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摘要：本文首先分析了温度裂缝产生的机理，然后探讨了大体积混凝土温度裂缝的成因及影响因素，最后提出了温度裂缝的预防措施，具有较强的实用性和指导性，供借鉴参考。
关键词：大体积混凝土；温度裂缝；成因；控制技术
随着社会经济的发展，工程建设的规模也越来越大，大块或超大块基础的应用也相应增多。对于这种具有结构厚、体积大、混凝土数量多、工程条件复杂和施工技术要求高的大体积混凝土的施工，除满足必要的强度、刚度和耐久性等要求外，还必须特别注意裂缝的发展。我国《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55-2000） 对大体积混凝土作了定量和定性的定义：混凝土结构物实体最小尺寸等于或大于 1m，或预计会因水泥水化热引起混凝土内外温差过大而导致裂缝的混凝土。
1 温度裂缝产生的机理
大体积混凝土因其体积很大，水化时产生的水化热无法在短时间内消散，从而使其内部温度升高又快又高（见图 1）。一般水化开始后 3d～5d 时，混凝土内部温度可达到峰值，此时体积亦急剧膨胀，随后，由于水化产生的热量的减少，伴随着热量的散失，混凝土内外温度开始缓慢下降，同时体积收缩。
图 1 混凝土水化热升降温曲线
由于导热性差，大体积混凝土内外降温速度明显不同，内部降温速度慢，外部降温速度很快，内外收缩程度也随之不同，外部收缩要大于内部收缩。这种内外收缩的差异使得混凝土内部给外部起了约束的作用，使混凝土外表面产生了拉应力。当内外温差过大时，拉应力超过混凝土的抗拉强度，混凝土表面产生裂缝，这种温度裂缝又给混凝土的贯穿裂缝的形成提供了条件。
浇筑后升温过程中混凝土的弹性模量很低，基本上处于塑性或弹塑性状态，受到边界约束时产生的压应力很小。而降温过程中，弹性模量迅速增高，约束产生的拉应力也随之增大，且抵消前期压应力后还存在很大的剩余拉應力。当剩余拉应力大于混凝土此时的抗拉强度时，结构便出现内部收缩裂缝，若与外表面裂缝连接便形成了贯穿裂缝。
内部的水分蒸发散失也要引起混凝土体积收缩。由于混凝土表里温度不均匀，失水收缩变形也随之不均匀，平均的失水收缩又有利于温度变形引起的应力，也可能导致混凝土开裂。
2大体积混凝土温度裂缝的成因及影响因素
2.1混凝土的温度裂缝及其危害
关于混凝土的研究和大量的工程实践所提供的经验都表明，混凝土结构物的裂缝是不可避免的，只能要求将其控制在允许的范围内。
混凝土结构物的裂缝可分为微观裂缝和宏观裂缝。微观裂缝在混凝土结构中的分布是不规则，不贯通的，并且肉眼看不见。宏观裂缝由外加作用而产生，外加作用既有通常的外加荷载，也包括由温度、收缩、不均匀沉陷而引起的变形作用。对于大体积混凝土，由于其在浇筑初期，水泥水化产生大量的热，因此温度是大体积混凝土产生裂缝的一个重要因素。
混凝土结构因温度效应引起的裂缝相当普遍，大概占所有工程结构裂缝的80%左右。温度效应对混凝土结构会产生许多不良的影响。①影响建筑物的使用功能；②降低了建筑结构的刚度；③降低结构的承载能力；④影响混凝土的耐久性。
大体积混凝土的裂缝不论是对结构的使用寿命，还是对混凝土的耐久性都有极为不利的影响。因此在大体积混凝土结构的设计和施工过程中，要进行温控设计和采取适当的施工措施，减少温度裂缝的产生。历史上由于对大体积混凝土裂缝的形成机理没有充分的认识，或没有找到适当的措施来防止大体积混凝土开裂，尤其是对大体积混凝土内部温度进行控制时，国内外都有许多大体积混凝土结构出现严重的裂缝情况，影响工程的使用，以致不得不采取补救措施，耗资巨大。
2.2大体积混凝土温度裂缝的成因
结构物在实际使用中承受各种荷载，当结构的抗拉强度不足以抵抗荷载作用时，结构就可能出现裂缝。外荷载的直接应力和次应力、温度变化、缩胀以及不均匀沉降等都会产生裂缝。
大体积混凝土常见的质量问题是混凝土结构产生裂缝。造成结构裂缝的原因是复杂的，综合性的。但是，大体积混凝土从浇筑时起，到达到设计强度止，即施工期间产生的结构裂缝主要是由水泥水化热引起的温度变化造成的。简单地说，大体积混凝土由温度引起的裂缝是一种由变形变化引起的裂缝。这种裂缝的起因是温度变化引起变形，当变形得不到满足才引起应力，且应力超过一定数值时就会使混凝土产生裂缝。其主要成因是温度及温度效应和大体积混凝土结构的约束。
2.3大体积混凝土温度裂缝的影响因素分析
影响大体积混凝土温度裂缝的因素较多，也较为复杂，主要涉及水泥品种、水泥用量、用水量、含砂率、掺合料、化学外加剂、膨胀剂、施工工艺、环境温度、骨料温度、养护条件等。
（1）水泥及掺合料的影响。降低水化热温度就必须降低混凝土强度等级，减少水泥用量。另外，掺加掺合料可以有效降低水化的峰值温度，推迟水化温峰的出现时间。
（2）膨胀剂的影响。国内混凝土工程中最常用的膨胀剂是硫铝酸盐系列膨胀剂，其中UEA系列膨胀剂占总膨胀剂量的80%，它可与水泥反应生成钙矾石等膨胀组份在限制条件下补偿体系的体积收缩，并提高密实性。
（3）浇筑温度的影响。混凝土浇筑温度高会导致内部最高温度升高，因而内部温差加大，出现内部裂缝或贯穿性裂缝的危险性增加，因此应严格限制浇筑温度。
（4）内外温差。GBSOZO4-92规定：混凝土表面和内部温差应控制在设计要求的范围内。当设计无具体要求时，温差不宜超过25℃。
（5）温度陡降的影响。气温温差变化爱的、保温层失效、撤除保温层时间不当等均可导致混凝土表面温度突然下降，引起表面裂缝。由于这种温差形成的温度应力时间短，应力松弛影响小，更容易造成裂缝。
3 温度裂缝的预防技术
3.1 合理选用原材料和配合比
混凝土原材料的质量及其配合比设计是大体积混凝土裂缝控制的一个重要的因素。它不仅在降低混凝土自身温度上起决定作用，而且对提高混凝土的抗拉性能方面也有重要作用。
在大体积混凝土工程中，水化热引起的温升较高，降温幅度大，容易产生温度裂缝，因此在选择水泥时应尽量使用矿物成分铝酸三钙含量较低，水化中的游离氧化钙、氧化镁和二氧化硫尽可能少的水泥，这样可以减少水化热。骨料要尽量选用粒径较大、级配良好的骨料，同时严格控制砂石的含泥率和石子中的针状和片状颗粒的含量。
配合比方面在满足混凝土强度等级的前提下，尽量减少水泥的用量、降低水灰比、减小坍落度，同时掺入适量的外加剂，可以改善混凝土的性能，节约水泥，降低水化热。施工时严格按照配合比进行。
3.2 施工方法
大体积混凝土的施工方法一般可分为三种形式：水平全面分层、水平分段分层及斜面分层。水平全面分层主要适用于面积不太大的项目，该方法关键是要保证做到第一层混凝土浇筑完后，第二层混凝土开始浇筑时第一层混凝土尚未凝固，如此逐层进行，直至浇筑完毕。水平分段分层主要适用于厚度不太大、面积较大或长度较长的工程，该方法关键是保证在第二段混凝土开始浇筑时第一段接头处的混凝土还未凝结。斜面分层主要用于一些厚度较大的工程，此方法关键在于施工时应从浇筑的下端开始，逐渐上移，浇筑层的坡度不宜大于 1：3，以保证工程质量。另外，在混凝土中设置冷却管也是工程中降低混凝土内部温度的一种常用施工方法。
3.3 混凝土入模温度控制
为了有效的控制混凝土的水化热温度，必须预先知道混凝土最终的热峰值 T。混凝土内部峰值除水泥自身因素外，入模温度的高低也是一个重要的影响因素。在冬季施工时，入模温度影响还不十分明显，只要做好保温措施即可。而在夏季，入模温度则是十分重要的一环。由于混凝土体内的最高温度取决于混凝土入模温度和水泥水化热产生的升温，而水化热在混凝土配合比确定后就不会变化，所以入模温度就显得十分重要。尤其在夏季施工时，一定要控制混凝土的入模温度，浇筑混凝土的时间尽量选择在晚上进行，同时采用在施工现场冷水浇注混凝土运输车辆外壁等降温措施。
3.4 保温、保湿养护措施
在混凝土终凝前，对构件采用塑料薄膜 + 草袋或麻袋方法养护措施进行养护，覆盖厚度依据理论计算和实测情况适当调整，控制混凝土的内外温差值。混凝土内外温差控制在 20℃～25℃为宜。夏季，必须保持塑料薄膜下始终有凝结水，使混凝土表面处于潮湿状态，保持混凝土水分不过早蒸发。春季和冬季，由于气候比较干燥，一是混凝土表面的水分蒸发发生混凝土早期失水而容易产生混凝土干缩裂缝；二是由于气温时高时低，昼夜温差大，故还需在混凝土表面的草袋或麻袋上浇水养护；而在冬季，混凝土浇水养护的时间，一般选在上午 10 点后，下午 4 点前，这时能够防止养护水过冷降低混凝土表面温度而造成混凝土内外温差过大。
3.5 控制拆模时间
混凝土养护期间，混凝土结构的模板还未拆除，这对混凝土质量保证是有好处的。根据以往的施工经验，凡是拆模时间少于 3d 的，混凝土表面很容易产生细小的裂缝，而拆模时间控制在 5d～7d时，表面裂缝将明显减少，这主要的原因是由于模板对混凝土的约束作用和混凝土本身的抗拉强度的不断提高，有效地抵抗了混凝土拉应力。
参考文献：
【1】JGJ55-2000 普通混凝土配合比设计规范[S].
【2】王志斌. 大体积混凝土结构裂缝及其控制措施[J].交通世界，2009（15）
关键词：大体积混凝土；温度裂缝；成因；控制技术
随着社会经济的发展，工程建设的规模也越来越大，大块或超大块基础的应用也相应增多。对于这种具有结构厚、体积大、混凝土数量多、工程条件复杂和施工技术要求高的大体积混凝土的施工，除满足必要的强度、刚度和耐久性等要求外，还必须特别注意裂缝的发展。我国《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55-2000） 对大体积混凝土作了定量和定性的定义：混凝土结构物实体最小尺寸等于或大于 1m，或预计会因水泥水化热引起混凝土内外温差过大而导致裂缝的混凝土。
1 温度裂缝产生的机理
大体积混凝土因其体积很大，水化时产生的水化热无法在短时间内消散，从而使其内部温度升高又快又高（见图 1）。一般水化开始后 3d～5d 时，混凝土内部温度可达到峰值，此时体积亦急剧膨胀，随后，由于水化产生的热量的减少，伴随着热量的散失，混凝土内外温度开始缓慢下降，同时体积收缩。
图 1 混凝土水化热升降温曲线
由于导热性差，大体积混凝土内外降温速度明显不同，内部降温速度慢，外部降温速度很快，内外收缩程度也随之不同，外部收缩要大于内部收缩。这种内外收缩的差异使得混凝土内部给外部起了约束的作用，使混凝土外表面产生了拉应力。当内外温差过大时，拉应力超过混凝土的抗拉强度，混凝土表面产生裂缝，这种温度裂缝又给混凝土的贯穿裂缝的形成提供了条件。
浇筑后升温过程中混凝土的弹性模量很低，基本上处于塑性或弹塑性状态，受到边界约束时产生的压应力很小。而降温过程中，弹性模量迅速增高，约束产生的拉应力也随之增大，且抵消前期压应力后还存在很大的剩余拉應力。当剩余拉应力大于混凝土此时的抗拉强度时，结构便出现内部收缩裂缝，若与外表面裂缝连接便形成了贯穿裂缝。
内部的水分蒸发散失也要引起混凝土体积收缩。由于混凝土表里温度不均匀，失水收缩变形也随之不均匀，平均的失水收缩又有利于温度变形引起的应力，也可能导致混凝土开裂。
2大体积混凝土温度裂缝的成因及影响因素
2.1混凝土的温度裂缝及其危害
关于混凝土的研究和大量的工程实践所提供的经验都表明，混凝土结构物的裂缝是不可避免的，只能要求将其控制在允许的范围内。
混凝土结构物的裂缝可分为微观裂缝和宏观裂缝。微观裂缝在混凝土结构中的分布是不规则，不贯通的，并且肉眼看不见。宏观裂缝由外加作用而产生，外加作用既有通常的外加荷载，也包括由温度、收缩、不均匀沉陷而引起的变形作用。对于大体积混凝土，由于其在浇筑初期，水泥水化产生大量的热，因此温度是大体积混凝土产生裂缝的一个重要因素。
混凝土结构因温度效应引起的裂缝相当普遍，大概占所有工程结构裂缝的80%左右。温度效应对混凝土结构会产生许多不良的影响。①影响建筑物的使用功能；②降低了建筑结构的刚度；③降低结构的承载能力；④影响混凝土的耐久性。
大体积混凝土的裂缝不论是对结构的使用寿命，还是对混凝土的耐久性都有极为不利的影响。因此在大体积混凝土结构的设计和施工过程中，要进行温控设计和采取适当的施工措施，减少温度裂缝的产生。历史上由于对大体积混凝土裂缝的形成机理没有充分的认识，或没有找到适当的措施来防止大体积混凝土开裂，尤其是对大体积混凝土内部温度进行控制时，国内外都有许多大体积混凝土结构出现严重的裂缝情况，影响工程的使用，以致不得不采取补救措施，耗资巨大。
2.2大体积混凝土温度裂缝的成因
结构物在实际使用中承受各种荷载，当结构的抗拉强度不足以抵抗荷载作用时，结构就可能出现裂缝。外荷载的直接应力和次应力、温度变化、缩胀以及不均匀沉降等都会产生裂缝。
大体积混凝土常见的质量问题是混凝土结构产生裂缝。造成结构裂缝的原因是复杂的，综合性的。但是，大体积混凝土从浇筑时起，到达到设计强度止，即施工期间产生的结构裂缝主要是由水泥水化热引起的温度变化造成的。简单地说，大体积混凝土由温度引起的裂缝是一种由变形变化引起的裂缝。这种裂缝的起因是温度变化引起变形，当变形得不到满足才引起应力，且应力超过一定数值时就会使混凝土产生裂缝。其主要成因是温度及温度效应和大体积混凝土结构的约束。
2.3大体积混凝土温度裂缝的影响因素分析
影响大体积混凝土温度裂缝的因素较多，也较为复杂，主要涉及水泥品种、水泥用量、用水量、含砂率、掺合料、化学外加剂、膨胀剂、施工工艺、环境温度、骨料温度、养护条件等。
（1）水泥及掺合料的影响。降低水化热温度就必须降低混凝土强度等级，减少水泥用量。另外，掺加掺合料可以有效降低水化的峰值温度，推迟水化温峰的出现时间。
（2）膨胀剂的影响。国内混凝土工程中最常用的膨胀剂是硫铝酸盐系列膨胀剂，其中UEA系列膨胀剂占总膨胀剂量的80%，它可与水泥反应生成钙矾石等膨胀组份在限制条件下补偿体系的体积收缩，并提高密实性。
（3）浇筑温度的影响。混凝土浇筑温度高会导致内部最高温度升高，因而内部温差加大，出现内部裂缝或贯穿性裂缝的危险性增加，因此应严格限制浇筑温度。
（4）内外温差。GBSOZO4-92规定：混凝土表面和内部温差应控制在设计要求的范围内。当设计无具体要求时，温差不宜超过25℃。
（5）温度陡降的影响。气温温差变化爱的、保温层失效、撤除保温层时间不当等均可导致混凝土表面温度突然下降，引起表面裂缝。由于这种温差形成的温度应力时间短，应力松弛影响小，更容易造成裂缝。
3 温度裂缝的预防技术
3.1 合理选用原材料和配合比
混凝土原材料的质量及其配合比设计是大体积混凝土裂缝控制的一个重要的因素。它不仅在降低混凝土自身温度上起决定作用，而且对提高混凝土的抗拉性能方面也有重要作用。
在大体积混凝土工程中，水化热引起的温升较高，降温幅度大，容易产生温度裂缝，因此在选择水泥时应尽量使用矿物成分铝酸三钙含量较低，水化中的游离氧化钙、氧化镁和二氧化硫尽可能少的水泥，这样可以减少水化热。骨料要尽量选用粒径较大、级配良好的骨料，同时严格控制砂石的含泥率和石子中的针状和片状颗粒的含量。
配合比方面在满足混凝土强度等级的前提下，尽量减少水泥的用量、降低水灰比、减小坍落度，同时掺入适量的外加剂，可以改善混凝土的性能，节约水泥，降低水化热。施工时严格按照配合比进行。
3.2 施工方法
大体积混凝土的施工方法一般可分为三种形式：水平全面分层、水平分段分层及斜面分层。水平全面分层主要适用于面积不太大的项目，该方法关键是要保证做到第一层混凝土浇筑完后，第二层混凝土开始浇筑时第一层混凝土尚未凝固，如此逐层进行，直至浇筑完毕。水平分段分层主要适用于厚度不太大、面积较大或长度较长的工程，该方法关键是保证在第二段混凝土开始浇筑时第一段接头处的混凝土还未凝结。斜面分层主要用于一些厚度较大的工程，此方法关键在于施工时应从浇筑的下端开始，逐渐上移，浇筑层的坡度不宜大于 1：3，以保证工程质量。另外，在混凝土中设置冷却管也是工程中降低混凝土内部温度的一种常用施工方法。
3.3 混凝土入模温度控制
为了有效的控制混凝土的水化热温度，必须预先知道混凝土最终的热峰值 T。混凝土内部峰值除水泥自身因素外，入模温度的高低也是一个重要的影响因素。在冬季施工时，入模温度影响还不十分明显，只要做好保温措施即可。而在夏季，入模温度则是十分重要的一环。由于混凝土体内的最高温度取决于混凝土入模温度和水泥水化热产生的升温，而水化热在混凝土配合比确定后就不会变化，所以入模温度就显得十分重要。尤其在夏季施工时，一定要控制混凝土的入模温度，浇筑混凝土的时间尽量选择在晚上进行，同时采用在施工现场冷水浇注混凝土运输车辆外壁等降温措施。
3.4 保温、保湿养护措施
在混凝土终凝前，对构件采用塑料薄膜 + 草袋或麻袋方法养护措施进行养护，覆盖厚度依据理论计算和实测情况适当调整，控制混凝土的内外温差值。混凝土内外温差控制在 20℃～25℃为宜。夏季，必须保持塑料薄膜下始终有凝结水，使混凝土表面处于潮湿状态，保持混凝土水分不过早蒸发。春季和冬季，由于气候比较干燥，一是混凝土表面的水分蒸发发生混凝土早期失水而容易产生混凝土干缩裂缝；二是由于气温时高时低，昼夜温差大，故还需在混凝土表面的草袋或麻袋上浇水养护；而在冬季，混凝土浇水养护的时间，一般选在上午 10 点后，下午 4 点前，这时能够防止养护水过冷降低混凝土表面温度而造成混凝土内外温差过大。
3.5 控制拆模时间
混凝土养护期间，混凝土结构的模板还未拆除，这对混凝土质量保证是有好处的。根据以往的施工经验，凡是拆模时间少于 3d 的，混凝土表面很容易产生细小的裂缝，而拆模时间控制在 5d～7d时，表面裂缝将明显减少，这主要的原因是由于模板对混凝土的约束作用和混凝土本身的抗拉强度的不断提高，有效地抵抗了混凝土拉应力。
参考文献：
【1】JGJ55-2000 普通混凝土配合比设计规范[S].
【2】王志斌. 大体积混凝土结构裂缝及其控制措施[J].交通世界，2009（15）