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[摘要]本文针对大体积混凝土温度与收缩裂缝的关系，分析了产生裂缝的主要原因，提出了防止大体积混凝土裂缝的技术措施｡
[关键词]大体积混凝土；裂缝原因；控制措施
高层建筑的箱形基础或筏式基础及整板基础，多有厚度较大的钢筋混凝土底板和深梁，高层建筑的桩基常有厚大的承台，包括一些大型设备的基础和工程构筑的基础都是体积较大的混凝土工程｡这些大体积混凝土结构，由外荷载引起裂缝的可能性较小，而由水泥水化过程中释放的水化热引起的温度变化时产生的温度应力和混凝土收缩时产生的收缩应力，是产生裂缝的主要因素，是在大体积混凝结构中要解决的重要问题｡
1. 温度与收缩裂缝产生的机理
混凝土是由多种材料组成的非均质材料，它具有较高的抗压强度和耐久性良好的特性，但也存在抗拉强度低，受拉时变形能力小，容易开裂等缺点｡研究表明，尚未承受荷载的混凝土中存在着“微观裂缝”，它也称为“肉眼不可见裂缝”，宽度一般在0.05mm以下｡主要有三种：一是骨料与水泥界面间的裂缝；二是水泥之间的裂缝；三是骨料本身的裂缝｡其中前两者较多，后者较少｡微观裂缝在混凝中分布是不规则的，不贯穿的｡因此，有微观裂缝的混凝土可以承受拉力｡
而对于肉眼可见裂缝称“宏观裂缝”｡大量研究证明结构物产生的肉眼可见裂缝可导致严重的破坏，都看作是微观裂缝扩展和增加的结果｡
1.1 大体积混凝土裂缝的种类｡大体积混凝土的裂缝多由变形变化引起的｡即结构要求变形，当变形受到约束得不到满足时引起应力，当该应力超过混凝土抗拉强度时就引起裂缝｡为此，裂缝的产生既与变形大小有关，又与约束的强弱有关｡结构产生变形变化时，不同结构之间和结构质点之间都会产生约束，前者称为“外约束”，后者称为“内约束”｡外约束分为自由体，全约束和弹性约束｡弹性约束“既有变形，又有应力”是最常遇到的一种约束状态；内约束是当结构截面较厚时，其内部温度和湿度分布不均匀，引起各质点变形的相互约束｡由温度变化产生温度应力从而发生的裂缝有两种，即内约束裂缝和外约束裂缝｡
1.1.1 内约束裂缝｡浇注初期的混凝土处于塑性状态，弹性模量低，变形变化产生的应力较小，对混凝土不会引起裂缝破坏｡此后，由于水化作用减缓，放出的热量少于失散的热量，或受寒冷袭击气温骤降，无适当的保温措施，混凝土表现散热快，造成温度陡降，混凝土内外部温差较大，中部混凝土温度高，发生体积膨胀，外部温度低产生体积收缩，约束了内部膨胀，此时由于混凝土的抗拉强度低｡当超过该龄期的混凝土的极限抗拉强度和变形极限，便会在混凝土表面产生裂缝，这种因表面与内部温度差引起的裂缝，称内约束裂缝｡这种裂缝一般产生很早，多呈不规则状态，深度较浅，属表面性质｡
1.1.2 外约束裂缝｡在混凝土降温阶段，热量逐渐散发，混凝土温度逐渐下降，因降温使混凝土体积逐渐产生收缩；与此同时，混凝土在硬化过程中产生收缩变形；当结构受到地基，垫层或结构边界的外部约束，将产生很大的温度应力——拉应力，当两种应力叠加超过混凝土的抗拉极限强度时，则在混凝土的底表面交界处附近以至混凝土中产生收缩裂缝，称为外约束裂缝｡通常浇注体的降温差较大，其形成的收缩变形也就很大｡这种裂缝特征是由交界面向上延伸，靠近其底最大而上部较小，严重的会产生贯穿整个基础全面的裂缝｡大体积混凝土内出现的裂缝，较其深度一般可分为表面裂缝，深层裂缝和贯穿裂缝三种｡贯穿裂缝切折了结构折面，破坏结构整体性，稳定性等，危害严重｡深层裂缝部分切断了结构断面，也有一定危害性，表面裂缝易产生应力集中，能促使裂缝进一步开展｡
1.2 大体积混凝土温度与收缩裂缝的原因｡大体积混凝土施工阶段产生的温度裂缝，是其内部矛盾发展的结果｡一方面是混凝土由于内外温差而产生的应力和应变，另一方面是结构的外部约束和混凝土的质点间的约束阻止这种变形｡一旦温度应力超过混凝土能承受的抗拉度时，即会出现裂缝｡大体积混凝土产生裂缝的原因有：
1.2.1 水泥水化热｡水泥水化过程中产生一定的热量，而大体积混凝土结构一般断面较厚，水化热聚集在结构内部不易散失，引起急剧升温，在建筑工程中一般温度较高｡水泥水化热引起绝热温升，在混凝土单位体积中与水泥用量和水泥品种有关，并随着混凝土的龄期按指数关系增长，一般在7~12d，接近于最终绝热温升｡由于结构物存在于一个自然散热条件环境中，实际混凝土内部的最高温度多数发生在混凝土浇注的最初3~5d｡随着混凝土龄期的增长，塑性逐渐消失，弹性模量增高，对混凝土内部降温收缩的约束也就愈来愈大，以至产生很大的拉应力，当混凝土的抗拉强度不足以抵抗这种应力时，开始出现温差裂缝｡
1.2.2 外界气温变化的影响｡大体积混凝土在施工期间，外界气温变化的影响很大｡混凝土的内部温度是浇注温度，水化热的绝热温度和结构散热降温等各种温度的叠加之和｡外界气温愈高，混凝土的结构温度也愈高；如外界温度下降，会增加外层混凝土与内部混凝土的温度梯度，温度應力是由温差引起的变形造成的，温差愈大，温度应力愈大｡在高温条件下，大体积混凝土不易散热，混凝土内部的最高温度大可达60~65℃，并且有较长的延续时间｡在这种情况下，研究合理的温度控制措施，防止混凝土内外温差引起的过大深度应力显得更为重要｡
1.2.3 混凝土的收缩变形｡混凝土的拌和水，只有约18~20%的水分是水泥水化所必须的，其余80%的水被散热，混凝土在水泥水化过程中产生的体积变形，多数是收缩变形，少数为膨胀变形｡由混凝土收缩变形引起的温度应力是不可忽视的｡影响混凝土收缩的因素很多，主要是水泥品种和混和材，外加剂及施工工艺(特别是养护条件)｡
2. 大体积混凝土温度与收缩裂缝控制措施
为防止产生温度裂缝，在大体积混凝土结构施工中，应着重控制混凝土温升，延缓混凝土降温速率，减少混凝土收缩｡
2.1 控制混凝土温升｡控制水泥水化热引起的温升，即减小降温温差，可采取下列措施｡
2.1.1 选用中低热的水泥品种｡大体积混凝土用的水泥不仅水化热要低且应有足够的硬度｡有些水泥水化热虽然较低，但强度较低，在配制混凝土时，需用水泥量较多，结果混凝土的总发热量(或绝对温升)可能比采用水化热较大，强度较高的水泥时用量还要多，使用这种低水化热的水泥是不适宜的｡另外，在相同坍落度的条件下，不同品种的水泥对混凝土的需水量是不一样的｡因此在满足抗压强度和坍落度的条件下，混凝土发热量较小，水泥就适用，对大体积混凝土来说，一般应优先采用水化热较低的矿渣水泥，火山灰水泥和粉煤灰水泥，在混凝土发热量不增加的前提下，也可以是用普通水泥｡
2.1.2 掺加减水剂或缓凝型减水剂｡混凝土中掺加减水剂，能保持混凝土工作性能不变而显著减少拌和水量10%左右，降低水灰比，改善和易性，减少水泥用量10%左右，降低水化热量，减缓水化速度｡混凝土中掺加缓凝型减水剂，除有以上效果外，还可以延迟初凝时间1h以上，减缓浇注速度和温度以利散热｡如用矿渣水泥配置的混凝土掺0.2%木质素磺酸钙减水剂，能使初凝时间延长3~5h以上｡同时，可延缓水泥水化热的释放速度，推迟混凝土的放热高峰时间，延长混凝土升温期，减少混凝土表面的温度梯度，而此时混凝土表层的强度还相对提高，有利于抗裂，减少表面出现裂缝的可能性｡
2.1.4 粗细骨料选择｡宜优先采用连续级配的粗骨料配制混凝土，用连续级配粗骨料配制的混凝土里有良好的和易性，较少用水量和水泥用量以及较高的抗压强度｡尽量选用粒径较大，级配良好的石子｡因为增大骨料粒数，可减少用水量，从而使混凝土的收缩和泌水减水，同时也可以减少水泥用量，降低水泥水化热量，最终降低了混凝土的温升｡根据有关实验表明，采用5~40mm石子比采用5~25mm石子每立方米混凝土可减少用水量15Kg左右，在相同水泥比的情况下，水量用量可减少20Kg左右｡细骨料的采用中，粗砂为宜｡砂石的含泥量必须严格控制，砂､石的含泥量超过规定，不仅会增加混凝土的收缩，同时也会引起混凝土抗拉强度的降低，对混凝土的抗裂不利｡
[关键词]大体积混凝土；裂缝原因；控制措施
高层建筑的箱形基础或筏式基础及整板基础，多有厚度较大的钢筋混凝土底板和深梁，高层建筑的桩基常有厚大的承台，包括一些大型设备的基础和工程构筑的基础都是体积较大的混凝土工程｡这些大体积混凝土结构，由外荷载引起裂缝的可能性较小，而由水泥水化过程中释放的水化热引起的温度变化时产生的温度应力和混凝土收缩时产生的收缩应力，是产生裂缝的主要因素，是在大体积混凝结构中要解决的重要问题｡
1. 温度与收缩裂缝产生的机理
混凝土是由多种材料组成的非均质材料，它具有较高的抗压强度和耐久性良好的特性，但也存在抗拉强度低，受拉时变形能力小，容易开裂等缺点｡研究表明，尚未承受荷载的混凝土中存在着“微观裂缝”，它也称为“肉眼不可见裂缝”，宽度一般在0.05mm以下｡主要有三种：一是骨料与水泥界面间的裂缝；二是水泥之间的裂缝；三是骨料本身的裂缝｡其中前两者较多，后者较少｡微观裂缝在混凝中分布是不规则的，不贯穿的｡因此，有微观裂缝的混凝土可以承受拉力｡
而对于肉眼可见裂缝称“宏观裂缝”｡大量研究证明结构物产生的肉眼可见裂缝可导致严重的破坏，都看作是微观裂缝扩展和增加的结果｡
1.1 大体积混凝土裂缝的种类｡大体积混凝土的裂缝多由变形变化引起的｡即结构要求变形，当变形受到约束得不到满足时引起应力，当该应力超过混凝土抗拉强度时就引起裂缝｡为此，裂缝的产生既与变形大小有关，又与约束的强弱有关｡结构产生变形变化时，不同结构之间和结构质点之间都会产生约束，前者称为“外约束”，后者称为“内约束”｡外约束分为自由体，全约束和弹性约束｡弹性约束“既有变形，又有应力”是最常遇到的一种约束状态；内约束是当结构截面较厚时，其内部温度和湿度分布不均匀，引起各质点变形的相互约束｡由温度变化产生温度应力从而发生的裂缝有两种，即内约束裂缝和外约束裂缝｡
1.1.1 内约束裂缝｡浇注初期的混凝土处于塑性状态，弹性模量低，变形变化产生的应力较小，对混凝土不会引起裂缝破坏｡此后，由于水化作用减缓，放出的热量少于失散的热量，或受寒冷袭击气温骤降，无适当的保温措施，混凝土表现散热快，造成温度陡降，混凝土内外部温差较大，中部混凝土温度高，发生体积膨胀，外部温度低产生体积收缩，约束了内部膨胀，此时由于混凝土的抗拉强度低｡当超过该龄期的混凝土的极限抗拉强度和变形极限，便会在混凝土表面产生裂缝，这种因表面与内部温度差引起的裂缝，称内约束裂缝｡这种裂缝一般产生很早，多呈不规则状态，深度较浅，属表面性质｡
1.1.2 外约束裂缝｡在混凝土降温阶段，热量逐渐散发，混凝土温度逐渐下降，因降温使混凝土体积逐渐产生收缩；与此同时，混凝土在硬化过程中产生收缩变形；当结构受到地基，垫层或结构边界的外部约束，将产生很大的温度应力——拉应力，当两种应力叠加超过混凝土的抗拉极限强度时，则在混凝土的底表面交界处附近以至混凝土中产生收缩裂缝，称为外约束裂缝｡通常浇注体的降温差较大，其形成的收缩变形也就很大｡这种裂缝特征是由交界面向上延伸，靠近其底最大而上部较小，严重的会产生贯穿整个基础全面的裂缝｡大体积混凝土内出现的裂缝，较其深度一般可分为表面裂缝，深层裂缝和贯穿裂缝三种｡贯穿裂缝切折了结构折面，破坏结构整体性，稳定性等，危害严重｡深层裂缝部分切断了结构断面，也有一定危害性，表面裂缝易产生应力集中，能促使裂缝进一步开展｡
1.2 大体积混凝土温度与收缩裂缝的原因｡大体积混凝土施工阶段产生的温度裂缝，是其内部矛盾发展的结果｡一方面是混凝土由于内外温差而产生的应力和应变，另一方面是结构的外部约束和混凝土的质点间的约束阻止这种变形｡一旦温度应力超过混凝土能承受的抗拉度时，即会出现裂缝｡大体积混凝土产生裂缝的原因有：
1.2.1 水泥水化热｡水泥水化过程中产生一定的热量，而大体积混凝土结构一般断面较厚，水化热聚集在结构内部不易散失，引起急剧升温，在建筑工程中一般温度较高｡水泥水化热引起绝热温升，在混凝土单位体积中与水泥用量和水泥品种有关，并随着混凝土的龄期按指数关系增长，一般在7~12d，接近于最终绝热温升｡由于结构物存在于一个自然散热条件环境中，实际混凝土内部的最高温度多数发生在混凝土浇注的最初3~5d｡随着混凝土龄期的增长，塑性逐渐消失，弹性模量增高，对混凝土内部降温收缩的约束也就愈来愈大，以至产生很大的拉应力，当混凝土的抗拉强度不足以抵抗这种应力时，开始出现温差裂缝｡
1.2.2 外界气温变化的影响｡大体积混凝土在施工期间，外界气温变化的影响很大｡混凝土的内部温度是浇注温度，水化热的绝热温度和结构散热降温等各种温度的叠加之和｡外界气温愈高，混凝土的结构温度也愈高；如外界温度下降，会增加外层混凝土与内部混凝土的温度梯度，温度應力是由温差引起的变形造成的，温差愈大，温度应力愈大｡在高温条件下，大体积混凝土不易散热，混凝土内部的最高温度大可达60~65℃，并且有较长的延续时间｡在这种情况下，研究合理的温度控制措施，防止混凝土内外温差引起的过大深度应力显得更为重要｡
1.2.3 混凝土的收缩变形｡混凝土的拌和水，只有约18~20%的水分是水泥水化所必须的，其余80%的水被散热，混凝土在水泥水化过程中产生的体积变形，多数是收缩变形，少数为膨胀变形｡由混凝土收缩变形引起的温度应力是不可忽视的｡影响混凝土收缩的因素很多，主要是水泥品种和混和材，外加剂及施工工艺(特别是养护条件)｡
2. 大体积混凝土温度与收缩裂缝控制措施
为防止产生温度裂缝，在大体积混凝土结构施工中，应着重控制混凝土温升，延缓混凝土降温速率，减少混凝土收缩｡
2.1 控制混凝土温升｡控制水泥水化热引起的温升，即减小降温温差，可采取下列措施｡
2.1.1 选用中低热的水泥品种｡大体积混凝土用的水泥不仅水化热要低且应有足够的硬度｡有些水泥水化热虽然较低，但强度较低，在配制混凝土时，需用水泥量较多，结果混凝土的总发热量(或绝对温升)可能比采用水化热较大，强度较高的水泥时用量还要多，使用这种低水化热的水泥是不适宜的｡另外，在相同坍落度的条件下，不同品种的水泥对混凝土的需水量是不一样的｡因此在满足抗压强度和坍落度的条件下，混凝土发热量较小，水泥就适用，对大体积混凝土来说，一般应优先采用水化热较低的矿渣水泥，火山灰水泥和粉煤灰水泥，在混凝土发热量不增加的前提下，也可以是用普通水泥｡
2.1.2 掺加减水剂或缓凝型减水剂｡混凝土中掺加减水剂，能保持混凝土工作性能不变而显著减少拌和水量10%左右，降低水灰比，改善和易性，减少水泥用量10%左右，降低水化热量，减缓水化速度｡混凝土中掺加缓凝型减水剂，除有以上效果外，还可以延迟初凝时间1h以上，减缓浇注速度和温度以利散热｡如用矿渣水泥配置的混凝土掺0.2%木质素磺酸钙减水剂，能使初凝时间延长3~5h以上｡同时，可延缓水泥水化热的释放速度，推迟混凝土的放热高峰时间，延长混凝土升温期，减少混凝土表面的温度梯度，而此时混凝土表层的强度还相对提高，有利于抗裂，减少表面出现裂缝的可能性｡
2.1.4 粗细骨料选择｡宜优先采用连续级配的粗骨料配制混凝土，用连续级配粗骨料配制的混凝土里有良好的和易性，较少用水量和水泥用量以及较高的抗压强度｡尽量选用粒径较大，级配良好的石子｡因为增大骨料粒数，可减少用水量，从而使混凝土的收缩和泌水减水，同时也可以减少水泥用量，降低水泥水化热量，最终降低了混凝土的温升｡根据有关实验表明，采用5~40mm石子比采用5~25mm石子每立方米混凝土可减少用水量15Kg左右，在相同水泥比的情况下，水量用量可减少20Kg左右｡细骨料的采用中，粗砂为宜｡砂石的含泥量必须严格控制，砂､石的含泥量超过规定，不仅会增加混凝土的收缩，同时也会引起混凝土抗拉强度的降低，对混凝土的抗裂不利｡