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【摘 要】 随着现代经济的快速发展，大体积混凝土也越来越多地被应用到建筑工程领域中，尤其是高层建筑结构的整体式基础、箱型基础的底板、桩基承台和筏板基础等。但是对于高层建筑大体积基础混凝土，混凝土裂缝的控制是施工过程中的一个重要技术问题，因此，本文对高层建筑大体积基础混凝土的裂缝控制措施进行分析。
【关键词】 高层建筑；大体积混凝土；裂缝控制
我国《大体积混凝土施工规范》GB50496规定：混凝土结构物实体最小几何尺寸不小于1m的大体量混凝土，或预计会因混凝土中胶凝材料水化引起的温度变化和收缩而导致有害裂缝产生的混凝土，称之为大体积混凝土。高层建筑大体积基础混凝土主要是指高层建筑中采用的大体积整体式基础、箱型基础的底板、桩基承台和筏板基础等。
一、裂缝产生的原因
高层建筑大体积基础混凝土裂缝产生的原因有以下几个方面：
1.水化热大：水泥水化热是大体积混凝土裂缝出现的主要因素。大体积基础混凝土在施工过程中，水泥在水化的过程中会释放出较大的热量，而大体积混凝土由于体积较大断面较厚，导热性能较差，水化热放出的热量聚集在结构物内部不易散失，导致混凝土内部温度上升较大，在结构内产生不均匀温度场，这样就会导致大体积混凝土产生温度应变，当受拉区混凝土材料的拉应变超过其极限拉应变时，该处的材料将发生破坏，从而导致混凝土结构出现裂缝。
2.约束条件：大体积基础混凝土与地基浇筑在一起，由于基岩的压缩模量较高，温度变化时混凝土受到下部地基的限制，因而产生外部约束应力。混凝土在早期温度上升时，由于膨胀变形而产生压应力，此时混凝土的弹性模量小，应力松弛和徐变较大，因而压应力较小；当温度下降时，新浇混凝土收缩因存在较强大的地基或基础的约束而不能自由收缩，在混凝土内形成拉应力，但是经过恒温阶段的降温时，新浇混凝土的弹性模虽己较高，形成的拉应力也较大，除了抵消升温产生的压应力外，还存在较高的拉应力，导致产生内部裂缝若超过混凝土的极限抗拉强度，混凝土将会出现竖直裂缝。
3.混凝土的收缩变形：混凝土拌合水中有80%的自由水要蒸发，自由水的逸散一般不引起收缩，但当混凝土过于干燥而形成吸附水脱水时，其同时产生的干缩却是不容忽视。混凝土的收缩变形类型主要有自由收缩、塑性收缩、碳化收缩、以及干缩，这些湿度收缩变形都会引起混凝土内裂缝的产生。
4.室外气温的影响：大体积基础混凝土施工阶段，室外环境气温愈高，混凝土的浇筑温度也愈高；气温下降，又会增加混凝土的降温幅度，特别是气温突然下降，会大大增加外层混凝土與内部混凝土的温差，这对大体积混凝土的施工极为不利。
如上所述，大体积钢筋混凝土结构中，造成结构裂缝的原因是复杂的，综合性的，但是，大体积混凝土的特点是结构截面大，体积大，水泥用量多，水泥水化释放的水化热大，因此，水化热产生的温度变化和收缩膨胀作用而引起的温度应力是导致混凝土产生裂缝的主要原因。
二、裂缝的控制措施
为控制高层建筑大体积基础混凝土内部裂缝的出现，以下从材料措施、设计措施以及施工措施三个方面进行介绍。
1.裂缝控制的材料措施
（1）水泥的选择：水泥水化过程中释放的大量水化热不能散失引起的温度裂缝是混凝土裂缝的主要原因，因此水泥的选择是影响裂缝的主要原因。在大体积混凝土施工中，应尽量选择低热或者中热的水泥品种，如图1。
由上图可知，适当提高水泥中硅酸二钙和铁铝酸四钙的含量，限制硅酸三钙和铝酸三钙的含量，可以从根本上控制由水泥水化热所引起的混凝土内部温度。
（2）骨料的选择：连续级配的骨料可以使得混凝土更密实，和易性更好，在减少水泥用量的情况下仍然可以达到强度目标。因此，在骨料的选择中应优先考虑连续级配的骨料。为达到连续级配，粗骨料可以选择碎石，细骨料应选择中粗砂，提高混凝土的强度和抗裂性能。
（3）掺用混合材料
a.掺加粉煤灰：参入粉煤灰后，混凝土的和易性、干缩性和脆性都将得到明显的改善。同时粉煤灰的参入也可以减少水泥的用量，降低水化热的释放，但也会带来混凝土抗碳化性能的下降，所以掺量也不宜过大。
b.掺加适量聚丙烯纤维：混凝土中掺加的聚丙烯网状纤维可以起到微细配筋作用。水泥和聚丙烯纤维之间的握裹力可以消耗混凝土变形开裂能量、减少混凝土离析泌水、提高混凝土的韧性等等，从而控制水泥基体内部微细裂缝的生成和扩展，提高混凝土的抗裂性能。
c.掺加其他外加剂：大体积混凝土施工中经常采用外加剂和外掺料优化混凝土级配，改善混凝土的特性。比如采用木质素磺酸钙可以有效地分散大体积混凝土外加剂，主要有减水剂、膨胀剂、缓凝剂等，但是外加剂的添加有时会引起混凝土其他性能的改变，因此外加剂的品种、掺量应根据工程具体情况通过水泥适应性和各种材料的相容性来确定。
（4）优化配合比：优化混凝土配合比的原则是在使得混凝土满足结构强度要求的前提下，减少水泥用量，尽量改善和易性。特别要对对混凝土的流动性、粘聚性和保水性进行反复试验，通过优选对比选择合理的混凝土配合比。
2.裂缝控制的设计措施
在结构的界面发生突变或端面发生突变的部位在混凝土结构产生不均匀变形的时候很容易发生应力集中，而使该处薄弱环节由于应力集中而导致开裂。因此，在基础结构的设计阶段就要采取一些技术措施，减少裂缝的开展。
（1）合理布置分布钢筋，尽量采用小直径、密间距：适当的配筋不能有效的阻止裂缝的产生，但适当的配筋可以约束混凝土的塑性变形，从而分担混凝土的内应力，加强结构的整体性和减小温度裂缝的宽度，同时也提高了混凝土的极限拉伸。大量的工程实践证明了适当的构造配筋能够控制温度收缩裂缝。
（2）采用滑动层来减小基础的约束：大体积混凝土产生裂缝的原因之一就是混凝土弹性模量变大时混凝土周围条件约束混凝土发生变形，对混凝土产生收缩应力使混凝土产生裂缝。因此，可在浇筑混凝土前在地基上设置一毡一油或一毡二油用来减小基础和地基的约束，降低混凝土内部的约束应力。
【关键词】 高层建筑；大体积混凝土；裂缝控制
我国《大体积混凝土施工规范》GB50496规定：混凝土结构物实体最小几何尺寸不小于1m的大体量混凝土，或预计会因混凝土中胶凝材料水化引起的温度变化和收缩而导致有害裂缝产生的混凝土，称之为大体积混凝土。高层建筑大体积基础混凝土主要是指高层建筑中采用的大体积整体式基础、箱型基础的底板、桩基承台和筏板基础等。
一、裂缝产生的原因
高层建筑大体积基础混凝土裂缝产生的原因有以下几个方面：
1.水化热大：水泥水化热是大体积混凝土裂缝出现的主要因素。大体积基础混凝土在施工过程中，水泥在水化的过程中会释放出较大的热量，而大体积混凝土由于体积较大断面较厚，导热性能较差，水化热放出的热量聚集在结构物内部不易散失，导致混凝土内部温度上升较大，在结构内产生不均匀温度场，这样就会导致大体积混凝土产生温度应变，当受拉区混凝土材料的拉应变超过其极限拉应变时，该处的材料将发生破坏，从而导致混凝土结构出现裂缝。
2.约束条件：大体积基础混凝土与地基浇筑在一起，由于基岩的压缩模量较高，温度变化时混凝土受到下部地基的限制，因而产生外部约束应力。混凝土在早期温度上升时，由于膨胀变形而产生压应力，此时混凝土的弹性模量小，应力松弛和徐变较大，因而压应力较小；当温度下降时，新浇混凝土收缩因存在较强大的地基或基础的约束而不能自由收缩，在混凝土内形成拉应力，但是经过恒温阶段的降温时，新浇混凝土的弹性模虽己较高，形成的拉应力也较大，除了抵消升温产生的压应力外，还存在较高的拉应力，导致产生内部裂缝若超过混凝土的极限抗拉强度，混凝土将会出现竖直裂缝。
3.混凝土的收缩变形：混凝土拌合水中有80%的自由水要蒸发，自由水的逸散一般不引起收缩，但当混凝土过于干燥而形成吸附水脱水时，其同时产生的干缩却是不容忽视。混凝土的收缩变形类型主要有自由收缩、塑性收缩、碳化收缩、以及干缩，这些湿度收缩变形都会引起混凝土内裂缝的产生。
4.室外气温的影响：大体积基础混凝土施工阶段，室外环境气温愈高，混凝土的浇筑温度也愈高；气温下降，又会增加混凝土的降温幅度，特别是气温突然下降，会大大增加外层混凝土與内部混凝土的温差，这对大体积混凝土的施工极为不利。
如上所述，大体积钢筋混凝土结构中，造成结构裂缝的原因是复杂的，综合性的，但是，大体积混凝土的特点是结构截面大，体积大，水泥用量多，水泥水化释放的水化热大，因此，水化热产生的温度变化和收缩膨胀作用而引起的温度应力是导致混凝土产生裂缝的主要原因。
二、裂缝的控制措施
为控制高层建筑大体积基础混凝土内部裂缝的出现，以下从材料措施、设计措施以及施工措施三个方面进行介绍。
1.裂缝控制的材料措施
（1）水泥的选择：水泥水化过程中释放的大量水化热不能散失引起的温度裂缝是混凝土裂缝的主要原因，因此水泥的选择是影响裂缝的主要原因。在大体积混凝土施工中，应尽量选择低热或者中热的水泥品种，如图1。
由上图可知，适当提高水泥中硅酸二钙和铁铝酸四钙的含量，限制硅酸三钙和铝酸三钙的含量，可以从根本上控制由水泥水化热所引起的混凝土内部温度。
（2）骨料的选择：连续级配的骨料可以使得混凝土更密实，和易性更好，在减少水泥用量的情况下仍然可以达到强度目标。因此，在骨料的选择中应优先考虑连续级配的骨料。为达到连续级配，粗骨料可以选择碎石，细骨料应选择中粗砂，提高混凝土的强度和抗裂性能。
（3）掺用混合材料
a.掺加粉煤灰：参入粉煤灰后，混凝土的和易性、干缩性和脆性都将得到明显的改善。同时粉煤灰的参入也可以减少水泥的用量，降低水化热的释放，但也会带来混凝土抗碳化性能的下降，所以掺量也不宜过大。
b.掺加适量聚丙烯纤维：混凝土中掺加的聚丙烯网状纤维可以起到微细配筋作用。水泥和聚丙烯纤维之间的握裹力可以消耗混凝土变形开裂能量、减少混凝土离析泌水、提高混凝土的韧性等等，从而控制水泥基体内部微细裂缝的生成和扩展，提高混凝土的抗裂性能。
c.掺加其他外加剂：大体积混凝土施工中经常采用外加剂和外掺料优化混凝土级配，改善混凝土的特性。比如采用木质素磺酸钙可以有效地分散大体积混凝土外加剂，主要有减水剂、膨胀剂、缓凝剂等，但是外加剂的添加有时会引起混凝土其他性能的改变，因此外加剂的品种、掺量应根据工程具体情况通过水泥适应性和各种材料的相容性来确定。
（4）优化配合比：优化混凝土配合比的原则是在使得混凝土满足结构强度要求的前提下，减少水泥用量，尽量改善和易性。特别要对对混凝土的流动性、粘聚性和保水性进行反复试验，通过优选对比选择合理的混凝土配合比。
2.裂缝控制的设计措施
在结构的界面发生突变或端面发生突变的部位在混凝土结构产生不均匀变形的时候很容易发生应力集中，而使该处薄弱环节由于应力集中而导致开裂。因此，在基础结构的设计阶段就要采取一些技术措施，减少裂缝的开展。
（1）合理布置分布钢筋，尽量采用小直径、密间距：适当的配筋不能有效的阻止裂缝的产生，但适当的配筋可以约束混凝土的塑性变形，从而分担混凝土的内应力，加强结构的整体性和减小温度裂缝的宽度，同时也提高了混凝土的极限拉伸。大量的工程实践证明了适当的构造配筋能够控制温度收缩裂缝。
（2）采用滑动层来减小基础的约束：大体积混凝土产生裂缝的原因之一就是混凝土弹性模量变大时混凝土周围条件约束混凝土发生变形，对混凝土产生收缩应力使混凝土产生裂缝。因此，可在浇筑混凝土前在地基上设置一毡一油或一毡二油用来减小基础和地基的约束，降低混凝土内部的约束应力。