大體積混凝土施工裂縫成因及控制

隨著現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)模結構如橋梁、水庫、高層建筑地基基礎、隧道以及地下綜合管廊等領域開始采用大體積混凝土技術。這類項目對混凝土材料的質量有更高要求，并面臨更為嚴苛的力學性能、耐久性及施工難題，尤其是大體積混凝土由于結構龐大，其內部溫差應力容易導致產生裂縫。因此，研究和控制此類裂縫形成原因成為保證工程質量的關鍵因素之一。

一、施工工藝與混凝土裂縫的關系研究

（一）澆筑方法對混凝土均勻性和密實度的影響

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)域處于地理坐標介于東經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電場，且與正建設中的中節(jié)能風電場相鄰。距張掖市約60公里，附近擁有通行的土石路連結著省道S237道路系統，交通便捷。項目預計總裝機容量為100兆瓦（MW），包括十六臺單一6.25MW功率，配以高達120米的剛塔筒式風機。每臺風力發(fā)電機組配套一具專用的箱式變壓器進行接線，形成單機單獨連接的方式。通過架空電纜構成共計四回長度約35千伏特（kV）的35kV集合輸電線路，每個風機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。為實現電力高效輸送和穩(wěn)定，采用導線型號JL/G1A-300/40的導線來搭建輸電體系，預計的總路徑長度達到約36公里。為保證混凝土的均勻分布和緊密填充能力，施工過程中應采取分段間隔澆筑或者分層澆筑等方法，并配合滑模技術進行操作，從而能有效管控澆筑的速率與混凝土凝固時長，最大限度預防和減少可能出現的裂縫問題。同時需合理規(guī)劃澆筑過程和順序以消除 “冷接縫”的出現，保證整體結構質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實施，確保了甘肅華電甘州平山湖10萬千瓦風電項目的整體設計與建造達到高標準，既保障了工程的質量也提升了其運行效率，充分展現了一座現代高效風電場所應有的技術和創(chuàng)新應用水平。

（二）振搗方式對混凝土均勻性和密實度的影響

有效的振搗技術對提高混凝土的質量至關重要，這直接影響到最終建筑結構的安全性和耐用性。通過合理的使用振搗設備，如振動梁、平板振搗棒、高頻震動錘或是內振棒等，能夠大大提升澆注后的混凝土均勻性和密實度。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生不必要的內部裂痕，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，并進行嚴格的定位，這是為了確保振搗的效果不會因為模板的偏斜或間距過大而失效。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構，因為它能夠高效地將能量分散到整個區(qū)域，使混凝土表面平整的同時保證強度。而平板振搗棒則更適應于狹窄的角落和細小的空間，它可以更加精細化處理，保證每一寸混凝土都能充分振搗。頻率與強度的把握則是振搗技術的關鍵所在，過高可能導致混凝土開裂，過低則影響振搗的實效。因此，施工人員應當在實際操作中細心調節(jié)振搗頻率，找到最佳振幅和時間，從而實現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度的影響

振搗時間作為混凝土施工工藝中的一個關鍵因素，其精準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，促使混凝土內部達到最佳的密實狀態(tài)，使得最終結構擁有良好的力學性能。

在混凝土新澆后進行適時振搗，能夠借助振動力排除多余的空氣與水分，這些雜質的存在往往會形成日后可能引發(fā)結構缺陷和裂縫的潛在來源。因此，適當的時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，進而生成更緊密有序的微粒組合。這一過程不僅增強混凝土自身的強度，還能顯著減少后續(xù)可能由于材料結構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。不當的力量輸入可能會打斷剛剛形成的混凝土微觀結構，造成混凝土強度降低或是產生細微裂縫，對后期整體建筑結構安全性構成風險。同時，反復或過度振搗還可能會增加能源消耗，增加建設成本，降低整個工程的經濟性和效率。相反，如果振搗不足，混凝土則可能存在孔洞和內部裂隙，這些問題會在后期結構使用中顯現并導致嚴重后果。

二、養(yǎng)護條件對混凝土水化熱釋放和強度發(fā)展的作用

（一）溫度對混凝土水化熱釋放和強度發(fā)展的影響

溫度梯度控制對確?；炷翗嫿ǖ陌踩院涂煽啃灾陵P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。從內部向外部溫度逐漸降低。這種現象導致了一個所謂的內外溫差，這種熱差不僅可能導致水分蒸發(fā)速率的變化從而影響混凝土水化的速度和深度，也可能導致結構內的壓力增加，并因此形成裂紋或缺陷。為了有效降低或平衡這種內外溫差，工程師們常常應用一系列技術和策略。其中最直接有效的方法是對結構物的外部進行有效的保溫，這是為了在熱擴散的過程中防止外部熱量過多進入構建內部，減少溫升速度，并降低整體溫升幅度。這可通過鋪設絕緣保溫材料來實現，如聚氨酯泡沫塑料或巖棉板，以在結構體外部構成一個絕熱層。

（二）濕度對混凝土水化熱釋放和強度發(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、適宜的濕度及恰當環(huán)境的溫度來進行催化與協調。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)定地進行，有著不可或缺的作用?；炷恋乃止芾硎且粋€復雜而微妙的過程，需要精準控制和及時調整。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作用，又能提供足夠的塑形力與流動性能。而當混凝土置于現場澆筑并開始逐漸失水硬化時，適時的水分補充則成為避免其提前干燥、導致內部微觀缺陷乃至裂縫形成的“救兵”。

（三）養(yǎng)護時間對混凝土水化熱釋放和強度發(fā)展的影響

科學合理地確定混凝土的養(yǎng)護期是一項復雜又至關重要的工作，其影響著混凝土的耐久性和施工安全性。保養(yǎng)期內，混凝土經過一系列復雜的反應過程——首先是水泥的初步固化階段，隨后是水分逐漸消耗，水泥逐漸轉化為其穩(wěn)定的物質形態(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，并形成了強大的機械性能和物理特性，這是由內部微觀結構決定的。如果這一階段養(yǎng)護得當，最終形成的結構將在使用中展現出色耐腐蝕性、韌性和抗壓能力等優(yōu)點。在理想情況下，養(yǎng)護應當提供充足的環(huán)境水分給水化反應提供支持。但是，若保養(yǎng)不足則會導致內部水分散失過于激烈，引發(fā)收縮效應和干燥裂痕，尤其是在高溫或風干環(huán)境下更甚?；炷吝^早干燥不僅會影響強度和抗蝕性能，嚴重時可能使表面產生裂縫，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)境的建筑結構來說影響尤為巨大。

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)質原材是確?；炷琳w性能的必要先決條件，其中骨料的選擇是構建堅固混凝土結構的基石之一。優(yōu)質的骨料能確保結構均勻且具備優(yōu)良的承載能力，并且能夠顯著提高耐久性與穩(wěn)定性，避免因為低品質材料造成的應力集中與脆裂。不同材質與級別的骨料具有其各自的優(yōu)點與適用領域：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；輕型多孔結構體適合用于重量限制較嚴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)，并嚴格控制雜質及有機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重要的角色。例如，早強劑能幫助在低溫條件下混凝土迅速形成足夠的早期強度；減水劑可增強混凝土工作性和耐流變性，避免因水分不當而引起的開裂；高性能纖維增強混凝土則能提升結構的整體韌性，進一步減少裂縫的發(fā)生。恰當的應用不僅能提高生產效率，降低成本，更能延長建筑壽命，符合可持續(xù)發(fā)展的目標。

（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，在配比調整階段，原材料的合理比例和攪拌方式對混凝土的質量起著決定性作用。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，澆筑順序與速度設定也是重要因素，過快或不均勻的澆筑很可能導致裂縫的產生。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性，進而影響裂縫的形成。最后，在保養(yǎng)策略的選擇上，恰當的養(yǎng)護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合驅動機制，需要在各個環(huán)節(jié)上進行綜合考慮和有效控制，以確保施工質量和工程安全。

（三）結構設計對大體積混凝土裂縫的影響

合理的結構布局設計與穩(wěn)固的支持體系建立，是保證建筑物或設施穩(wěn)固性和安全性不可或缺的關鍵步驟。合理的結構布局通過確保建筑物內部及外部各個部位之間的均勻承載壓力，實現了對于建筑物內力分布的有效控制，大大減緩了可能產生的應力集中現象。這種均衡化的布局方式避免了某一部分結構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盡的比例壓力，這樣的不合理負載分布極易在長時間的壓力沖擊中導致結構局部損傷，乃至產生危險。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，整個建筑物的應力分布依然得以保持平衡，減少任何潛在的破裂或彎曲風險。

（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程受到諸多因素的影響，其中包括但不限于風向、日照、降水量等自然因素。風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，而降水則可能對固化進程產生一定干擾。面對這些影響，施工過程中需采取相應防護措施予以應對，以確保混凝土的質量和性能。為了應對風向對混凝土水化和固化的影響，可考慮建立臨時擋風墻或者采用覆蓋物遮擋混凝土施工現場，以減少風對水分蒸發(fā)的影響。對于日照影響，可以考慮在施工現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。通過綜合考慮并實施相應的防護措施，可以有效應對各種因素對混凝土水化和固化進程的影響，最大程度地保障混凝土工程質量和持久性。

四、結語

通過綜合管理施工流程、采用先進技術和合理優(yōu)化策略，在材料選取、工藝改進、環(huán)境保護等方面進行全面考量，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)和質量控制上應持續(xù)關注新技術、新材料、新理論的發(fā)展，推動其在更廣泛的應用領域的普及與推廣，不斷改善工程建設中的關鍵環(huán)節(jié)與難點，促進建筑行業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展。

文章來源：  《產品可靠性報告》   http://m.xwlcp.cn/w/kj/32519.html