广西建工集团第二建筑工程有限责任公司 530022
摘要：内蒙古鄂尔多斯市地处我国北方高寒地区，日照充足，四季分明，降水较少，冬季寒冷干燥，夏季凉爽。受特殊地理区位因素和气候因素影响，冬、夏气温和日温差变化较大，对冬季大体积混凝土施工造成了严重影响。为了防止施工质量问题出现，本文结合内蒙古鄂尔多斯地区气候和地理区位特点，对冬季大体积混凝土施工裂缝控制问题展开探讨。
关键词：鄂尔多斯；冬季；大体混凝土；裂缝控制
1 前言
混凝土冬季施工是指外界平均气温连续3d都低于5℃或在-3℃以下，采取一系列保温、加热措施进行施工的方式，大体积混凝土施工裂缝控制是一项国际技术难题。鄂尔多斯是内蒙古自治区下辖地级市，位于黄河河套腹地，毗邻晋、陕、宁三省区。由于该市地处鄂尔多斯高原腹地，再加上中温带大陆性季风气候影响，冬、夏寒暑变化较大，常年平均气温6.2℃，日最高、最低气温分别为38℃和-31.4℃；全年盛行北偏西风，最大风速可达22m/s。因该地区气候特殊，地理区域变化差异较大，施工环境复杂，质量难以控制，所以大体积混凝土在硬化过程中释放的大量水化热会引起温度变化及混凝土收缩，在二者共同作用下，形成的巨大收缩应力和温度应力会导致混凝土产生结构裂缝[1]。
2 内蒙古鄂尔多斯地区冬季大体混凝土施工裂缝成因
内蒙古鄂尔多斯地区冬季大体积混凝土施工时，常见的质量问题就是施工裂缝，导致混凝土施工裂缝产生的原因有多种，其中有主观考虑不周全引起的裂缝，也有变形、原材料质量不合格、温度变化、不均匀沉降和膨胀等客观因素引起的裂缝；另外，还有化学外加剂、养护环境、外载作用等引起的裂缝。结合施工经验，针对以上几种因素引起的大体积混凝土施工裂缝进行分析：
2.1 混凝土配合比因素引起的大体积混凝土施工裂缝
（1）水泥用量增加，混凝土干燥收缩速度会明显加快，会引起大体积混凝土施工裂缝；
（2）用水量也会影响混凝土干燥收缩过程，若水泥用量一致，用水量越大，混凝土干燥收缩速率越快，且水灰比与大体积混凝土干燥收缩速率成正相关。在大体积混凝土施工时，若混凝土用水量、坍塌度过大，水分蒸发速度过快，则会引起干缩裂缝和塑性收缩裂缝。
（3）砂率越大，大体积混凝土干燥收缩速率越快。
2.2 外界气温因素引起的大体积混凝土施工裂缝
内蒙古鄂尔多斯地区昼夜温差较大，在大体积混凝土施工时，随着外界气温升高，原材料吸收的热量就越多，混凝土的入模浇筑温度就会越高。随着外界温度降低，浇筑后的混凝土表面温度也会急速下降，此时因大体积混凝土结构内部聚集的温度无法及时散发，会增大内部混凝土与外表面温差值，影响大体积混凝土施工质量。
2.3 混凝土振捣不均匀引起的大体积混凝土施工裂缝
在大体积混凝土施工时，若混凝土振捣不均匀，在凝结硬化前沉实不够或尚未沉实，当混凝土沉陷时就会受模板和钢筋抑制，从而引发施工裂缝。通常于混凝土浇筑1-3h后出现混凝土结构裂缝。
2.4 混凝土内外温差引起的大体积混凝土施工裂缝
浇筑混凝土后，水泥在混凝土内水化过程中会形成很多热量，在混凝土结构内部形成相对集中的热量区；受温差影响，会使混凝土内部产生巨大的温度应力，因混凝土早期强度尚未达到大体积混凝土施工技术要求。因此，在巨大温度应力作用下就会产生施工裂缝。
2.5 混凝土徐变和收缩引起的大体积混凝土施工裂缝
混凝土在硬化过程中通常会出现收缩和徐变现象，主要原因在于大体积混凝土内部的游离水分在外部蒸发作用下会形成诸多毛细孔隙，巨大温差会使热膨胀的混凝土在冷却后急剧收缩。
2.6 外加剂引起的大体积混凝土施工裂缝
若大体积混凝土施工时掺加有膨胀剂，则会产生早期微膨胀现象，而大体积混凝土在干燥状态下，也会产生结构性收缩现象，由此使收缩与膨胀落差增大。若大体积混凝土所能承受的落差极限值超出预期控制范围就会引发裂缝。如在鄂尔多斯地区某工程项目冬季大体积混凝土施工时，产生如下纵向裂缝，经逐一排查，发现裂缝产生的原因在于：
①商混站采用的抗裂防水剂与设计要求不符，采用小作坊生产的膨胀剂进行作业，导致施工质量不达标；
②采购的膨胀剂在进场时未进行全面质量检测，质量不达标引起施工结构裂缝[2]。
2.7原材料引起的大体积混凝土施工裂缝
（1）水泥用量和品种等因素都会影响施工质量。水泥需水量越大，其干燥收缩速度就会越快，从而会使大体积混凝土出现施工裂缝的可能性增大。
（2）在大体积混凝土中掺加煤矸石、矿渣、火山灰等粉状掺合料，会使大体积混凝土干燥收缩值增加。
（3）大体积混凝土是否产生裂缝，还与粗骨料含量相关；若粗骨料含量超标，也会引起大体积混凝土施工裂缝。
2.8 保护层厚度引起的大体积混凝土施工裂缝
大体积混凝土保护层越厚，出现裂缝的可能性越大。
2.9 外界约束引起的大体积混凝土施工裂缝
在热量作用下，模板会对大体积混凝土膨胀形成巨大约束作用，一旦大体积混凝土极限拉伸值小于变形值，就会引发结构裂缝。
2.10 混凝土养护引起的大体积混凝土施工裂缝
在冬季冷风吹冻作用下，混凝土浇筑面的水泥石会干燥收缩，导致混凝土结构干燥收缩。通常混凝土干燥和水分蒸发顺序是由表及里，自外而内，因大体积混凝土蒸发干燥速度缓慢，裂缝基本呈网状，细微，属于龟裂纹，这类结构性裂纹一般持续时间较长，且存在于大体积混凝土表层部位。龟裂缝不仅会降低薄壁结构的耐久性和抗渗性，同时也会影响大体积混凝土结构的负荷承载能力和结构耐久性。
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3 内蒙古鄂尔多斯地区冬季大体混凝土施工裂缝控制
3.1 加强施工前期阶段的管控
为了防止上述因素引发大体积混凝土施工方裂缝，在施工前应结合温度、温度应力等方面做好施工控制工作：
（1）通过小间距、小直径方式对外表面钢筋进行加密布置；
（2）设置后浇带，使用补偿收缩混凝土；
（3）为了提高大体积混凝土结构抗裂性，要增配构造筋；
（4）防止结构突变导致应力过于集中，需在易产生集中应力的区域采取加强控制措施；
（5）将暗梁设置于易裂缝边缘位置，并提高配筋率和大体积混凝土的极限抗拉强度；
（6）尽量均匀布设外表钢筋保护层；
（7）在大体积混凝土结构设计施工时，要充分考虑鄂尔多斯地区地理因素和气候因素，对后浇缝合理设置。
3.2 混凝土配合比设计
在保证大体积混凝土施工质量前提下，减少单位混凝土配比中的用水量，严格遵循高粉煤灰掺量+高性能引气剂、高效减水剂+低水灰比、低坍塌度和低砂率（“一高”、“二掺”、“三低”）原则，科学配置高韧性、高强、低热和中弹、高抗拉值的抗裂混凝土[3]。
3.3 使用水化热较低的水泥
水泥是大体积混凝土热源产生的主要材料，为了起到裂缝控制作用，要控制热源，控制水化热。在施工时可选择P.O42.5硅酸盐水泥等低水化热品种的水泥，以减少大体积混凝土的初期放热量。
3.4 施工原材料选择与控制
（1）尽可能选择级配良好、粒径较大的混凝土砂石，控制其含泥量；
（2）粗骨料选用石料场5～10 mm和16～31.5 mm的碎石，含泥量要＜1%，表观密度2.665g/cm3；细骨料需选用中粗砂，细度模数＞2.5，含泥量＜2%，表观密度=2.517g/cm3，孔隙率=38.8，级配区为Ⅰ区。
3.5 掺加物控制
（1）掺加15%的粉煤灰，减少水泥用量，降低水化热；
（2）掺加一定量的减水剂和缓凝剂，改善大体积混凝土的和易性，降低水灰比。大体积混凝土不掺加缓凝剂其初凝时间为2h，掺加后可延长约5-8h，节省约5%-8%水泥。
3.6 控制混凝土拌合物的入模温度
（1）对大体积混凝土拌合物初始入模温度进行控制（出机温度=13.8 ℃，入模温度=10.4 ℃），以减小混凝土水化热峰值，控制温度应力。
（2）搅拌混凝土时要添加适量冰水，尽量缩短混凝土搅拌运输距离。
（3）为保证混凝土的出机温度，施工前在拌和站的水池搭设保温棚，直接采用蒸汽锅炉对拌和用水进行加热。结合现场混凝土拌合站的实际出料情况，对加热温度进行调节，保证，每小时可将15t水加热至30℃左右，在此过程中，要将温度计悬挂于水池内，以便随时对现场温度进行测量，准确监测拌合水温度，从而使其温度达到大体积混凝土冬季施工技术要求。
（4）在对施工骨料进行保温时，要采用彩钢将存放细骨料的料仓周围包裹严密，然后采用篷布棉帘将料仓口封闭，同时采用煤炉在棚内进行加热，确保储存粗细骨料的大棚室内实时温度＞0℃，以免天气寒冷，使大体积混凝土施工时所用的粗细骨料冻结。
（5）拌合站要搭设彩钢瓦棚封闭保温，防止寒风和雨雪侵入，确保拌合站内温度≮10℃，要采用篷布遮盖出料口。
（6）存放外加剂的保暖棚室内温度应＞10℃，在使用外加剂过程中，不得进行直接加热；
（7）混凝土运输车要采用保温棉被进行加热，缩短运输距离和时间，防止混凝土在泵送过程中散失热量。
（8）结合现场施工情况，对混凝土参数进行合理控制，C30混凝土试配初凝、终凝时间分别为6 h、12 h，塌落度和含气量分别为180 mm和3%。
3.7 尽量减小混凝土的塌落度
在保证泵送混凝土顺利作业的同时，尽可能减小大体积混凝土的塌落度。通过进场时对塌落度进行检测，提高大体积混凝土的施工质量。
3.8 加强对大体积混凝土施工工艺的管理
（1）采用分层、全面浇筑的方式进行大体积混凝土浇筑施工，施工缝要合理设置，分段、分层进行浇筑作业，增大散热面，充分释放大体积混凝土的热量。
（2）尽可能减缓混凝土浇筑速度，从而通过对水泥的热释放速度进行抑制，降低热强比。
（3）混凝土浇筑入模后，需进行振动捣鼓，密实成型，有效提高大体积混凝土的抗拉强度和密实度，避免混凝土结构收缩变形。
（4）为了有效降低大体积混凝土的水化热温度，要通过预埋冷却水管进行强制降热，减小大体积混凝土内外温差和基础温差；在设计同意的前提下，可在截面较大少筋或无筋的大体积混凝土中心区域掺加部分干净毛石，通过石块吸收混凝土的热量，降小大体积混凝土的内部温度梯度，防止水化热引起大体积混凝土变形。
（5）施工时将适量膨胀水泥或膨胀剂加入大体积混凝土中，可减小大体积混凝土的温度应力。在混凝土浇筑完成后，要做好保湿、保温养护工作，防止寒潮袭击。与此同时，需对大体积混凝土内、外温度进行测量，下测点和上测点距基础底板下皮和距混凝土表面50mm的距离，将内外温差控制在25℃以内。此外，还可在施工中增设抗裂纹的温度配筋，在地基或垫层间设置滑动层，减小大体积混凝土的约束力。考虑到鄂尔多斯地区冬季施工时干燥寒冷。所以，需采用蓄水或喷淋养护措施，使混凝土表面长期处于湿润状态，有效避免干缩裂缝出现。基础完成或拆模后，要及时进行土方回填，防止其侧面长期暴露在外[4]。
4 结束语
综上可知，鄂尔多斯地区属于高寒地区，冬季气候干燥，内外温差较大，大体积混凝土冬季施工时会受诸多因素限制，尤其是在地质环境较为恶劣的地区作业时，要结合区域特征和气候特点，加强对冬季大体积混凝土施工时的混凝土配合比、外界温度、混凝土振捣、混凝土内外温差、混凝土徐变和收缩、外加剂、原材料、混凝土养护等因素进行控制，避免上述因素对大体积混凝土施工质量产生影响，减少大体积混凝土施工结构裂缝，提高施工质量。
参考文献
[1] 王凤武.大体积混凝土冬季施工温控措施[J].交通科技,2010,20(03)：99-102.
[2] 汪琦.大体积混凝土冬季施工技术应用要点[J].江西建材,2017,17(02)：90-91.
[3] 王亚.分析大体积混凝土冬季施工温控措施[J].智能城市,2016,2(03)：256.
[4] 王宗林,孙勇,李国栋.寒冷地区冬季施工大体积混凝土温度控制[J].中外公路,2015,35(05)：153-158.
论文作者:邱伟棠
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第8期
论文发表时间:2017/8/15
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