【摘要】文中探討了建筑工程項目中大型設備基礎的大體積混凝土裂縫問題及防控措施。通過實際工程案例分析，詳細闡述了混凝土裂縫分類，包括建筑裂縫、熱裂縫與收縮裂縫，裂縫成因主要由溫度變化、負荷變化、材料特性和施工技術引起。研究指出，有效的裂縫防治策略包括水泥的選用、添加摻合料、混凝土澆筑溫度控制、施工控制、裂縫及其他相關控制措施。

【關鍵詞】大型設備基礎；大體積混凝土；混凝土裂縫

【中圖分類號】TU753.7 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-6028（2024）05-0121-03

0 引言

隨著工業(yè)建設的發(fā)展，大型設備基礎的大體積混凝土結構裂縫問題成為重要的研究課題。近年來，許多研究者對此進行了深入探索。劉萌等[1]在研究中指出，寒區(qū)混凝土裂縫的修補需要考慮環(huán)境的相容性，尤其是在極端低溫環(huán)境下。陳治松[2]探討了建筑工程施工中混凝土裂縫的成因及對策，強調了溫度和負荷變化對裂縫形成的影響。吳妙松[3]從技術角度分析了建筑工程中混凝土裂縫的防治技術。在現(xiàn)有研究基礎上，文中進一步深入探討了大體積混凝土在大型設備基礎上的應用問題，特別是針對裂縫控制的技術和方法進行了創(chuàng)新。通過采用新型低熱水泥和改進的澆筑技術，提出了一系列有效的裂縫防控措施。這些創(chuàng)新不僅提高了結構的穩(wěn)定性，也為類似工程提供了重要的參考。

1 工程實例

以廣東地區(qū)某建筑工程項目為例。該工程項目基礎為超過5 000 m3的大體積混凝土。在施工期間，主要反應器基礎裂縫最寬達4 mm，通過專業(yè)分析，確認裂縫主要成因為熱應力和收縮不均。為有效控制和修復裂縫，主要采取了包括使用低熱型水泥和大量粉煤灰減少水化熱，以及分層澆筑法以降低每層的應力集中。對于已形成裂縫，采用環(huán)氧樹脂灌注和碳纖維布加固進行快速修復，確保了工程順利進行和設備安全安裝。

2 混凝土裂縫分類

（1） 建筑裂縫?；炷亮芽p分為早期裂縫與遲發(fā)性裂縫。由于收縮導致內應力超出混凝土抗裂強度，早期裂縫多出現(xiàn)在混凝土初始凝結階段，常見于表層，裂縫寬度通常小于0.1 mm。遲發(fā)性裂縫發(fā)生在混凝土硬化后，是由持續(xù)負荷或環(huán)境因素引起的，并導致裂縫逐步擴展，裂縫寬度或超過0.3 mm，穿越混凝土結構[1]。

此外，技術性裂縫源于設計或施工缺陷，如配筋過稀或澆筑間隔過長，使得混凝土局部的抗裂強度降低，易于導致裂縫。

（2） 熱裂縫。熱裂縫也稱溫度裂縫。主要由混凝土中的水泥水化熱引起。水泥水化過程中釋放的熱量在混凝土內部聚集，會造成顯著的溫度梯度和熱應力。熱應力超過混凝土抗裂強度2.5 MPa時就可以引發(fā)裂縫。

此外，外部溫度變化、混凝土體積和層鋪時間間隔也是重要影響因素。較大的體積導致內部散熱緩慢，增加裂縫風險，而層鋪間隔過長同樣加劇熱裂縫的形成。

（3） 收縮裂縫。收縮裂縫主要在大體積混凝土澆筑后形成，由于深部與表層的干濕差異引發(fā)。表層的水分向外快速蒸發(fā)，產生的收縮應力可達1.2 MPa，導致表層裂縫。內部由于體積大，水分遷移較慢，減少了顯著收縮。此濕度梯度在混凝土受約束時，可能引起表層與內部間超過2.5 MPa的應力差，導致從表面向內部擴展的收縮裂縫。

塑性收縮由毛細孔隙的水分向凝膠體遷移引起，混凝土內部因受約束嚴重而積累應力，超過抗裂強度后形成塑性收縮裂縫。

3 混凝土裂縫產生的原因

3.1 負荷變化

混凝土作為結構材料，需要承受各種外加負荷。當負荷超過混凝土抗拉裂強度時，就會發(fā)生開裂?；炷恋目估褟姸扰c彈性模量、單位體積重等參數(shù)相關，可表示為公式（1）：

nbsp; " " " " " " " "（1）

式中：fct為抗拉裂強度；β為經驗系數(shù)；γc為混凝土單位體積重；Ec為彈性模量。

當施加在混凝土上的外部負荷F超過上述抗拉裂強度時，混凝土內部就會產生拉應力。這時如果混凝土自身內部黏結強度不足以抵抗這種拉應力，就會發(fā)生裂縫。負荷計算錯誤、負荷過大或基礎沉降等都可能導致超載。重復或交變的動態(tài)荷載，由于混凝土疲勞效應，也易于導致裂縫。在裝配設備或堆存材料的過程中，局部不均勻覆蓋也可能產生超載。此外，負荷順序設置不當，如先低后高的負荷補充，也會使混凝土產生不均勻應力而開裂。所以，負荷大小、分布和加載方式的變化是混凝土裂縫形成的重要誘因[3]。

3.2 溫度變化

溫度變化是導致混凝土裂縫的另一個重要原因。水泥水化反應過程中會大量釋放出反應芽生熱，其表達式為：

" " " " " " " （2）

式中：Q為水化反應總的水化熱；ai為水化產物含量；Hi為各組分的摩爾反應焓。

這些大量的水化熱會在混凝土內部聚集，而外部熱量散發(fā)相對緩慢，那么內外部之間就會產生較大的溫差與溫度梯度。根據(jù)熱彈性力學理論，溫度梯度將引起熱應力的產生，表達式為：

" " " " " " （3）

式中：σ為熱應力；E為彈性模量；a為膨脹系數(shù)；ΔΤ為溫度變化量。

當熱應力超過混凝土抗拉裂強度時，就會出現(xiàn)從內部向外部擴展的裂縫。此外，混凝土表層溫度變化迅速，而內部體積大，溫變緩慢，兩者之間也會形成溫差、熱應力。水分向內部遷移也會使表層收縮、內部膨脹，這種濕度梯度亦增大內應力。鋼筋對混凝土的約束作用也會加劇溫度變化引起的內應力。所以，水化熱聚集、外部熱量散失差異以及鋼筋約束等綜合原因都會導致溫度梯度、熱應力的產生，進而誘發(fā)混凝土裂縫。

3.3 混凝土材料特性

不同種類水泥的凝結收縮和干燥收縮系數(shù)各不相同，使用收縮性較大的水泥將明顯增加混凝土的收縮變形，這會增加混凝土在承受約束時產生內在應力而開裂的可能[4]。

當使用具有較大凝結收縮系數(shù)的水泥時，混凝土在水化過程中會發(fā)生更大的體積變化，因此容易產生較大的凝結收縮變形。這導致混凝土內部產生內在應力，從而增加了混凝土開裂的風險。為減小混凝土的收縮變形，常常會向混凝土中摻入粉煤灰、火山灰等摻合料。這些摻合料可以與水泥發(fā)生化學反應，生成較好的界面過渡區(qū)，有助于減小混凝土的收縮變形。骨料的彈性模量越高，通常意味著更好的剛度，有利于抑制混凝土因收縮、溫度變化等原因而產生的膨脹收縮變形。

減水劑是另一個需要注意的因素。雖然高效的減水劑可以提高混凝土的流動性，但同時也會提高水化程度，增大凝結物對水的化學結合。當水膠比過大時，混凝土中的水分相對較多，容易導致混凝土的收縮變形增加，抗裂性減弱，因此控制適當?shù)乃z比是至關重要的。

3.4 施工工藝

模板拆模時間的控制直接關乎混凝土抗裂強度的發(fā)展。過早拆除模板，會使混凝土在抗裂強度不足的情況下過早承受約束應力，因而易于產生裂縫。養(yǎng)護保溫不足，將導致混凝土在凝固期早期遭受的收縮應力過大，超過了尚未完全發(fā)展的抗裂強度，因此裂縫易于形成。層間過厚或間隔時間過長，都會導致界面溫差應力的增加，可能超過混凝土層間的黏結強度。順序不當時，后澆混凝土會對前澆部分形成約束，在凝固收縮時產生不協(xié)調的內應力。振搗方式和振搗力度的控制關系到混凝土內部的致密程度，過度振搗會使混凝土內部產生微裂縫與空隙，成為宏觀裂縫的萌發(fā)點。攪拌和運輸過程中的攪拌時間和力度，會影響混凝土的層間結合性。過度攪拌會破壞混凝土的層間黏結而成為薄弱面。砂漿的均勻性直接關乎結構致密性，其不均勻也會成為裂縫萌發(fā)部位[5]。

4 混凝土裂縫的防控措施

4.1 水泥的選用

水泥的選擇對混凝土裂縫防控有著非常關鍵的作用。根據(jù)具體的工程環(huán)境條件，應優(yōu)先選擇收縮變形較小的水泥品種，這可以從源頭上減小混凝土收縮的趨勢。采用低熱水泥，早期熱釋放量較低，可以降低早期溫升速率，減緩熱應力的生成。部分替換硅酸鹽水泥為普通硅酸鹽水泥等，可生產微觀結構較致密的水化產物，改善混凝土抗裂性。如表1所示。

適量摻入礦物摻合料，可生成較好的界面過渡區(qū)，提高結構密實性。控制水泥堿度，減緩早期水化反應過程，可減少早期熱應力。使用復合摻加劑，可以調控水化產物的生成，提高均勻性。適當加入膨脹劑，通過自身膨脹來抵消混凝土收縮。根據(jù)不同水泥對混凝土工作性的影響，配合采取加密鋼筋等措施。

4.2 添加摻合料

摻入一定量的粉煤灰，可生成更為致密的混凝土結構，改善界面過渡區(qū)，降低混凝土的溫變形和干燥收縮。使用?；郀t礦渣、石灰石粉末等作為細聚料，可提高混凝土的抗?jié)B性，減緩混凝土內部水分遷移，降低收縮。適量使用硅灰或硅藻土等摻合料，利用其高吸水性，可以抑制水分過早遷移，減緩混凝土早期干燥收縮。摻入一定量火山灰，可通過生產膨脹凝膠改善混凝土的孔隙結構，抑制早期裂縫的擴展。使用粉煤灰或高爐礦渣灰時，要控制其過高的含堿量，防止混凝土堿集料反應加劇。要根據(jù)摻合料的不同特征，控制其摻量，避免因摻量過高而增加混凝土的干密度，降低強度。加入硅煙煤灰等可反應灰分材料，可在早期發(fā)生水化反應，改善早強特性。合理利用摻合料的各種特性，可從多方面優(yōu)化混凝土抗裂性能，但必須針對材料特征與工程要求來選擇和確定摻量。

4.3 混凝土澆筑溫度的控制

對于大體積混凝土要把澆筑溫度控制在25 ℃以下，避免過高溫度帶來的應力?？赏ㄟ^使用低熱水泥、加快硬化的復合摻加劑等方式控制水化熱的釋放。同時采用提前用冰水降溫等方法調節(jié)混凝土到適宜的澆筑溫度。對大體積部位要采取分塊分步澆筑，控制單塊體積以減少熱聚集。澆筑前灑水層間保濕，減少層間溫差。加強養(yǎng)護措施，防止表面過快失水，避免內外溫差應力。使用保溫棚或熱保護層可減緩散熱速度。合理采用防凍措施，使混凝土養(yǎng)護溫度合適。加入熱活性混凝土等新材料提高抗溫變性能。需要注意的是，在冬季溫度較低時，需要將混凝土入模溫度控制在5～15 ℃ 。通過對混凝土澆筑溫度的全過程監(jiān)控和科學控制，可以顯著減少溫度導致的裂縫產生。

4.4 混凝土施工工藝的控制

混凝土振搗要采用合理方法，避免過度振搗造成內部空隙和微裂縫。充分的養(yǎng)護保溫可以使混凝土緩慢損失水分，減少早期收縮應力。拆模時間要精心控制，待混凝土形成足夠抗裂強度后再拆除模板。采用分塊分步澆筑可以減少單個混凝土塊體積，降低內部應力集中趨勢。澆筑時保持層間濕接，控制層間間隔時間，減少界面冷縫產生。采用二次振搗或后期養(yǎng)護，可減小表層與內部水化程度差異。嚴格控制攪拌和運輸，防止過度攪拌造成混凝土分層。采用窗口澆筑法可釋放溫度應力。加入聚縮水劑等可減少澆筑混凝土自身收縮。通過科學施工方案和嚴格操作規(guī)程的執(zhí)行，可以顯著減輕施工過程中對裂縫形成的不利影響[6]。

4.5 裂縫的其他控制措施

采用預應力技術，通過提前加載混凝土所需承受的壓力來抵消后期的拉應力，增強抗裂性能。設置溫控、濕控的凝固縫，起到釋放溫度應力和收縮應力的作用，阻止裂縫擴展。對承受動荷載的構件要采取加固措施，如注漿加固，防止裂縫繼續(xù)擴展。對已出現(xiàn)裂縫的部位，可以采取表面修補、注漿修復、鋼網(wǎng)墻加固等技術手段進行處理。同時加強使用階段的維護監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)異常及時處理。采用優(yōu)化斷面、配筋措施提高抗裂性能。出現(xiàn)裂縫要找出設計施工中的薄弱環(huán)節(jié)，提出針對性改進。并加強施工人員培訓，從源頭減少裂縫出現(xiàn)。

5 結論

通過對某項目大型設備基礎大體積混凝土裂縫的研究，得出以下主要結論：①混凝土裂縫主要由負荷變化、溫度變化和材料性質導致的內應力超過抗裂強度而產生，尤其是早期收縮和長期負荷是關鍵因素；②通過優(yōu)化混凝土的配比設計，選擇合適的水泥和摻合料，以及控制混凝土澆筑的溫度，可以有效減少裂縫的發(fā)生；③對于已經形成的裂縫，采取及時的修補和加固措施是必要的。此外，從設計和施工階段就開始的質量控制，是防止裂縫形成的關鍵策略。通過這些措施，不僅可以提高結構的可靠性，還可以降低維護成本，保證工程的長期安全運行。

參考文獻

[1] 劉萌，周有祿，宋新龍.寒區(qū)混凝土裂縫修補環(huán)境相容性試驗研究[J].工業(yè)建筑，2023，53（S2）：917-920.

[2] 陳治松.建筑工程施工中混凝土裂縫的成因及對策[J].散裝水泥，2023（5）：92-94.

[3] 吳妙松.建筑工程施工中混凝土裂縫的防治技術分析[J].散裝水泥，2023（5）：140-142.

[4] 劉曉軍.建筑施工混凝土裂縫的施工控制與處理的探討[J].建材發(fā)展導向，2023，21（20）：33-35.

[5] 劉慶元.淺論土木工程混凝土裂縫防治措施[J].智慧中國，2023（9）：90-91.

[6] 蘇永強.石化項目大型設備基礎大體積混凝土裂縫防控措施[J].化工管理，2020（20）：185-186.

[作者簡介]朱澤鵬（1993—），男，西安人，大學本科，監(jiān)理工程師，研究方向：土建施工監(jiān)理。