大體積混凝土施工裂縫成因及控制

隨著現(xiàn)代建筑工程的不斷發(fā)展和需求提升，越來越多的大跨度、大規(guī)模結(jié)構(gòu)如橋梁、水庫、高層建筑地基基礎(chǔ)、隧道以及地下綜合管廊等領(lǐng)域開始采用大體積混凝土技術(shù)。這類項目對混凝土材料的質(zhì)量有更高要求，并面臨更為嚴(yán)苛的力學(xué)性能、耐久性及施工難題，尤其是大體積混凝土由于結(jié)構(gòu)龐大，其內(nèi)部溫差應(yīng)力容易導(dǎo)致產(chǎn)生裂縫。因此，研究和控制此類裂縫形成原因成為保證工程質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一。

一、施工工藝與混凝土裂縫的關(guān)系研究

（一）澆筑方法對混凝土均勻性和密實(shí)度的影響

由甘肅甘州華電能源開發(fā)有限公司出資興建的陸上風(fēng)力發(fā)電項目，位于甘肅省張掖市甘州區(qū)平山湖蒙古族鄉(xiāng)北部22km，面積為北板洼灘地區(qū)的一片開闊地勢，海拔高度大約為1608.1m到1662.5m。此區(qū)域處于地理坐標(biāo)介于東經(jīng)100°43′~100°50′和北緯39°19′~39°22′。項目選址優(yōu)越，不僅緊鄰已完成的龍源風(fēng)電場，且與正建設(shè)中的中節(jié)能風(fēng)電場相鄰。距張掖市約60公里，附近擁有通行的土石路連結(jié)著省道S237道路系統(tǒng)，交通便捷。項目預(yù)計總裝機(jī)容量為100兆瓦（MW），包括十六臺單一6.25MW功率，配以高達(dá)120米的剛塔筒式風(fēng)機(jī)。每臺風(fēng)力發(fā)電機(jī)組配套一具專用的箱式變壓器進(jìn)行接線，形成單機(jī)單獨(dú)連接的方式。通過架空電纜構(gòu)成共計四回長度約35千伏特（kV）的35kV集合輸電線路，每個風(fēng)機(jī)的位置通過這條路線來供電，總路程長約29公里。

項目新建立了110千伏的升壓站，配備了額定容量為120兆瓦時的主要變壓器。這座升壓站將通過一回長110kV的架空輸電線路，接入電力匯集站并最終接入電網(wǎng)。為實(shí)現(xiàn)電力高效輸送和穩(wěn)定，采用導(dǎo)線型號JL/G1A-300/40的導(dǎo)線來搭建輸電體系，預(yù)計的總路徑長度達(dá)到約36公里。為保證混凝土的均勻分布和緊密填充能力，施工過程中應(yīng)采取分段間隔澆筑或者分層澆筑等方法，并配合滑模技術(shù)進(jìn)行操作，從而能有效管控澆筑的速率與混凝土凝固時長，最大限度預(yù)防和減少可能出現(xiàn)的裂縫問題。同時需合理規(guī)劃澆筑過程和順序以消除 “冷接縫”的出現(xiàn)，保證整體結(jié)構(gòu)質(zhì)量和施工流程順暢性。通過綜合規(guī)劃上述各個部分的技術(shù)實(shí)施，確保了甘肅華電甘州平山湖10萬千瓦風(fēng)電項目的整體設(shè)計與建造達(dá)到高標(biāo)準(zhǔn)，既保障了工程的質(zhì)量也提升了其運(yùn)行效率，充分展現(xiàn)了一座現(xiàn)代高效風(fēng)電場所應(yīng)有的技術(shù)和創(chuàng)新應(yīng)用水平。

（二）振搗方式對混凝土均勻性和密實(shí)度的影響

有效的振搗技術(shù)對提高混凝土的質(zhì)量至關(guān)重要，這直接影響到最終建筑結(jié)構(gòu)的安全性和耐用性。通過合理的使用振搗設(shè)備，如振動梁、平板振搗棒、高頻震動錘或是內(nèi)振棒等，能夠大大提升澆注后的混凝土均勻性和密實(shí)度。正確執(zhí)行振搗作業(yè)，不僅要做到振動充分、覆蓋全面，還需避免過度的振動力產(chǎn)生不必要的內(nèi)部裂痕，從而影響建筑物的整體穩(wěn)定性與耐久度。在施工初期，首先需要合理布放模板，并進(jìn)行嚴(yán)格的定位，這是為了確保振搗的效果不會因?yàn)槟０宓钠被蜷g距過大而失效。之后選用適宜類型的振搗器，如振動梁適用于澆筑寬大的平面結(jié)構(gòu)，因?yàn)樗軌蚋咝У貙⒛芰糠稚⒌秸麄€區(qū)域，使混凝土表面平整的同時保證強(qiáng)度。而平板振搗棒則更適應(yīng)于狹窄的角落和細(xì)小的空間，它可以更加精細(xì)化處理，保證每一寸混凝土都能充分振搗。頻率與強(qiáng)度的把握則是振搗技術(shù)的關(guān)鍵所在，過高可能導(dǎo)致混凝土開裂，過低則影響振搗的實(shí)效。因此，施工人員應(yīng)當(dāng)在實(shí)際操作中細(xì)心調(diào)節(jié)振搗頻率，找到最佳振幅和時間，從而實(shí)現(xiàn)混凝土密度的完美均衡。

（三）振搗時間對混凝土均勻性和密實(shí)度的影響

振搗時間作為混凝土施工工藝中的一個關(guān)鍵因素，其精準(zhǔn)把握對于混凝土最終的性能與穩(wěn)定性具有決定性作用。正確的振搗時間能確保空氣和水分的有效排出，促使混凝土內(nèi)部達(dá)到最佳的密實(shí)狀態(tài)，使得最終結(jié)構(gòu)擁有良好的力學(xué)性能。

在混凝土新澆后進(jìn)行適時振搗，能夠借助振動力排除多余的空氣與水分，這些雜質(zhì)的存在往往會形成日后可能引發(fā)結(jié)構(gòu)缺陷和裂縫的潛在來源。因此，適當(dāng)?shù)臅r間不僅能夠使氣體順利逸出，還能使水泥充分混合水化反應(yīng)，進(jìn)而生成更緊密有序的微粒組合。這一過程不僅增強(qiáng)混凝土自身的強(qiáng)度，還能顯著減少后續(xù)可能由于材料結(jié)構(gòu)松弛或分層引起的表面缺陷與裂紋。然而振搗時間并非越多越好，過長的振搗過程往往容易引起問題。不當(dāng)?shù)牧α枯斎肟赡軙驍鄤倓傂纬傻幕炷廖⒂^結(jié)構(gòu)，造成混凝土強(qiáng)度降低或是產(chǎn)生細(xì)微裂縫，對后期整體建筑結(jié)構(gòu)安全性構(gòu)成風(fēng)險。同時，反復(fù)或過度振搗還可能會增加能源消耗，增加建設(shè)成本，降低整個工程的經(jīng)濟(jì)性和效率。相反，如果振搗不足，混凝土則可能存在孔洞和內(nèi)部裂隙，這些問題會在后期結(jié)構(gòu)使用中顯現(xiàn)并導(dǎo)致嚴(yán)重后果。

二、養(yǎng)護(hù)條件對混凝土水化熱釋放和強(qiáng)度發(fā)展的作用

（一）溫度對混凝土水化熱釋放和強(qiáng)度發(fā)展的影響

溫度梯度控制對確保混凝土構(gòu)建的安全性和可靠性至關(guān)重要。在澆注和硬化期間，混凝土的溫度分布通常是不均勻的。從內(nèi)部向外部溫度逐漸降低。這種現(xiàn)象導(dǎo)致了一個所謂的內(nèi)外溫差，這種熱差不僅可能導(dǎo)致水分蒸發(fā)速率的變化從而影響混凝土水化的速度和深度，也可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)內(nèi)的壓力增加，并因此形成裂紋或缺陷。為了有效降低或平衡這種內(nèi)外溫差，工程師們常常應(yīng)用一系列技術(shù)和策略。其中最直接有效的方法是對結(jié)構(gòu)物的外部進(jìn)行有效的保溫，這是為了在熱擴(kuò)散的過程中防止外部熱量過多進(jìn)入構(gòu)建內(nèi)部，減少溫升速度，并降低整體溫升幅度。這可通過鋪設(shè)絕緣保溫材料來實(shí)現(xiàn)，如聚氨酯泡沫塑料或巖棉板，以在結(jié)構(gòu)體外部構(gòu)成一個絕熱層。

（二）濕度對混凝土水化熱釋放和強(qiáng)度發(fā)展的影響

濕度過低會使得混凝土在凝固初期階段就進(jìn)入過度脫水狀態(tài)，這直接影響了水泥石形成所需的液態(tài)水分。在水泥礦物與環(huán)境水分之間形成一個動態(tài)的“液相”，是生成凝膠化水泥石的前提條件。這個過程不僅依賴于水泥本身的水合特性，還需要有足夠時間、適宜的濕度及恰當(dāng)環(huán)境的溫度來進(jìn)行催化與協(xié)調(diào)。因此，維持混凝土處于一個適度的濕潤狀態(tài)下，對于確保其水化充分、穩(wěn)定地進(jìn)行，有著不可或缺的作用。混凝土的水分管理是一個復(fù)雜而微妙的過程，需要精準(zhǔn)控制和及時調(diào)整。水分是貫穿整個施工和固化過程的催化劑。新拌合物需具備良好的含水量，這既保證了水泥的有效化學(xué)作用，又能提供足夠的塑形力與流動性能。而當(dāng)混凝土置于現(xiàn)場澆筑并開始逐漸失水硬化時，適時的水分補(bǔ)充則成為避免其提前干燥、導(dǎo)致內(nèi)部微觀缺陷乃至裂縫形成的“救兵”。

（三）養(yǎng)護(hù)時間對混凝土水化熱釋放和強(qiáng)度發(fā)展的影響

科學(xué)合理地確定混凝土的養(yǎng)護(hù)期是一項復(fù)雜又至關(guān)重要的工作，其影響著混凝土的耐久性和施工安全性。保養(yǎng)期內(nèi)，混凝土經(jīng)過一系列復(fù)雜的反應(yīng)過程——首先是水泥的初步固化階段，隨后是水分逐漸消耗，水泥逐漸轉(zhuǎn)化為其穩(wěn)定的物質(zhì)形態(tài)。在這個過程中，混凝土的體積逐漸減少并穩(wěn)定在最終形狀，并形成了強(qiáng)大的機(jī)械性能和物理特性，這是由內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)決定的。如果這一階段養(yǎng)護(hù)得當(dāng)，最終形成的結(jié)構(gòu)將在使用中展現(xiàn)出色耐腐蝕性、韌性和抗壓能力等優(yōu)點(diǎn)。在理想情況下，養(yǎng)護(hù)應(yīng)當(dāng)提供充足的環(huán)境水分給水化反應(yīng)提供支持。但是，若保養(yǎng)不足則會導(dǎo)致內(nèi)部水分散失過于激烈，引發(fā)收縮效應(yīng)和干燥裂痕，尤其是在高溫或風(fēng)干環(huán)境下更甚。混凝土過早干燥不僅會影響強(qiáng)度和抗蝕性能，嚴(yán)重時可能使表面產(chǎn)生裂縫，降低其承載能力和壽命，這對諸如公路、橋梁等長期暴露于外界環(huán)境的建筑結(jié)構(gòu)來說影響尤為巨大。

三、多因素耦合作用下大體積混凝土裂縫分析方法

（一）材料性能對大體積混凝土裂縫的影響

選用優(yōu)質(zhì)原材是確保混凝土整體性能的必要先決條件，其中骨料的選擇是構(gòu)建堅固混凝土結(jié)構(gòu)的基石之一。優(yōu)質(zhì)的骨料能確保結(jié)構(gòu)均勻且具備優(yōu)良的承載能力，并且能夠顯著提高耐久性與穩(wěn)定性，避免因?yàn)榈推焚|(zhì)材料造成的應(yīng)力集中與脆裂。不同材質(zhì)與級別的骨料具有其各自的優(yōu)點(diǎn)與適用領(lǐng)域：如堅硬耐磨的花崗巖適用于需要較高沖擊與磨損抵抗能力的地方；輕型多孔結(jié)構(gòu)體適合用于重量限制較嚴(yán)苛或防火要求較高的場景。在選擇時需綜合考慮其粒形、尺寸與分布狀態(tài)，并嚴(yán)格控制雜質(zhì)及有機(jī)物含量以減少對性能與耐用度的潛在損害。除此之外，高效外加劑在混凝土施工過程中也扮演著至關(guān)重要的角色。例如，早強(qiáng)劑能幫助在低溫條件下混凝土迅速形成足夠的早期強(qiáng)度；減水劑可增強(qiáng)混凝土工作性和耐流變性，避免因水分不當(dāng)而引起的開裂；高性能纖維增強(qiáng)混凝土則能提升結(jié)構(gòu)的整體韌性，進(jìn)一步減少裂縫的發(fā)生。恰當(dāng)?shù)膽?yīng)用不僅能提高生產(chǎn)效率，降低成本，更能延長建筑壽命，符合可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。

（二）施工工藝對大體積混凝土裂縫的影響

在施工過程中，大體積混凝土裂縫形成受多種因素共同作用。首先，在配比調(diào)整階段，原材料的合理比例和攪拌方式對混凝土的質(zhì)量起著決定性作用。其次，在攪拌工藝控制環(huán)節(jié)，攪拌時間、速度和溫度等參數(shù)需要精確控制，以確保混凝土的均勻性和穩(wěn)定性。此外，澆筑順序與速度設(shè)定也是重要因素，過快或不均勻的澆筑很可能導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。而在振搗效果評價方面，振搗力度和頻率直接影響著混凝土的密實(shí)性，進(jìn)而影響裂縫的形成。最后，在保養(yǎng)策略的選擇上，恰當(dāng)?shù)酿B(yǎng)護(hù)措施能夠有效減少混凝土裂縫的發(fā)生，例如覆蓋保濕或采用保溫措施等。綜上所述，大體積混凝土裂縫形成是一個復(fù)合驅(qū)動機(jī)制，需要在各個環(huán)節(jié)上進(jìn)行綜合考慮和有效控制，以確保施工質(zhì)量和工程安全。

（三）結(jié)構(gòu)設(shè)計對大體積混凝土裂縫的影響

合理的結(jié)構(gòu)布局設(shè)計與穩(wěn)固的支持體系建立，是保證建筑物或設(shè)施穩(wěn)固性和安全性不可或缺的關(guān)鍵步驟。合理的結(jié)構(gòu)布局通過確保建筑物內(nèi)部及外部各個部位之間的均勻承載壓力，實(shí)現(xiàn)了對于建筑物內(nèi)力分布的有效控制，大大減緩了可能產(chǎn)生的應(yīng)力集中現(xiàn)象。這種均衡化的布局方式避免了某一部分結(jié)構(gòu)在承受重載時成為唯一受壓的元素，而其他部位則承受不到應(yīng)盡的比例壓力，這樣的不合理負(fù)載分布極易在長時間的壓力沖擊中導(dǎo)致結(jié)構(gòu)局部損傷，乃至產(chǎn)生危險。此外，合理的支撐布置還可以確保在遇到非正常荷載的情況下，如意外重量增加等，整個建筑物的應(yīng)力分布依然得以保持平衡，減少任何潛在的破裂或彎曲風(fēng)險。

（四）環(huán)境條件對大體積混凝土裂縫的影響

混凝土的水化和固化進(jìn)程受到諸多因素的影響，其中包括但不限于風(fēng)向、日照、降水量等自然因素。風(fēng)向可能對混凝土的水分蒸發(fā)速度造成影響，陽光照射會加速水化反應(yīng)，而降水則可能對固化進(jìn)程產(chǎn)生一定干擾。面對這些影響，施工過程中需采取相應(yīng)防護(hù)措施予以應(yīng)對，以確保混凝土的質(zhì)量和性能。為了應(yīng)對風(fēng)向?qū)炷了凸袒挠绊懀煽紤]建立臨時擋風(fēng)墻或者采用覆蓋物遮擋混凝土施工現(xiàn)場，以減少風(fēng)對水分蒸發(fā)的影響。對于日照影響，可以考慮在施工現(xiàn)場搭建遮陽棚或者使用防曬材料覆蓋混凝土表面，以減輕陽光直射對水化和固化速度的影響。通過綜合考慮并實(shí)施相應(yīng)的防護(hù)措施，可以有效應(yīng)對各種因素對混凝土水化和固化進(jìn)程的影響，最大程度地保障混凝土工程質(zhì)量和持久性。

四、結(jié)語

通過綜合管理施工流程、采用先進(jìn)技術(shù)和合理優(yōu)化策略，在材料選取、工藝改進(jìn)、環(huán)境保護(hù)等方面進(jìn)行全面考量，能夠大幅度提高大體積混凝土工程抵抗裂縫的能力。未來，在大體積混凝土工程的研究開發(fā)和質(zhì)量控制上應(yīng)持續(xù)關(guān)注新技術(shù)、新材料、新理論的發(fā)展，推動其在更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域的普及與推廣，不斷改善工程建設(shè)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)與難點(diǎn)，促進(jìn)建筑行業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展。

文章來源：  《產(chǎn)品可靠性報告》   http://www.007hgw.com/w/kj/32519.html