建筑工程中大体积混凝土裂缝控制技术的运用分析

文摘 2025-01-25 07:04 河南

0　引言

在当代建筑工程领域，随着大型基础设施和高层建筑项目的增多，大体积混凝土因其在结构性能和经济效益上的优势而被广泛应用。然而，大体积混凝土结构易于出现裂缝，这直接影响到结构的耐久性和安全性，因此，裂缝控制技术的研究和应用成为了提升建筑工程质量的关键。

1　工程概况

本文以某综合办公楼为案例，该工程项目总建筑面积为43578.7m^{2，地上建筑面积为}32182.89m^{2，地下面积}11395.81m^{2，展现了空间利用的高效性}。该建筑由地上17层与地下2层组成，主楼建筑高度为79.9m，彰显了其在区域内的显著地位。从结构尺寸来看，东西长172.6m，南北宽35.7m，基础埋深8m，体现了建筑的宏伟与稳固。主要结构包括主楼筏板厚度1.5m和裙房筏板厚度0.7m，采用混凝土设计强度C40，抗渗等级P6，代表了大体积混凝土施工的典型应用。

2　大体积混凝土裂缝类型

根据该工程项目特点，采用大体积混凝土进行施工，这种混凝土需要控制其温度升高和温度梯度降低以避免混凝土因温度变化引起的损坏，需采用多种调节措施来控制温度。过程中容易产生以下几种裂缝。

2.1　干缩裂缝

干缩裂缝作为大体积混凝土结构中裂缝现象之一，主要由于混凝土结构在凝固期间出现了失水问题，产生体积收缩。干缩裂缝形状可能为网状、横向或纵向，具体形态由混凝土内部应力分布和结构约束条件共同决定。干缩裂缝的宽度可能在0.05～0.4mm之间，而裂缝深度一般不超过混凝土表面以下的1/4厚度。干缩裂缝形成过程中，初始裂缝通常在混凝土硬化初期出现，但随着混凝土继续失水和硬化，裂缝会逐渐扩展。此外，外部环境因素，如低湿度和高温度条件，会加速水分蒸发，从而增加干缩裂缝的发生风险。

2.2　温度裂缝

温度裂缝是由于温度变化引发的不均匀体积变化所致，在混凝土内部与外部环境温度差异显著时会产生温度裂缝。其形状呈现出多样性，表现为垂直或斜向，宽度和深度受混凝土材料属性及其温度梯度的影响。温度裂缝的宽度一般在0.1～1mm范围内，深度可达数十厘米，一般依结构尺寸和温度差异而不同。混凝土的热膨胀系数决定了材料对温度变化的响应程度，而较大的温度梯度加剧了内部应力，从而促进了裂缝的生成。在大体积混凝土硬化过程中，由于水泥水化反应释放的热量导致内部温度升高，而外层因环境冷却而温度较低，形成温度梯度，进而产生内部应力。若该应力超过混凝土的抗拉强度，则可能引起温度裂缝。

2.3　沉降裂缝

沉降裂缝主要由于基础不均匀沉降或混凝土在硬化过程中由于支撑不均引起。沉降裂缝的特征为垂直于混凝土浇筑方向，形状通常表现为直线或略呈曲线，清晰地反映了结构承载不均的状况。沉降裂缝的宽度具有可变行，一般在0.1mm至几毫米之间，深度则依据沉降程度及结构受力特点，从表面延伸至较深位置，甚至贯穿整个结构厚度。沉降裂缝发生的根本原因在于基础土的压缩性或施工期间混凝土自身的压实不充分，导致局部承载力下降。特别是在大跨度结构或负载较重的区域，由于下沉速率的不一致，容易在混凝土结构中引发裂缝。此外，混凝土浇筑后的早期，如果支模移除过早或施工荷载施加不当，也会诱发沉降裂缝。

2.4　收缩裂缝

收缩裂缝是由于材料自身收缩特性引起，尤其在硬化过程中由于水分散失或温度变化导致的体积减小。收缩裂缝类型常见于混凝土表面，其形状多呈网状或随机分布，直接体现了材料内部张力不均匀的分布。收缩裂缝的宽度一般在0.05～1mm，而深度则依裂缝宽度和混凝土材料性能不同而异，可从表层延伸至数厘米深。收缩裂缝的生成与混凝土的化学收缩和干燥收缩密切相关，其中化学收缩主要发生在水泥水化反应初期，干燥收缩则随着混凝土失水过程持续发生。环境条件，如温度、湿度以及混凝土的配比、养护方法等因素均可影响收缩裂缝的发展。

3　大体积混凝土裂缝控制技术运用措施

3.1　混凝土配合比设计控制

3.1.1　材料控制

在大体积混凝土裂缝控制技术中，混凝土配合比设计的材料控制环节至关重要。通过精确调整水泥、细骨料、粗骨料、粉煤灰及外加剂的比例和类型，可以有效减少裂缝的产生，提升结构的整体性能和耐久性。

基于工程实际情况，在水泥选择中应考虑其类型和强度等级。低热水泥或中热水泥由于其较低的水化热释放，对于减少温度引起的裂缝特别有效。推荐使用强度等级不低于42.5MPa的水泥，以确保混凝土的早期和长期强度。细骨料方面，河砂是常用的选择，其细度模数应控制在2.3～3.0范围内，以保证混凝土的工作性和减少水泥用量。细骨料的清洁度和颗粒级配对减少混凝土收缩裂缝有显著影响。粗骨料通常选用碎石或碎砾，粒径不应超过混凝土横截面厚度的1/4，最大粒径推荐不超过20mm。适当的粗骨料可以提高混凝土的抗压强度和减少收缩，通过优化骨料的级配，可进一步控制混凝土的干缩特性。粉煤灰作为一种常用的矿物掺合料，其加入量一般建议控制在水泥重量的20%～30%，既可以提高混凝土的工作性，又能减少水泥用量，从而有效降低水化热，减少温度裂缝的风险。外加剂的使用，如缓凝剂、减水剂等，可以改善混凝土的施工性能和强度发展。减水剂能够在不增加水泥用量的情况下，提高混凝土的流动性，减少水泥用水量，从而有效控制混凝土的干缩。推荐使用符合国家或国际标准的高效减水剂，其加入量依据具体产品性能而定，一般为水泥重量的0.5%～2.0%。

3.1.2　混凝土配合比

混凝土原材料配合比不仅能优化混凝土的力学性能，还能有效减少因温度变化、干缩等因素引起的裂缝。基于裂缝控制技术考虑的混凝土配合比具体参数(见表1)。

3.2　混凝土浇筑

混凝土浇筑过程的科学管理是减少裂缝发生的关键。该过程包括精确的混凝土浇筑、有效的振捣和细致的表面处理，每一环节都需严格控制，并采用适宜的设备与技术参数以确保混凝土结构的质量与耐久性。混凝土浇筑通常采用泵送技术，以确保混凝土的连续性和均匀性。例如，使用具有60m³/h输送能力的泵车(型号如SANYSG5260THB43)，能够满足中大型工程的需求。泵送压力应根据混凝土的稠度和输送距离调整，通常在5.2MPa左右。浇筑时，控制泵送速率至关重要，以避免过快引入的材料导致分层或是过慢造成的初凝，理想的泵送速率应在5～10m³之间。温度控制需在15～25℃之间，以避免极端温度对混凝土性能的影响。

振捣过程则通过高频振捣器来完成，以确保混凝土内部的密实度和均匀性。典型的振捣器如Wacker NeusonIRFU45型，具有12000～15000次/min的振动频率和40～60mm的振动棒直径，能够有效排除混凝土内的气泡和空隙。振捣时应注意振捣棒的垂直插入和逐渐提拉，以实现最佳的密实效果。振捣时间因混凝土稠度和振捣器性能而异，但一般建议每点在15～30s之间。

表面处理方面，为了提高混凝土表面的平整度和密实度，通常在振捣完成后进行。使用抹光机(如Allen Engineeringpro446)进行表面抹平，抹光机的刀片宽度和旋转速度需根据混凝土的表面状况和硬度进行选择和调整，一般推荐的旋转速度为60～120转/min。表面抹光过程中，应均匀覆盖整个表面，要确保没有漏抹的区域，以防止日后出现裂缝。

3.3　大体积混凝土结构养护

大体积混凝土结构养护对于控制裂缝发展、确保结构性能和延长使用寿命至关重要。养护过程需综合考虑混凝土的具体温度、养护方式和持续时间，然后采取科学合理的养护措施以最大限度减少裂缝和其他缺陷。混凝土浇筑完成后，初始养护阶段的温度控制至关重要。由于该工程日照温度常处于23～28℃，需将混凝土养护温度保持在10～25℃之间，以避免低温导致的混凝土强度发展缓慢或高温引起的快速水化反应和过早干燥。在初始养护阶段，应采用覆盖保温材料如泡沫塑料板或保温毯等，保持混凝土表面温度稳定，以避免因温度波动导致的内部应力增大。大体积混凝土结构通常采用湿润养护和温度控制养护两种主要方式。湿润养护包括覆盖湿布、喷水和使用养护剂等方法，目的是保持混凝土表面的湿润状态，避免水分过快散失。例如，可以在混凝土表面覆盖湿润的麻袋或喷洒细雾水，以维持表面湿度。此外，使用养护膜剂形成保护膜也是一种有效的湿润养护方法，养护膜剂应均匀涂覆，覆盖率100%，以确保养护效果。温度控制养护主要针对大体积混凝土内部的温度管理，以减少因温差引起的裂缝。在混凝土硬化初期，使用冷却管道循环冷水或采用表面覆盖反射性材料减少太阳辐射吸收，均能有效控制混凝土内部温度，防止温度过高。具体的温度控制措施应根据混凝土体积、环境条件以及结构特点综合设计。对于大体积混凝土结构，建议的最小养护时间为7ｄꎻ对于使用缓凝或低热水泥的混凝土，养护时间应延长至14ｄ或更长。在极端气候条件下，如高温干燥或低温冻结环境，养护时间和措施应相应调整，以确保混凝土性能的充分发展。

3.4　实施效果

大体积混凝土裂缝控制技术的运用是确保结构耐久性和功能性的关键。实施该技术后，通过定期监测和评估，可以观察到显著的改善效果。以下数据展示了在采用不同裂缝控制措施之前后，混凝土结构裂缝宽度的对比，从而直观反映了实施效果的显著性(见表2)。

通过优化混凝土配合比、确保混凝土振捣质量、采用有效的表面处理技术以及恰当的养护措施，大体积混凝土结构中裂缝的宽度得到了显著减小。特别是表面处理和养护方式的改进，使得裂缝宽度分别减少了75.0%和73.3%。这些数据充分说明了大体积混凝土裂缝控制技术在实际应用中的有效性。

4　结语

综上所述，通过本文的深入分析和实践验证，可清晰地看到，优化混凝土配合比、确保合理的浇筑和振捣、执行严格的表面处理以及采取有效的养护措施，显著减少了混凝土结构中的裂缝发生，提高了结构的整体质量与耐久性。所得结果不仅验证了裂缝控制技术的有效性，同时也为建筑工程实践提供了宝贵的技术指导和参考。

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