土木施工中大体积混凝土裂缝成因分析

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1 大体积混凝土裂缝的成因

1.1 温度裂缝

由于混凝土结构中心的热量同边缘处的热量相比散发得更为缓慢一些。所以，这种热量散发而使得温度应力呈现出一种热胀冷缩、内外不均的现象。同时，混凝土结构在热胀冷缩时，还会出现张拉应力。当所释放的水化热在与外界环境进行热量交换过程中，混凝土的局部温度会形成温度差，当温度差形成的张拉应力超过混凝土抗拉强度阈值时，混凝土的抗拉性能则不足以抵抗温度差造成的张拉应力，从而使得混凝土的表面或者是结构内部会出现部分裂纹的现象，在严重的情况下，整个混凝土的结构都会出现裂纹，乃至造成严重的安全隐患。

1.2 收缩裂缝

在大体积混凝土结构中，收缩裂缝往往分干燥收缩裂缝和塑性收缩裂缝。混凝土在浇筑完成后，其所处的自然环境（温度、湿度条件等）存在较大差异，这种差异造成了所产生的裂纹表现出不同的形态，于是干燥收缩裂缝又进一步被划分为干燥裂缝和收缩裂缝。其中，大体积混凝土结构在浇筑成型后，靠近表面的水分蒸发较快，而结构内部中心区域的水分蒸发较快，在内外部形成湿度梯度，这种梯度过大时则会造成干燥裂缝。

2 大体积混凝土裂缝的控制技术

2.1 优化混凝土的配合比

计算出大体积混凝土所需要的材料和用量，以便得到最佳配合比，配合比应当在符合施工强度的前提下，减少水泥的使用量。在大体积混凝土的材料中，砂、石、骨料以及水泥是关键。一般选用二区中砂，含泥量应当小于1%的石子，碎石的粒径在5-31.4mm之间；骨料在混凝土中，一般占有79.5%-83.2%的绝对体积，因此骨料选择至关重要，一般选择标准为优良的级配、较小的岩石弹模、表面清洁无弱包裹层等；水泥的水热化反应会容易让混凝土产生裂缝，因此，为了减少裂缝产生，可适当使用粉煤灰作为水泥的替代物，一般用量为14%-21%，需要注意的是粉煤灰的细度需要同水泥保持一致。

2.2 混凝土浇筑质量控制

混凝土浇筑质量可以从三方面控制。①分段分层。对于体积较大的混凝土来讲，需要从上而下、分段分层进行浇筑，保证混凝土在浇筑之后的整体质量能够达到规定标准的要求。②全面分层。如果所浇筑的混凝土构件其厚度比较大，则在浇筑时应选择全面分层的方式进行，在所浇筑的混凝土层初凝之后，方可进行下一层混凝土的浇筑作业。③斜面分层。严格控制大体积混凝土振捣的操作流程，逐步向上推进。

2.3 混凝土温度控制

①内部控制。在对大体积的混凝土进行降温之前，需要先将降温水管预埋在混凝土的内部。在浇筑结束之后，通过外接注水来降低混凝土的温度。内部控制的方式能够有效地节约水资源，经冷却水管排出的水还能够用于养护混凝土。在某些情况下，会出现自然注水难以达到理想的降温目的。鉴于此，便需采用增压泵对外接注水管进一步加压。同时，也需要提前设计混凝土内部的预埋冷却水管。②外部控制。在混凝土表面经过抹平处理后，需要结合相关施工规程实施相应地养护（保温保湿）措施。本工程中，在大体积混凝土浇筑体表面按照从上到下的顺序依次铺设设养护毯、土工布、塑料薄膜以达到表层保温保湿的目的。

3 工程案例研究

3.1 工程概况

某土木工程建筑面积8496.45m2，总基底面积4305.08m2，总地下建筑面积1947.76m2，总建筑面积10444.21m2，地下建筑面积为978.87m2。上部结构体系为框架结构，建筑结构安全等级为二级，抗震设防烈度为7 度，地基基础设计等级为丙级，基础形式是采用筏型基础。筏型基础采用大体积混凝土浇筑。

3.2 混凝土浇筑方案

地下室底板采用商品混凝土泵送施工，板厚350mm。根据现场情况配备2 台混凝土泵机进行施工。结合以往施工经验，在经过深入研究之后，发现倘若混凝土泵机按照平均每小时内泵送量30m³的话，即每日供应量600m3，混凝土量约350m3，计划350÷60=5.8h 浇筑。底板混凝土由西往东，进行浇筑，需要在各浇筑带上选择分段斜面推进的方法来进行。同时，还需要根据每台混凝土泵浇筑强度30m3/h 计算，控制宽度约12.6m，水平长度6m，每一浇筑带混凝土浇捣量=12.6×6×0.8=60.5m3，其余浇筑带类推。根据上述计算混凝土缓凝时间不少于6h，根据项目进展时间预计混凝土底板施工时间在夏季，要求混凝土缓凝时间为8h，可满足浇筑要求。混凝土浇捣布置2 个浇筑带，分南北2 个施工点，然后在每个施工段设置一个振捣小组，每个振捣小组需要配备3 条软轴振捣器和6 名振捣工，并于斜面上、中、下段设置振捣器，在此需注意混凝土不可集中堆放，先振捣出料口处混凝土，再进行全面振捣。在振捣过程中，需满足以下要求：①在使用振捣棒时，为了防止漏振，需要保证直的或倾斜的方向能够统一，在振捣时插点需保持600mm 的距离，上、下层振动搭接50mm-100mm，每点振动时间应当集中在20min-30min。不过，在二次振捣之前，需要保证二次振捣后，混凝土仍可以塑性闭合。

3.3 加强大体积混凝土结构的养护

混凝土的养护是保证钢筋混凝土结构质量的重要流程，更是预防裂缝发生的重要措施，因此要做好保温养护工作。在保温养护过程中要做好结构内外温差、降温速率等数据的详细记录，以便于后续进行数据分析。为保证养护效果，混凝土保温养护的周期至少在2 周以上，养护结构的标准为混凝土表面、环境温度差小于20℃，此时方可拆除保温覆盖面，否则需要采取合理的降温措施，直到温差小于20℃为止。养护过程中可以选择适用的养护剂，以提高混凝土表面的湿润度，减少干缩裂缝的发生；此外，大体积混凝土体积大，养护不当更易出现裂缝问题，因此大体积混凝土结构的养护尤其重要，可采用自动采集设备实时监测结构内外温差、降温速率。如有必要可在混凝土结构表层涂抹薄膜养护液，其可以在混凝土表面结一层防水隔离层，既能维持结构所需的水分，又能够提高水化操作的效能。

4 结语

大体积混凝土在土木工程中的应用也愈来愈频繁。在这种发展背景之下，若想实现良好的施工效果，在施工时不仅需要控制混凝土的强度、黏结性等，还需要细化大体积混凝土的施工技术以及施工工艺，切实地控制大体积混凝土构件或结构在施工完成以及长期使用过程中裂缝的产生。施工时，需要合理部署施工进度，并制定出科学的浇注方案，采取科学的降温措施，以便能够保证施工的整体质量。