探讨大体积混凝土施工裂缝产生的原因及质量控制措施

胡穗麟

（广州市第二房建工程有限公司，广东 广州 510045）

0 引言

在开展大体积混凝土施工工作时，裂缝问题的存在不仅会对大体积混凝土结构的承载力与使用性能产生不利影响。同时，在受到荷载、雨水下渗等因素的作用下，导致建筑工程的使用寿命与安全性大大降低。鉴于此，当前应加强对大体积混凝土施工裂缝问题的重视，并采取针对性措施予以处置，提高大体积混凝土的整体施工质量。

1 大体积混凝土施工裂缝的种类

1.1 荷载裂缝

大体积混凝土施工期间主要采用的是钢筋混凝土结构，在受到静荷载、动荷载的作用下，容易出现荷载裂缝问题，荷载裂缝可细分为直接应力裂缝、次应力裂缝两种不同的类型。首先，在进行施工图设计期间，由于地质勘探布孔过少，或者未对软基进行有效的处理，将造成荷载裂缝的出现[1]。其次，现有的大体积混凝土施工技术，与理论计算所选用的计算参数之间有着一定的差距，因而施工期间也可能出现裂缝。此外，大体积混凝土施工周期较长，在受到雨水侵蚀等因素的影响下，容易出现强度下降等问题，进而造成裂缝现象的出现。另外，在开展大体积混凝土结构内力、配筋计算等工作时，如果存在设计缺陷，将引发荷载裂缝问题。最后，大体积混凝土施工过程中会用到大量的重型机械设备，施工时如果与建筑工程结构发生接触、撞击，会导致塑性变形的积累，使得裂缝现象的出现[1]。荷载裂缝如图1 所示。

图1 荷载裂缝

1.2 收缩裂缝

由于大体积混凝土结构尺寸等因素的影响，施工过程中混凝土用量较大。干燥收缩是水泥混凝土的特点，也是最常见的导致裂缝的原因之一。混凝土浇筑后，混凝土体积收缩，养护过程中伴随着水的分泌，由于早期混凝土的抗拉强度相对较低，当受收缩影响的混凝土拉应力达到其极限抗拉强度时，就会开裂。干燥裂缝多为浅层、不规则裂缝，接缝宽度和长度都很小，同时干燥裂缝与材料、配合比、添加剂和养护条件等密切相关[2]。

1.3 地基沉降裂缝

部分工程会因实际情况在特殊地质条件下建设，地基因地质问题而下沉，导致混凝土开裂。作为大体积混凝土施工的重要内容，做好地基处理不仅可以避免大体积混凝土结构出现竖向不均匀沉降问题，同时还能防止沉降裂缝的产生。一般来说，导致基础不均匀沉降的主要原因有以下4 个方面：①如果施工现场为黏土、淤泥质土层，再加之地质勘探工作不到位、资枓收集不全面，就会导致地基处理质量难以得到保障。②大体积混凝土结构设计荷载与结构实际荷载之间存在较大的差异，也将引起不均匀沉降问题。③在同一跨大体积混凝土结构中，如果混合使用不同类型的基础形式，例如，扩大基础、桩基础等，也将导致不均匀沉降问题的出现。④由于大体积混凝土体量较大，在受到施工周期、施工工艺等因素的影响下，将造成不均匀沉降问题，进而引发裂缝现象。

1.4 钢筋锈蚀裂缝

大体积混凝土施工环节中广泛应用到钢筋混凝土结构，施工期间若混凝土的质量较差，或者保护层的设计、施工厚度不达标，将引发钢筋锈蚀、故障现象，进而引发裂缝问题。台背填土施工时，地基会对大体积混凝土结构产生负摩阻力、纵向推挤等作用。混凝土保护层在受到二氧化碳等外界因素的侵蚀、炭化作用下，会加速钢筋表面的锈蚀问题。另外，随着建筑技术的不断发展，建筑结构的跨度越来越大。如果混凝土材料选择不合理，或没有考虑跨度、强度等参数，也将出现大体积混凝土裂缝甚至破损问题。

2 大体积混凝土施工产生裂缝的原因

2.1 水化过程中水泥释放大量热量

大体积混凝土在施工时的开裂问题，一般都是由于混凝土内部的水化热问题而引起的。由于水泥的导热性能差，混凝土内部的水化热量发散速率慢，但外面的水热能却发散速率较快。根据热胀冷缩的相关理论来解释，当混凝土结构中央部分的扩张速率与其表层的速率一样要快时，其表层与中心质点相互之间就构成了一个约束性，中央是制约扩张，不产生裂缝的发生，而其外表面则是制约压缩，当混凝土表面的拉应力比超出了混凝土抗拉强度比时，就会引起混凝土表面发生断裂。

2.2 内外约束条件影响

水泥在经过水化热的流程中，便会出现水泥内在气温总体上偏高，尤其是在水泥核心区的内在气温便会出现了一个大幅上升态势，而热膨胀效应也会随之变大，因此在中央区形成了一个压应力。该压应力大于水泥内在总体的热抗拉力度以及钢筋混凝土约束效应时，便会形成了裂纹问题。水泥在早期的高热上升工作环节中，由于混凝土弹性模量较低，造成了水泥抗拉应力的总体松弛率增加。当水泥高热下降后，还会形成一定的拉应力，当接应力大于抗拉强度时，便会使水泥形成垂直断裂。

2.3 大体积混凝土收缩变形

当完成混凝土的浇筑作业后，在凝固期问中，由于混凝土和骨料的内部压缩而出现沉陷收缩裂纹和干缩性开裂的现象。同时由于水泥不断硬化，里面的水分大部分开始挥发，当失水后，水泥表面会迅速萎缩，而中间区域的萎缩速率也较慢，因此存在开裂问题。

2.4 养护方式不当

混凝土浇筑施工人员要提高对浇筑养护的重视程度，根据混凝土浇筑块水分挥发快的特点及外界天气情况，定期对浇筑后的混凝土进行保湿和保温养护。大型混凝土保湿养护就是根据其实际情况，进行水分浇筑。一方面可以使水泥的水热化情况得到缓解，另一方面也是为了防止混凝土在硬化过程中产生干裂情况。对大型混凝土展开保温养护，要实时关注天气变化，根据天气情况及时调整保温养护方式和时间。用科学合理的方法控制大型混凝土浇筑工程的内部温度和外部温度，减小内外温差，防止混凝土收缩变形，产生裂缝。

3 大体积混凝土施工质量控制措施

3.1 做好混凝土配合比试配与调整

一方面，在开展混凝土配合比的试配工作期间，应采用强制式搅拌机，且选用的搅拌机等设施应当符合相关规定的要求。同时，在搅拌方法上，也应当和施工期间所用的搅拌方法一致。需要注意的是，试配期间试验室成型条件应当满足规定要求，尤其要加强对搅拌量、强度测试等环节的控制。另一方面，应当对混凝土配合比的关键参数做出优化与调整。应当参考混凝土强度试验的结果，合理绘制强度和水胶比的关系图，或者利用插值法等方式，合理设计水胶比等参数。其次，结合实际工程的需要，参考混凝土配合比试验结果，对所用材料的用量做出适当的优化与调整，最终将试验配合比转换成施工配合比。除了水胶比之外，还应加强对浆集比等参数的控制，由于浆集比对混凝土强度有着重要的影响，并且水泥的用量，对于提高骨料的胶结效果有着重要的作用，因而应当对设计过程引起重视。一般来说，当骨料和水泥浆的使用比为65∶35 的情况下，混凝土的性能可以得到更好的发挥。另外，还要通过试配，对添加剂的种类与掺量做出调整。例如，减水剂的使用能够对混凝土的强度、和易性等指标产生重要的影响，设计期间应当引起设计人员的重视。

3.2 注重各类材料的合理选择

一方面，施工过程中要重点加强对混凝土、钢筋等材料的质量管控，并通过抽查等方式，对各类进场材料的物理力学性能进行检验。另一方面，随着材料科学领域的快速发展，施工时要加强对混凝土等材料的应用，其优势主要体现在高强、轻质、抗变形能力强等方面。在进行大体积混凝土的施工时，通过混凝土的应用，可以提高大体积混凝土结构的强度与耐久性、安全性。除此之外，混凝土材料还有着良好的抗震性特点，但是造价方面相对较高，施工时要结合工程需要合理选用混凝土材料[3]。

混凝土配合比设计期间，所选用各类材料的类型、规格与质量标准，都应满足工程建设的需要。具体设计期间，首先要做好各类原材料的选择，并对其质量进行严格控制，确保混凝土材料的强度、性能、质量满足要求。其次，选料过程中应当结合混凝土结构的实际特点，从混凝土和易性、耐久性、强度等方面着手，加强对水灰比、砂石比等重要参数的调整与控制，并以此为依据进行不同材料类型与规格的选择。此外，结合工程建设需求，对外加剂的种类、用量等参数进行合理选择。一般来说，在进行混凝土掺合料的选用期间，常见的有矿粉、粉煤灰等。矿粉的需水量主要为95%左右，二级粉煤灰的需水量主要为105%左右。通过选用合理类型的材料，实现对混凝土配合比与性能参数的调整[4]。

3.3 加强对大体积混凝土浇筑工艺的管控

混凝土浇筑工艺不合理，极易引发裂缝问题。为此，在开展大体积混凝土施工工作时，要加强对浇筑工艺的应用和浇筑质量的管控。首先，结合大体积混凝土结构特点，合理选用混凝土的类型，并预先规划好混凝土的运输路线。其次，浇筑期间要积极做好混凝土的振捣工作，避免孔洞、裂隙问题的产生。同时，针对浇筑现场的实际情况，做好振捣棒的选择，尤其要对振动频率等参数进行严格控制。另外，要合理选择混凝土每次浇筑的厚度，确保内部的水化热得到快速的散失，避免温度、收缩裂缝的出现。大体积混凝土浇筑如图2 所示。

图2 大体积混凝土浇筑

3.4 注重施工与养护管理

一方面，应加强对施工现场人员、设备的协调与管理。对于关键施工环节，要加强对施工技术、施工质量的管控，避免施工裂缝的出现。另一方面，施工结束后，要积极开展后期的养护与管理。如果在夏季开展大体积混凝土施工，应尽可能在夜间进行混凝土浇筑。浇筑完成后，要严格按照养护规范做好保湿、降温养护工作。如果在冬季开展大体积混凝土施工，应做好相应的保温措施，避免由于结构内外部温度差过大而引起裂缝问题。

3.5 大体积混凝土施工裂缝的处理技术要点

3.5.1 表面封闭技术

针对大体积混凝土中存在的混凝土表面裂缝，且裂缝的宽度小于0.15mm，可采用表面封闭技术进行处理。具体施工期间，首先，要使用刷子把裂缝位置清理干净，并刷出一个宽度为5cm 左右的施工区域。若表面裂缝分布角度多，可将宽度增大到8cm。其次，将裂缝周围的混凝土等杂物清理干净，同时还要使用工业乙醇等材料，对混凝土裂缝周围进行涂抹擦拭。随后，等到干燥之后需要在裂缝位置处均匀的涂刷裂缝修补液，修补液的厚度要达到1mm 左右。最后，在涂刷修补液之后，应认真对涂刷工作的质量进行检查，发现漏涂问题要及时进行修补。

3.5.2 压力注浆技术

采用压力注浆技术进行裂缝处理，需要用到空气机等设备提供压力，进而将裂缝修补液压入混凝土的裂缝内部，如果裂缝的宽度不超过0.3mm，可用此方法进行处理。具体施工期间，首先，需要将混凝土裂缝周围的杂物清理干净，并使用空气压缩机等设备，把压缩的空气注入内部裂缝中。在使用乙醇擦拭之后，使用环氧胶泥等材料将裂缝封闭起来。其次，需要将环氧树脂浆液压入裂缝中。需要注意的是，灌注过程中的压力控制在0.3MPa 左右。直到裂缝不再吸收浆液，就可结束灌注工作。当浆液形成固态时，需要对裂缝注入空气，检查灌浆工作的质量，并对裂缝表面进行清理[5]。

3.5.3 充填技术

在利用充填技术进行混凝土裂缝处理时，首先，要将裂缝扩大成一个U 型槽。其次，在进行修补材料的充填。如果混凝土的裂缝超过0.5mm，采用此方法进行修补处理，使用的修补材料主要为环氧树脂、水泥等。充填技术的成本较高，且耗时较长，因而施工期间应结合现场实际情况做好修补技术的选择。

4 结语

裂缝病害是大体积混凝土施工常见的病害类型之一，施工过程中，应重点做好地基处理，合理选用施工工艺，并加强对施工现场的材料、人员、设备管理。如果发现裂缝问题的出现，要结合裂缝的实际情况，选用合理可行的修补技术进行处置，进而提高大体积混凝土总体施工质量。