大体积混凝土施工裂缝控制技术研究与应用

一、引言

大体积混凝土在水利工程、高层建筑基础、桥梁承台等工程中应用广泛。其结构尺寸大、混凝土用量多，施工过程中易出现裂缝问题。裂缝的产生不仅会影响结构的外观质量，还可能削弱结构的承载能力，降低结构的耐久性，导致钢筋锈蚀、渗漏等问题，严重威胁工程安全 。据统计，因大体积混凝土裂缝引发的工程质量事故占比逐年上升，给工程建设带来巨大的经济损失和安全隐患。因此，深入研究大体积混凝土施工裂缝控制技术，对保障工程质量、延长结构使用寿命具有重要的现实意义。

二、大体积混凝土施工裂缝产生的原因分析

2.1 温度应力因素

大体积混凝土在浇筑后，水泥水化过程中会释放大量的热量，导致混凝土内部温度急剧升高。由于混凝土导热性能差，内部热量难以散发，形成较大的内外温差 。当内外温差超过一定限值时，混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力。而混凝土的抗拉强度远低于抗压强度，当表面拉应力超过混凝土的抗拉强度时，就会导致裂缝的产生。此外，在混凝土降温阶段，温度逐渐降低，混凝土体积收缩，受到基础或已硬化混凝土的约束，也会产生拉应力，进一步加剧裂缝的发展。

2.2 收缩变形因素

大体积混凝土的收缩变形主要包括塑性收缩、干燥收缩和自生收缩。塑性收缩发生在混凝土浇筑后的塑性阶段，由于表面水分蒸发速度过快，混凝土表面失水收缩，而内部混凝土仍处于塑性状态，无法对表面收缩产生约束，从而导致表面裂缝的出现 。干燥收缩是指混凝土在硬化过程中，内部水分逐渐散失，引起混凝土体积缩小。大体积混凝土由于表面积与体积比较小，水分散失相对较慢，但在长期干燥环境下，仍会产生明显的干燥收缩裂缝。自生收缩是由于水泥水化过程中化学收缩引起的，在大体积混凝土中，自生收缩也会对裂缝的产生有一定影响。

2.3 约束条件因素

大体积混凝土在浇筑过程中，会受到来自基础、地基、相邻结构等的约束作用。当混凝土在温度变化或收缩变形时，由于约束的存在，混凝土内部会产生应力 。例如，基础对混凝土的约束会限制混凝土的自由收缩，当收缩应力超过混凝土的抗拉强度时，就会产生裂缝。此外，混凝土内部不同部位之间的约束，如混凝土内部与表面之间、不同浇筑层之间的约束，也会导致应力集中，引发裂缝。

三、大体积混凝土施工裂缝控制技术

3.1 原材料选择与配合比优化

在原材料选择方面，优先选用水化热较低的水泥，如矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥等，以减少水泥水化热的产生 。同时，合理选择骨料，粗骨料宜采用粒径较大、级配良好的碎石，可减少水泥用量；细骨料选用中砂，保证骨料的含泥量符合规范要求，避免因骨料含泥量过高影响混凝土的强度和抗裂性能。在配合比设计中，通过掺加适量的粉煤灰、矿粉等矿物掺合料，替代部分水泥，降低水泥水化热，改善混凝土的工作性能和耐久性。此外，合理控制水胶比，在满足施工和易性的前提下，尽量降低水胶比，减少混凝土的收缩变形。

3.2 优化浇筑工艺

采用分层分段浇筑工艺，控制每层浇筑厚度和浇筑速度，使混凝土内部热量能够均匀散发 。分层浇筑时，层间间隔时间应控制在混凝土初凝时间以内，确保上下层混凝土之间的良好粘结。对于大面积的大体积混凝土，可采用斜面分层浇筑法，从浇筑层下端开始，逐渐上移，保证混凝土的浇筑质量。在浇筑过程中，加强振捣，确保混凝土密实，但要避免过振和漏振，防止出现蜂窝、麻面等质量缺陷，影响混凝土的抗裂性能。

3.3 温控措施

温控是大体积混凝土裂缝控制的关键环节。在混凝土内部埋设温度传感器，实时监测混凝土内部和表面的温度变化 。通过在混凝土表面覆盖保温材料，如棉被、塑料薄膜等，减少混凝土表面的热量散失，降低内外温差。当混凝土内部温度过高时，可采用冷却水管通水降温的方法，带走混凝土内部的热量。同时，合理控制混凝土的降温速率，避免降温过快导致混凝土产生过大的拉应力。一般来说，混凝土的降温速率不宜超过 2^∘C/d

3.4 养护措施

加强混凝土的养护工作，保持混凝土表面湿润，延缓混凝土的干燥收缩 。在混凝土浇筑完成后，及时覆盖保湿材料，并定期洒水养护。养护时间应根据混凝土的强度增长情况和环境条件确定，一般不少于 14 天。对于大体积混凝土，可采用蓄水养护或喷雾养护等方式，提高养护效果，减少裂缝的产生。

四、大体积混凝土施工裂缝控制技术的应用案例

4.1 工程概况

在一项规模宏大的桥梁建设项目中，承台工程显得尤为关键。承台的尺寸达到了 20 米长、15 米宽以及 4 米高，这样的尺寸使得它成为了典型的大体积混凝土结构。这项工程位于一个夏季气温较高且昼夜温差较大的地区，这样的气候条件对大体积混凝土施工过程中裂缝的控制提出了更为严格的要求，以确保工程的质量和安全。

4.2 裂缝控制技术应用

在该工程中，采用了上述裂缝控制技术。原材料选择方面，选用了低水化热的矿渣硅酸盐水泥，粗骨料采用 5-31.5mm 连续级配碎石，细骨料为中砂，掺加了 20% 的粉煤灰和 15% 的矿粉 。配合比设计时，将水胶比控制在 0.45，保证混凝土的和易性和强度。浇筑工艺上，采用斜面分层浇筑法，每层浇筑厚度控制在 ​ ，浇筑速度控制在每小时 15m³ 左右。温控措施方面，在混凝土内部埋设了温度传感器，实时监测温度变化，当内部温度与表面温度差值超过 25^∘C 时，启动冷却水管通水降温，并在混凝土表面覆盖双层棉被进行保温。养护方面，采用蓄水养护方式，养护时间为 21 天。

4.3 应用效果

通过采用上述裂缝控制技术，该桥梁承台工程在施工过程中未出现明显的有害裂缝，混凝土强度和耐久性满足设计要求。经检测，混凝土内部最高温度为 65^∘C ，内外最大温差控制在 20^∘C 以内，降温速率控制在 1.5^∘C/d 左右，有效保证了工程质量，取得了良好的经济效益和社会效益。

五、结论

大体积混凝土施工裂缝控制是一项系统工程，需要综合考虑多种因素，采取有效的控制技术。通过合理选择原材料和配合比、优化浇筑工艺、加强温控和养护措施等，可以有效减少大体积混凝土施工裂缝的产生，保障工程结构的安全性和耐久性。在实际工程中，应根据工程特点和环境条件，制定针对性的裂缝控制方案，并严格按照方案实施，确保大体积混凝土施工质量。随着建筑技术的不断发展，大体积混凝土裂缝控制技术也需要不断创新和完善，以适应更高的工程建设要求。

参考文献

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