等级，建议选取厚4600mm的区域作为核心控制范围。在这一区域内，共布设四组测温点，且在每一组测温点沿厚度竖向布设上、中、下三个康铜热电偶传感器（见图2），同时布设两个水银温度计，用以测量混凝土表面的气温及其覆盖物下的温度。

4.3 测温时间的安排

在大体积混凝土浇筑3h后，每间隔2h测温一次，24h不间断及持续监测7d，具体按温度实况延长或缩短监测天数。在这一过程中，要求安排专人负责测温，期间工作人员应详细记录测温结果，并及时将其报告至技术部，以方便技术部适时调整混凝土的养护方案。在案例工程中，测温期限预定是7d，但从测温实况来看，混凝土中心区与覆盖麻袋内、外的温差在4d后便＜20℃，且基本稳定，则为了方便施工，建议将测温观测期调至4d。

图2 测温点剖面布置图

5 结语

综上，大体积混凝土在建筑工程施工中的应用越来越普遍，其应用价值非常显著，但控制施工裂缝是关键。在本案，笔者结合实践经验，从大体积混凝土施工裂缝的成因出发，提出通过控制温度变形、增强混凝土抗拉强度来控制裂缝。在东源县新安小区公租房1-3号工程中的实践表明，文案所示裂缝控制措施是可行的，值得在类似工程中推广应用。