路桥工程项目中大体积混凝土温控防裂技术应用研究

引言

大体积混凝土结构在施工过程中，受前期内外约束导致收缩变形，极为容易出现多种形式的开裂现象，成为工程项目施工质量最为关键的影响因素。在传统施工工艺中，通过在大体积混凝土内布置循环水管冷却，成为控制裂缝发生的主要方式。但是在实际施工中，受意外因素影响，会出现混凝土无法连续浇筑、冷却水无法及时停水、混凝土降温幅度过大、降温速率过快等问题，同样会导致开裂现象发生。以智能化技术为支持的新型温控防裂技术，能够有效规避上述问题发生，在当前各类路桥工程项目大体积混凝土施工中，已经得以广泛应用，具有良好推广价值。

1 大体积混凝土的定义及特点

在我国的《大体积混凝土施工规范》（GB50496- 2018）中有关大体积混凝土的定义标准是：“混凝土构造物实体最小尺寸不小于 1 米的大体量混凝土，或估计会因混凝土中胶凝原料水化热引起的温度变化或收缩而导致有害裂缝产生的混凝土称作大体积混凝土”。混凝土主要成分是水、沙、石，再具体细分下来就是粗细骨料、胶结材料、水，粗骨料里面一般都是碎石、砾石等，细骨料则有河沙、海沙、人工砂等，主要就是起到承受外力的作用，而像水泥、石膏等胶结材料的作用就是把所有骨料胶结在一起，使之发挥最大的作用。大体积混凝土的特色较平常混凝土是有一定区别，主要特色便是大体积混凝土的尺寸比较大，且内部升温较快、施工技术要求比较高、工程条件复杂、抗拉强度低。

2 大体积混凝土产生裂缝的原因

2.1 水化热配合比不当的影响

水泥和水搅拌后产生的一种化学反应就是大体积混凝土中的水化热现象。在施工过程中浇筑混凝土时，随着时间的推移，浇筑完的结构物会逐渐凝固，在凝固期间水泥会产生大量的热量而导致内部温度升高。但由于是大体积混凝土，内部的水化热散热缓慢，从而加剧结构裂缝的产生。除此之外，随着龄期的增长，混凝土的弹性模量和抗拉压强度都会增强，后期的抗拉强度不足以抵抗拉应力，裂缝就会产生。另外，混凝土的截面大小、水泥品种以及水泥与水的比例都是影响水化热温度大小的因素。

2.2 温度控制不严格的影响

施工过程期间，外界的温度变化也是影响大体积混凝土开裂的原因。如果是在高温环境下，需要浇筑的混凝土尺寸太大，混凝土内部就不容易散热，周围温度越高，混凝土的浇筑热度也就越高。一般混凝土的温度能达到 60＼～65 摄氏度，并且温度持续时间较长，由高温引起的过大温度应力是裂缝形成的原因之一。在低温条件下，特别是在冬季施工时温度过低，更易造成开裂。所以太高或太低的温度都会导致混凝土产生裂痕。

2.3 施工裂缝

施工裂缝是由于施工过程中操作不当或管理不到位引起的裂缝，主要发生在混凝土的浇筑、振捣、养护等环节。振捣不充分会导致混凝土结构内部空隙形成，降低结构的密实度和强度，从而诱发裂缝；过度振捣则可能引发骨料和水泥浆分离，导致局部性能不均，形成裂缝隐患。同时，混凝土浇筑中断或衔接不当会产生冷缝。冷缝通常出现在新旧混凝土的接触界面，其黏结性能较弱，易引发裂缝，特别是在受力较大的梁体和桥墩部位。养护不足也是施工裂缝的重要成因。混凝土硬化初期如果失水过快，表面会因干缩而产生裂缝；养护不充分则可能导致外部环境（如高温、风速）对混凝土造成额外影响，加剧裂缝的产生。

3 路桥工程大体积混凝土裂缝防治措施

3.1 优化施工时序

安排大体积混凝土浇筑时间的选择至关重要，如果盲目施工，可能由于环境温度的剧烈波动而引发混凝土内外温差过大，产生温度应力，导致结构开裂。为此，该工程在综合考虑施工进度、气温变化等因素的基础上，合理优化施工时序，将大体积混凝土浇筑安排在夜间进行。一方面，夜间气温较低，有利于控制混凝土入模温度；另一方面，夜间温度波动小，最大温差一般在 10% 以内，可以大幅度减小混凝土内外温差。同时，为避免白天混凝土表面温度骤升引起的温度应力，浇筑完成后及时采取覆盖保温等措施，延缓热量散失，实现温度平稳下降。

3.2 预冷混凝土拌和物

采用预冷技术降低混凝土的入模温度，是控制大体积混凝土温升的重要手段。该工程采取了在骨料中掺加冰屑的方法，使混凝土的初始温度控制在 20℃以下。理论上，每掺加 1% 碎冰（占混凝土质量），可使混凝土温度下降 0.5～1^∘C 。经计算，该工程掺冰量需达到拌和水用量的 50% ，方可满足入模温度要求。使用前需将冰屑提前加入骨料中，以保证冰屑均匀分散，防止出现结团和离析现象；同时，应适当延长拌和时间，确保冰屑完全融化，与其他材料充分、均匀混合。

3.3 混凝土养护

大体积混凝土浇筑后，由于水化反应产生大量热量，混凝土内部温度迅速升高，而表面温度相对较低，导致内外温差较大，这种温差如果控制不当，极易引发混凝土裂缝，影响结构的使用寿命。首先，在混凝土浇筑后，定期监测其内外温度变化，包括表面温度、降温速率、环境温度，每天进行4 次检查，将温度变化控制在可控范围内。其次，冷却管设置和使用。冷却管连续通水 7d，利用水循环带走混凝土内部的热量，科学降低内部温度。最后，混凝土表面养护。在混凝土表面覆盖 1 层土工布，并蓄水养护，蓄水深度保持在 20cm ，保持混凝土表面的湿润，防止表面过快干燥，利用水蒸发带走部分热量，降低表面温度。

3.4 材料控制

砂石含泥量是影响混凝土性能的重要因素，研究表明，砂石中的泥土含量过高会显著降低混凝土的流动性，减弱其黏结力，进而影响混凝土的使用强度。因此，在材料拌和过程中，必须将砂石的含泥量严格控制在 1% 以内，为了实现这一目标，施工方需定期对砂石进行含泥量检测，采用筛分方法将含泥量控制在可接受范围内，有效提高混凝土的流动性和黏结力，确保其施工质量。此外，外界温度对混凝土的性能也有显著影响，若外界温度超过 30% ，会加快混凝土凝结速度，导致其内部温度升高，进而增加裂缝产生的风险。为了应对这一问题，工作人员要在混凝土拌和蓄水池内加入适量冰块，科学降低混凝土的温度，不仅可以延缓混凝土的凝结速度，还能有效减少内部温度梯度，降低裂缝产生的可能性。抗裂剂通过改善混凝土的物理力学性能提高其抗裂能力，常用的抗裂剂包括膨胀剂、减缩剂和纤维等。膨胀剂通过化学反应产生体积膨胀，补偿混凝土的收缩变形；减缩剂通过降低混凝土的收缩率，减少裂缝的产生；纤维则通过提高混凝土的韧性，抑制裂缝的扩展。

结束语

在未来人工智能进一步融合应用背景下，智能温控防裂技术在大体积混凝土施工作业中的应用水平将会进一步提升，对技术人员而言，必须要适应技术发展要求，不断优化智能温控防裂技术应用方式，结合配合比优化等方式，从根源上做好大体积混凝土裂缝的有效控制，有效提升路桥工程项目施工质量，更好的推动我国公路事业高质量发展。

参考文献

[1] 张苏 . 土木建筑工程中大体积混凝土结构的施工技术 [J]. 大众标准化 ，2024（8）：64-66.

[2] 王军 ， 张祥吉 ， 李长生 ， 等 . 冻结法施工环境高强度大体积混凝土温度场演化规律 [J]. 混凝土 ，2024（6）：226-230.

[3] 高胜雨 ， 董瑞 ， 张晓轩 . 大体积混凝土施工中的裂缝预防与控制策略 [J]. 大众标准化 ，2024（6）：37-39.