土建工程中大体积混凝土裂缝控制的技术与管理策略

摘要： 本文旨在深入探讨土建工程中大体积混凝土裂缝控制的技术与管理策略。通过对大体积混凝土裂缝产生原因的详细分析，包括水泥水化热、混凝土收缩、外部约束等因素，提出了一系列针对性的技术措施，如优化混凝土配合比、采用温控技术、改善施工工艺等，并阐述了相应的管理策略，涵盖施工组织管理、质量监督与检验、人员培训等方面。综合运用这些技术与管理策略，能够有效减少大体积混凝土裂缝的产生，提高土建工程的结构安全性与耐久性，为土建工程领域的专业人士提供有价值的参考与借鉴。

关键词：土建工程；大体积混凝土；裂缝控制；技术措施；管理策略

一、引言

在土建工程中，大体积混凝土结构被广泛应用，如高层建筑的基础、大型桥梁的桥墩、水利工程的大坝等。然而，大体积混凝土由于其体积大、水泥用量多、水化热高等特点，容易产生裂缝。这些裂缝不仅影响混凝土结构的外观，更严重的是会降低结构的强度、刚度和耐久性，甚至可能导致结构的破坏，危及建筑物的安全使用。因此，研究大体积混凝土裂缝控制的技术与管理策略具有极为重要的现实意义，有助于提高土建工程的质量，保障人民生命财产安全，促进土建行业的可持续发展。

二、大体积混凝土裂缝产生的原因分析

（一）水泥水化热

水泥在水化过程中会释放大量的热量，大体积混凝土内部由于混凝土的导热性较差，热量积聚难以散发，导致内部温度迅速升高。而混凝土表面散热相对较快，形成较大的温度梯度。当温度应力超过混凝土的抗拉强度时，就会产生裂缝。例如，在大型筏板基础混凝土浇筑中，水泥水化热使内部温度可升高至 60℃ - 80℃，而表面温度可能只有 20℃ - 30℃，这种巨大的温差产生的温度应力极易引发裂缝。

（二）混凝土收缩

混凝土收缩主要包括塑性收缩、干燥收缩和自收缩等。塑性收缩发生在混凝土浇筑后的早期，由于混凝土表面水分蒸发速度快于内部水分向表面迁移的速度，混凝土表面失水干燥而产生收缩。干燥收缩则是在混凝土硬化过程中，随着水分的不断散失，混凝土体积逐渐减小。自收缩是由于水泥水化过程中消耗内部水分，使混凝土内部相对湿度降低而引起的收缩。这些收缩变形如果受到约束，就会产生拉应力，当拉应力超过混凝土的抗拉强度时，便会形成裂缝。

（三）外部约束

大体积混凝土结构在施工和使用过程中会受到外部约束，如基础与地基之间、混凝土结构与相邻结构之间等。当混凝土因温度变化或收缩而产生变形时，外部约束会限制其变形，从而在混凝土内部产生应力。例如，在高层建筑的基础施工中，基础混凝土受到周围土体和下部岩层的约束，当混凝土产生收缩或温度变形时，就容易在基础与约束体的接触部位产生裂缝。

（四）施工工艺与材料因素

施工过程中的不当工艺也会导致混凝土裂缝。如混凝土搅拌不均匀，各组分分布不合理，影响混凝土的性能；浇筑顺序不合理，分层厚度过大或振捣不密实，导致混凝土内部存在空隙和薄弱部位；养护不及时或养护方法不当，使混凝土表面水分散失过快或内部水化反应不完全等。此外，原材料的质量也对混凝土裂缝产生影响。例如，水泥的品种、强度等级、安定性等，骨料的粒径、级配、含泥量等，外加剂的种类、掺量等因素若不符合要求，都可能增加混凝土裂缝产生的可能性。

三、大体积混凝土裂缝控制的技术措施

（一）优化混凝土配合比

1. 水泥品种与用量选择

优先选用低热水泥或中热水泥，如矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥等，以降低水泥水化热。在满足混凝土强度和工作性能要求的前提下，尽量减少水泥用量。可通过掺加粉煤灰、矿渣粉等矿物掺合料来替代部分水泥，这些矿物掺合料不仅能降低水化热，还能改善混凝土的微观结构，提高混凝土的耐久性。例如，在某大型基础混凝土配合比设计中，采用粉煤灰替代 20% - 30%的水泥，有效减少了水化热的产生，同时提高了混凝土的后期强度。

2. 骨料级配优化

选择粒径较大、级配良好的骨料，以减少骨料的空隙率，降低混凝土的水泥用量和用水量。良好的骨料级配能够使混凝土更加密实，提高混凝土的强度和抗裂性。例如，采用 5 - 31.5mm 的连续级配碎石和中砂，通过试验确定最佳的砂率，使骨料形成紧密堆积状态，减少混凝土内部的孔隙，从而降低混凝土的收缩变形。

3. 外加剂的合理使用

合理使用外加剂，如减水剂、缓凝剂、膨胀剂等。减水剂能够在不改变混凝土工作性能的前提下，减少用水量，降低水灰比，提高混凝土的强度和抗渗性。缓凝剂可延长混凝土的凝结时间，有利于混凝土在水化热释放过程中热量的散发，降低混凝土内部的温度峰值。膨胀剂在混凝土硬化过程中产生一定的膨胀，补偿混凝土的收缩，减少收缩裂缝的产生。例如，在高温季节施工时，加入适量的缓凝剂，使混凝土的初凝时间延长至 8 - 10 小时，有效控制了混凝土内部温度的上升速度。

（二）温控技术应用

1. 混凝土内部温度监测

在大体积混凝土施工中，精确掌握混凝土内部温度变化情况是实施有效温控措施的基础。通过在混凝土内部埋设温度传感器，构建起一个实时的温度监测网络。在大型桥墩混凝土浇筑这类典型的大体积混凝土工程中，为了全面、精准地捕捉温度场信息，会沿着桥墩的高度方向以及横截面方向合理布置多个温度传感器。这些传感器如同一个个精密的“体温计”，深入混凝土内部，每隔 2 - 3 小时便自动采集一次温度数据。

采集到的海量温度数据会被及时汇总整理，并绘制成直观的温度曲线。专业技术人员通过对温度曲线的细致分析，可以清晰地洞察混凝土内部温度的变化趋势。例如，当发现某一区域的温度在短时间内上升速率过快，远超正常范围，或者是不同部位之间的温度梯度急剧增大时，这就意味着混凝土内部的热应力正在迅速积累，有引发裂缝的潜在危险。此时，便可依据这些监测数据及时且针对性地调整温控方案。比如，若内部温度上升过快，可适当加快冷却水管的通水速度或降低冷却水温度；若温度梯度过大，则可能需要加强表面保温措施，从而有效平衡混凝土内部的温度分布，将温度裂缝扼杀在萌芽状态。

2. 冷却水管降温

冷却水管降温是大体积混凝土温控的关键技术手段之一。在混凝土内部设置冷却水管，是利用热交换原理，通过循环流动的冷却水带走混凝土内部因水泥水化热而积聚的热量，从而实现降低混凝土内部温度的目的。冷却水管的布置绝非随意为之，而是需要综合考量混凝土结构的独特形状、具体尺寸以及水化热产生的实际情况等多方面因素进行科学合理的设计。

通常情况下，会选用直径在 25 - 50mm 之间的钢管作为冷却水管，这种管径既能保证足够的水流量，又便于施工安装。管间距一般设定为 1.0 - 1.5m，水管层距则控制在 0.8 - 1.2m。在实际施工中，以某大型筏板基础施工为例，在混凝土浇筑过程中或者浇筑刚刚完成后，便立即启动通水冷却程序。为了达到理想的降温效果，还需要精确控制冷却水的温度和流量。通过精心调试与严格控制，使得该大型筏板基础混凝土内部的最高温度成功控制在 50℃以内。这一显著的降温效果有效缓解了混凝土内部因温度应力而产生裂缝的风险，确保了筏板基础的结构完整性与稳定性，为整个工程的顺利推进奠定了坚实的基础。

3. 表面保温与保湿

混凝土表面的保温与保湿处理对于大体积混凝土裂缝控制同样意义非凡。在混凝土浇筑完成后，第一时间在其表面覆盖保温材料是必不可少的环节。常见的保温材料有草帘、棉被、塑料泡沫板等，这些材料能够有效减缓混凝土表面热量的散失速度。而保温材料的厚度并非固定不变，它需要根据当时的环境温度以及混凝土内部温度进行精确计算确定。例如在寒冷的冬季施工时，由于外界环境温度极低，混凝土内部热量散失速度加快，为了维持混凝土表面与内部的温度平衡，就需要增加保温材料的厚度，采用双层塑料薄膜覆盖并配合定期洒水的方式。

洒水以及覆盖塑料薄膜等操作主要是为了保持混凝土表面的湿润状态，减少表面水分的散失。这是因为混凝土在硬化过程中，如果表面水分蒸发过快，会产生干缩裂缝。通过保湿处理，不仅可以有效防止干缩裂缝的出现，还能为混凝土的水化反应提供持续的水分支持，促进混凝土强度的稳定增长。在冬季施工的案例中，通过上述保温保湿措施的协同作用，成功将混凝土表面温度与内部温度差值控制在 20℃以内，有效避免了因温差过大导致的表面裂缝，保障了大体积混凝土结构在恶劣环境下的施工质量与耐久性。

五、结论

土建工程中大体积混凝土裂缝控制是一个复杂而系统的工程，需要综合运用技术措施和管理策略。通过深入分析裂缝产生的原因，采取优化混凝土配合比、应用温控技术、改善施工工艺等技术措施，能够有效减少混凝土内部温度应力、收缩应力等，从而降低裂缝产生的可能性。同时，加强施工组织管理、质量监督与检验、人员培训等管理策略的实施，能够确保各项技术措施的有效执行，提高大体积混凝土的施工质量。在实际工程中，应根据工程的特点和具体情况，制定科学合理的裂缝控制方案，不断总结经验，探索创新，进一步提高大体积混凝土裂缝控制水平，为土建工程的安全、稳定和可持续发展提供有力保障。

参考文献：

[1] 王涛. 大体积混凝土裂缝产生原因及控制技术探讨[J]. 建筑技术开发， 2022， 49（17）： 113-115.

[2] 刘红梅. 大体积混凝土施工中裂缝控制的综合策略研究[J]. 混凝土与水泥制品， 2021（08）： 87-90.