大体积混凝土施工中的裂缝控制探讨

姚云鹏

（重庆建工第二建设有限公司，重庆 400000）

0 引言

在建筑工程项目施工过程中，混凝土作为重要的施工材料，其施工质量关系着整个工程的质量。目前随着建筑规模的不断扩大，混凝土结构也不断增大，且为了考虑到建筑物整体的受力安全，需要增大基础混凝土的尺寸，以此保证混凝土结构的稳定性和安全性。但是在大体积混凝土施工过程中，由于受到许多因素的影响，使得裂缝问题较为突出，一旦发生裂缝问题，很容易带来许多安全隐患。因此，在具体的施工过程中，必须要对大体积混凝土施工中的裂缝问题进行关注，综合考虑施工裂缝的特点、成因等相关要素，然后在此基础上采取有效的措施加以控制，保证混凝土施工的质量，从而优化工程项目的施工质量。

1 大体积混凝土施工中常见的裂缝类型及成因

1.1 裂缝类型

在大体积混凝土施工过程中，裂缝问题较为突出，如果按照裂缝的程度大小来区分，大致分为三种类型，分别为以下：

（1）表层裂缝。通常情况下这种裂缝问题带来的危害不是很大，主要的由于温度因素而导致，且表层裂缝并不会对混凝土结构的受力安全造成影响。但是表层裂缝会对混凝土结构的外观造成影响，给人一种不安全的观感。

（2）深度裂缝。顾名思义，深度裂缝的深度相对比较深，可能会导致部分结构面被切断，这样就会对混凝土结构的受力安全造成影响，而且也会对混凝土的耐久性造成不良的影响。

（3）贯通裂缝。这种裂缝类型较为较为严重，一旦发生贯通裂缝，就会彻底将整体混凝土结构切断，所带来的后果则非常严重，必须要采取有效的加固措施进行防治。

1.2 裂缝原因

导致大体积混凝土施工中出现裂缝问题的原因有许多，主要体现在以下几个方面：

（1）受到混凝土原材料的影响。在大体积混凝土施工过程中，混凝土的构成要素包括水泥、砂、石、水等原材料，这些原材料需要根据一定的比例配比并充分搅拌从而凝结成为一个整体。但是在这一期间水泥在接触到水分之后会产生水化作用，并释放出较高的热量，而部分热量并未完全释放，反而是聚集在混凝土内部结构中，这样就会产生混凝土内外部结构的温度偏差过大，使得温度应力产生，进而使得混凝土结构出现表层裂缝。简而言之，导致大体积混凝土出现裂缝的因素主要体现在水泥的种类、强度、用量、尺寸大小等因素。

（2）收缩变形。在大体积混凝土施工过程中，混凝土结构收缩变形也是导致裂缝产生的主要原因之一。通常情况下，在混凝土拌合过程中会因为水泥水化作用将大部分的水分蒸发掉，仅保留不足25%的水分。但是在混凝土浇筑养护期间，在长时间的作用下，养护水分会逐渐蒸发流失，这样就会导致混凝土内部结构出现干缩变形的现象，进而产生裂缝。

（3）受到结构特性的影响。混凝土结构具有压应力和拉应力的特点，虽然能够承受一定的压应力，但是在混凝土水泥水化作用影响下，拉应力会急剧增大，一旦超过混凝土承受的拉应力极限，势必会产生混凝土表层裂缝。

（4）受到温度影响。在大体积混凝土施工过程中，混凝土养护工作尤其重要，一般情况需要在20℃的温度环境下进行养护。但是随着环境温度的变化，一旦超出这个范围就会对混凝土的强度造成不良的影响，尤其是在温度下降的情况选，就会产生温度应力变化，进而使得裂缝产生。

2 工程概况

某工程由于工程的特殊性，所以对其支撑结构的抗裂要求较高。从平面图纸来看，该项目工程的底板筏基为中间正六变形呈下沉台阶的对称圆形，见图1，底部标高为-12.500m，中间正六边形下沉台阶的厚度为2.55m，边缘厚度则在4.55m，总的混凝土方量在7300m3左右。在底板施工过程中，主要采用的分层一次性不间断连续的浇筑法进行施工，将整个筏板连成以各整体，且没有伸缩缝。

图1 筏基础平面

由于混凝土方量较大，结构较为复杂，且抗裂要求较高，加之该项目环境的影响，存在较大的昼夜温差，因此使得混凝土养护工作难度增大。另外，在大体积混凝土施工过程中，降低或者延缓水化热释放始终是重点关注的问题，需要对混凝土的原材料配合比进行优化，从而保证混凝土强度的同时，能够降低水泥用量和增加粉煤灰的比例，进而达到降低或延缓水化热释放的目的。该项目的底板混凝土原材料构成为：水泥型号为P·Ⅱ42.5，粉煤灰等级为F类Ⅰ级，主要使用了河砂和中砂，碎石的直径有两种类型，分别是5～25mm和16～31.5mm，水则是淡水，并添加了ZWL-A-2型高效缓凝泵送剂。具体的配比参数及混凝土热性能参数可见表1和表2。

表1 混凝土相关参数

表2 混凝土热性能参数

3 混凝土温度和应力模拟分析及控制措施

3.1 温度分析

在对混凝土温度分析过程中，主要是针对水泥水化热反应全过程，包括水化热的产生、传导及流失，主要采用的是有限元模拟计算方法，利用热源函数、弹性模量函数、温度变化函数等来反映混凝土动态养护工况下的水化热全过程。考虑到工程特殊性及混凝土筏基的约束条件，在采用有限元模型计算时需要对混凝土筏基、垫层和基岩进行建模，同时在计算过程中需要考虑到基岩对混凝土筏基的影响，厚度方向上取5m，边缘宽出筏基4m的距离。

筏基混凝土为双轴对称，计算时则选取1/4模型，并采用空间八节点等单元划分网络，见图2。温度取值按照当地近三年同期平均气温进行模拟，根据混凝土材料配合比及水化热参数计算可得热源函数，见图3。对水化热、环境及边界约束工况下的筏基不同龄期温度变化计算，具体可见图4。根据图4分析得知，在水泥产生水化反应时，温度加速升温，并在内部结构中聚集热量，在达到峰值65.8℃后进入到了降温阶段，且降温速率逐渐降低。

图2 底板基础有限元模型

图3 混凝土热源函数

图4 筏基不同龄期温度变化

3.2 应力分析

考虑到温度变化使得混凝土应力发生变化，进而使得混凝土开裂，通过利用弹性模量函数来反映各温度阶段反映混凝土拉力情况，见图5和图6。

根据上图分析得知，72h前应力发挥主导作用，由于边缘位置较早进入降温阶段，所以首先在角部和策略出现应力。随着这些部位温度快速降低，拉应力也逐渐增大，很容易产生混凝土表面开裂的情况，因此需要加强这一阶段的保温养护，将里表温差降低。待7d后，由于温度速率降低使得拉应力趋缓，各部位温度梯度也逐渐减小，属于整体可控的状态，但是仍然需要对快速降温阶段加以重视，需要提前采取有效的预防措施进行控制。这便需要加强施工监测，对混凝土不同部位的温度变化进行实时监测，可以通过在阀基混凝土中可观的部位安装3层传感器进行监测。

图5 弹性模量函数

图6 正应力分布

4 结论与建议

本文先是分析了大体积混凝土常见的裂缝类型及成因，然后结合具体工程项目验证了大体积混凝土施工中裂缝的原因，并通过有限元模拟计算获得相关数据，以此了解混凝土温度和应力变化，以此为控制裂缝提供数据支撑。具体获得以下结论：

（1）在混凝土浇筑过程中，快速降温阶段是混凝土开裂的危险阶段，因此需要在这一阶段采取有效的温度控制措施和应急方案，确保应力趋于缓解。

（2）混凝土原材料的配合比对其温度变化和应力变化影响较明显，因此需要降低或延缓水化热的释放，以此控制裂缝问题产生。

（3）在混凝土养护过程中，由于空气中流散热度较强，使得表面收缩较强烈，加之存在空间复杂性的约束，很有可能发生开裂问题，因此在养护时也要重点关注一问题，采取有效措施解决。另外需要提前对极端天气进行预警，制定应急方案，避免出现开裂风险。