建筑工程大体积混凝土裂缝控制技术

摘 要：在建筑工程领域，大体积混凝土的应用越来越普遍，但随之而来的裂缝问题也逐渐凸显，成为影响结构安全性与耐久性的关键因素。裂缝的形成受多种因素影响，包括材料性质、设计特征以及施工过程中的温度控制等。因此，深入研究并实施有效的裂缝控制技术是提升建筑工程质量的重要手段。本文通过分析大体积混凝土裂缝形成的原因，探讨了从材料选择到设计优化，再到施工技术的各种控制方法，指出了实现裂缝控制的关键环节。旨在为建筑工程中大体积混凝土的裂缝控制提供系统性的解决策略。

关键词：建筑工程；大体积混凝土；裂缝控制技术文章编号：2095-4085（2024）10-0025-03

0 引言

大体积混凝土因其经济性和工程性能被广泛应用于各类建筑工程中。然而，随着工程规模的不断扩大，混凝土结构中裂缝的问题日益显著，直接关系到结构的安全性和耐久性。裂缝的产生受多重因素影响，其中包括材料的性质、施工过程中的管理以及设计上的考虑等。因此，掌握裂缝产生的机理并采取有效的预防和控制措施是确保建筑工程质量的基础。

1 建筑工程大体积混凝土裂缝类型

1.1 干缩裂缝类型

在建筑工程的大体积混凝土施工中，干缩裂缝的形成与混凝土中的水灰比及水泥用量反映了混凝土体内水分蒸发程度的差异导致的变形结果。具体而言，混凝土干缩裂缝主要表现为表面的平行线状及网状浅细裂缝，其宽度一般在0.05～0.2mm范围内。这种裂缝类型的出现，揭示出材料本身性质与环境条件相互作用的复杂性。水灰比作为调控混凝土性能的关键参数，不仅影响混凝土的工作性和强度，还直接关联到混凝土干燥过程中体积收缩的程度。同时，水泥用量的增减会改变混凝土的水化热输出，进而影响到干缩裂缝的形成机制。由此可见，混凝土干缩裂缝的防治不仅需深入探讨水灰比和水泥用量对混凝土性能的影响，还要综合考虑施工过程中的水分管理和养护措施，以减少水分蒸发速率差异，控制干缩裂缝的发生，进而确保大体积混凝土结构的完整性与耐久性^［1］。

1.2 温度裂缝类型

大体积混凝土的温度裂缝主要由内外温差引起，表现在混凝土的表面及其内部结构中，其形成与温度变化的影响密切相关。这类裂缝的宽度因季节而异，在冬季由于温差较大，裂缝宽度通常较宽；而夏季，由于温度相对较高，裂缝则显得较窄。温度裂缝的走向无固定模式，但在大面积混凝土结构中，裂缝通常表现为纵横交错的形态。特别是在梁板等长尺度结构中，裂缝多沿短边方向平行发展。该裂缝类型的形成机理揭示了混凝土内部温度场不均匀分布对结构完整性的影响，凸显了施工与养护中温控的至关重要性。为减少温度裂缝的发生，必须采取有效的技术措施，如使用低热水泥、控制浇筑速度、采用适时的覆盖和喷水养护等，以促进温度均匀分布，降低温差产生的内应力，从而保障大体积混凝土结构的安全性与耐久性。

1.3 沉陷裂缝类型

沉陷裂缝的形成通常与地基土质的不均匀性、松软性及回填土的不密实性有关。此外，模板的刚度不足和支撑间距过大也是导致沉陷裂缝产生的关键因素。尤其在冬季施工期间，模板支撑若建立在冻土之上，随着天气回暖导致冻土化冻后的不均匀沉降，便会引发深入且贯穿的裂缝问题。这种裂缝不仅影响结构的美观，更关系到整个建筑物的安全性与稳定性。沉陷裂缝的走向与沉陷的性质密切相关，通常这些裂缝与地面呈垂直或呈30～45°角的方向发展。因此，在施工和设计过程中务必高度重视地基处理，包括加强地基土的密实度、优化模板和支撑系统的设计，以减少因地基不均匀沉降而产生的裂缝。正确识别并采取预防措施是确保大体积混凝土结构长期稳定性的关键，需要通过综合地质勘查、材料选择和施工技术的优化，来有效控制或避免沉陷裂缝的产生^［2］。

2 建筑工程大体积混凝土裂缝产生的原因

2.1 约束作用因素

在建筑工程中，大体积混凝土浇筑施工完成后，由于结构功能和部位的差异，混凝土结构通常会受到来自相邻结构部位的约束作用。这种约束主要源于结构设计和施工过程中对不同部位的处理不同，如基础与墙体、柱子与梁的连接处等，其中混凝土的自由膨胀和收缩受到限制，导致应力集中。当这些内部应力超过混凝土本身的抗拉强度时，就会在受约束区域形成裂缝。这些裂缝的产生反映了结构在施工和使用过程中应力分布的不均匀性，特别是在大体积混凝土中，温度变化和干缩效应导致的体积变化更为显著，进而会增加裂缝发生的风险。因此，了解和预测混凝土结构中的约束效应，对于设计和施工阶段选择合适的混凝土材料、施工技术以及裂缝控制措施至关重要。

2.2 水化热因素

在大体积混凝土的施工过程中，水泥的水化反应释放大量热能，会导致混凝土内部温度显著升高。由于混凝土具有较低的导热性，这使得其内部积累的热量难以有效散发，尤其在截面较大的结构中，水泥用量增多，水化热效应更为显著。这种内部热量积累与外部环境温度的快速散失之间形成的温差，造成了混凝土内外部的热应力差异。随着时间的推移，这些热应力超过混凝土材料自身的抗裂性能，进而导致裂缝的产生。混凝土结构内部产生的裂缝不仅是物理现象的直接体现，也反映了材料特性与施工技术之间的复杂互动。因此，混凝土中的水化热因素是影响其结构完整性的重要内在因素。所以，在大体积混凝土施工中，必须考虑热力学特性与材料应力响应之间的关系。

2.3 收缩变形因素

在大体积混凝土的施工过程中，收缩变形因素对裂缝的形成起着决定性作用。水灰比和混凝土的凝结时间是影响其收缩性质的关键参数，直接关系到施工质量。混凝土中的水分在静态条件下，由于密度差异，致使较重的固体颗粒下沉，而轻的水分子上浮。这一过程不仅导致水分在混凝土表面积聚形成水泌现象，而且会在粗骨料和钢筋之下形成水囊，从而进一步加剧材料内部的不均匀干燥。随着混凝土逐渐失水硬化，体积收缩引发的应力超过材料的抗裂性，便会形成裂缝。这种收缩应力，尤其是在大体积混凝土结构中，由于材料量大，收缩效应更为显著，使得裂缝形成成为一种不可避免的现象。因此，混凝土的收缩变形不仅是材料内部水分动态变化的结果，也是结构力学性能与材料物理性质相互作用的直接体现，对于确保结构的完整性和耐久性具有重要的影响^［3］。

3 建筑工程大体积混凝土裂缝控制技术应用

3.1 混凝土材料控制技术应用

在大体积混凝土工程施工中，通过混凝土材料控制技术的应用，可有效提升结构的抗裂能力。其中选择合适的水泥类型非常关键，优选具有低收缩特性和微膨胀性能的水泥，可以在水化反应的后期产生预压应力，有助于抵抗由温度变化和徐变引起的应力，进而在整体上增强混凝土的抗裂性能。这种类型的水泥通过内部产生的微膨胀作用，可以有效地补偿或减少因体积变化引起的内部应力，从而减轻裂缝的形成风险。同时，这一策略不仅针对水泥的选择，还涉及到骨料的选用。骨料作为混凝土的主要组成部分，其物理特性对混凝土的整体性能有着决定性影响。选择具有较低岩石弹性模量和较小线膨胀系数的骨料，可以有效降低混凝土的整体热膨胀系数及提高其抗裂能力。

混凝土材料控制技术的另一个重要方面是减少水用量，这对于降低混凝土温度和节约材料成本具有重要意义。在大体积混凝土工程中，由于结构的特殊性，其强度需求并不像高性能混凝土那样高。因此，通过掺加高效减水剂来减少单位用水量已成为一种有效的方法。高效减水剂的使用可以显著减少混凝土所需的水量，而不牺牲其工作性能，这不仅有助于降低混凝土的温度，减少因水化热导致的温度应力，同时也能通过减少水泥用量来降低成本，实现经济与技术双重优化。通过这些综合措施，大体积混凝土的裂缝控制技术可得以有效实施，能确保结构的长期稳定性和耐用性，减少后期维护的难度和成本，进而为建筑工程的可持续发展做出贡献。

3.2 冷却水降温控制技术应用

在大体积混凝土的施工过程中，温度控制技术是确保结构质量和防止裂缝产生的关键策略之一。特别是冷却水降温控制技术，它通过在混凝土内部布置冷却水管系统，实现对混凝土温度的有效管理。在混凝土达到终凝状态后，通过冷却水循环系统引入冷水，可以显著降低混凝土内部温度，有效避免因大体积混凝土内外部温差过大而导致的裂缝问题。这种方法是通过精确控制冷却水的流动，确保混凝土内部温度均匀，减少温度应力，从而防止裂缝的形成。此外，冷却技术还应考虑混凝土体的热传导特性，可通过调整冷却水的流量和循环速度，以达到最佳的冷却效果，进而保证混凝土结构的质量和稳定性。

为更精确地控制和监测大体积混凝土内部的温度，施工过程中还会在混凝土体内部布设测温点和温度传感器。这些测温设备能够实时监测混凝土内部的温度变化，为冷却水流量的调整提供数据支持。通过实时数据分析，施工团队可以确保将混凝土内外部的温差控制在25℃以内，从而避免因温差过大引起的裂缝。在冷却水管的布局方面，采取从热中心区域向边缘区域流动的设计，能确保冷却效果的均匀性。同时，需注意水管进出口的合理安排和固定，可采用牢靠的钢筋骨架和支撑桁架，以防止在混凝土浇筑过程中水管发生变形，从而确保整个冷却系统的稳定性和效率。通过这些综合措施，大体积混凝土的温度控制技术不仅能提高结构的安全性和耐久性，也可为高质量建筑工程的实现提供坚实的基础。

3.3 设计控制技术的应用

在建筑工程设计阶段，大体积混凝土裂缝控制的核心策略在于优化结构设计，此举具有决定性意义。确保结构平面形状的刚度均匀对称，是避免裂缝产生的关键。通过精心设计结构的平面形态，控制其长度及凹凸部位，可以显著降低因结构约束度高而导致的应力集中现象。特别是对于外挑和内收等结构特点，需进行特殊处理以减少约束，避免因结构突变而引起的裂缝。此外，钢筋保护层的厚度选择也至关重要，选择最小的保护层厚度可以减少裂缝的风险。

设计中的配筋策略也对大体积混凝土裂缝控制具有重要影响。在设计时加入构造钢筋，特别是在结构高低错落和交接位置，可以强化这些容易产生裂缝的区域。在边缘等裂缝易发位置设置暗梁，提升配筋率，可增强混凝土的极限拉伸能力。此外，注重补偿配筋的设计，采用细直径且密布的构造筋，可以有效提高混凝土的抗裂性能。通过这些细致入微的设计调整，可以在结构层面预防裂缝的产生，从源头上提升大体积混凝土结构的整体性能和耐久性，进而为实现高质量建筑工程目标提供坚实的技术支撑。

3.4 浇筑控制技术的应用

在大体积混凝土工程的施工过程中，浇筑控制技术的应用是确保结构质量，特别是减少裂缝产生的关键环节。采用商用混凝土遵循一定的坡度和顺序，并执行分区定点浇筑策略，一次性浇筑到位，有助于保证混凝土施工的均匀性和连续性。通过这一严格的浇筑工艺，可以有效控制混凝土在硬化过程中的温度梯度，减少由于温差引起的内部应力，从而显著提升混凝土的整体性和减少裂缝的风险。此外，这种浇筑方法还能保障混凝土密实度和均匀性，对提高结构的耐久性和抗裂性能起到积极作用^［4］。

在混凝土施工技术中，对于混凝土表面和钢筋的处理也至关重要。由于混凝土坍落度较大，钢筋下部容易积聚水分，上部则易形成裂缝。因此，采用在混凝土初凝前和预沉后进行二次抹面压实的方法，是防止裂缝产生的有效措施。这种技术通过增加混凝土表面的密实度和均匀性，能够有效避免裂缝的形成。完成二次抹面压实后，立即进行覆盖保温处理，是保证混凝土缓慢均匀硬化，进一步减少裂缝风险的重要步骤。通过这些精细的施工控制技术，可以大幅提升大体积混凝土结构的质量，确保其在长期使用过程中的稳定性和安全性。

4 结语

总之，大体积混凝土在建筑工程中的应用日益广泛，而裂缝控制技术的有效实施对于保证结构的稳定性和延长其使用寿命至关重要。从材料选择、设计优化到施工技术的精细控制，每一个环节都扮演着不可或缺的角色。通过采用低收缩和微膨胀的水泥、优化结构设计、以及实施精确的浇筑和温度控制措施，可以有效减少裂缝的产生。这些控制策略不仅能提高建筑物的整体质量，也为解决大体积混凝土结构中裂缝问题提供了系统的解决方案，标志着建筑技术正向更高标准迈进。

参考文献：

［1］高晨渊.建筑工程大体积混凝土温度裂缝控制研究［J］.工程技术研究，2023，8（18）：162-164.

［2］牛晓丹.大体积混凝土裂缝控制技术研究［J］.散装水泥，2022（6）：143-144，147.

［3］刘小虎.建筑工程大体积混凝土裂缝控制方法分析［J］.建筑发展，2021，5（2）：5-6.

［4］樊俊江.内衬墙大体积混凝土温度监测及裂缝控制技术［J］.新型建筑材料，2022（10）：45-50.