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【摘 要】大体积混凝土开裂是施工中一个普遍的问题，一旦开裂，不仅对工程造成影响，更会给建筑物的稳定性和安全性带来隐患。通过探讨大体积混凝土裂缝的成因，分析了几种防治措施，以期对大体积混凝土的施工有所帮助。
【关键词】大体积混凝土；裂缝；成因；防治
一、裂缝的成因
大体积混凝土主要是指混凝土结构实体最小几何尺寸不小于1m，或预计会因混凝土中水泥水化引起的温度变化和收缩导致有害裂缝产生的混凝土。造成大体积混凝土结构产生裂缝的原因有很多种，在此简单分为两种：一是由外部荷载引起的，混凝土超过极限拉应力而引起的裂缝，即结构型裂缝；二是由于混凝土自身的变形变化引起的，主要是温度应力和混凝土自身的收缩，即材料型裂缝。本文主要讨论材料型裂缝，具体原因如下：
1.沉降裂缝
在新拌混凝土中，水泥浆体和骨料之间会产生不均匀沉降。在混凝土上表面形成塑性沉降裂缝，混凝土的坍落度越大，越容易发生塑性沉降裂缝。
2.水化热裂缝
大体积的混凝土结构一般是要求一次性浇筑，浇筑后混凝土在硬化过程中水泥因水化会产生大量的水化热，使混凝土的温度很快上升。由于混凝土表面的散热条件较好，热量可以向大气中散发，因而温度上升的比较少；由于大体积混凝土结构物断面较厚，在其内部产生的热量不容易散发，从而使混凝土内部温度升高，这样就形成了内外较大的温差，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力，当温差产生的表面拉应力超过混凝土极限抗拉强度时，表面就会产生裂缝。
3.温差裂缝
外界的温度变化对大体积混凝土裂缝的产生有很大的影响。大体积混凝土内部温度是由浇筑温度、水泥水化热的绝热温度和结构的散热温度三者叠加而成，在大体积混凝土施工阶段，它的浇筑温度是随着外界气温变化而变化的。外界温度越高，浇筑的温度也就越高，外界温度降低则会增大混凝土内外温度梯度，特别是温度骤降的时候，由于大体积混凝土内部不易散热，温度高而且持续的时间长，突然的温差变化会造成很大的温度应力，致使混凝土开裂。
4.收缩裂缝
4.1干燥收缩
干缩裂缝是混凝土内外水分蒸发程度不同而导致变形不同的结果：混凝土在硬化后，内部的游离水由表及里逐渐蒸发，表面水分受外部条件影响损失很快，变形较大，而内部湿度变化较小变形较小，较大的表面干缩变形受到混凝土内部约束，产生较大拉应力而产生裂缝。混凝土干缩主要和混凝土的水灰比、水泥的成分、水泥的用量、集料的性质和用量、外加剂的用量等有关，混凝土中的用水量和水泥用量越高，混凝土收缩就越大。
4.2自身收缩
与干缩一样，是由于水的迁移而引起的，但它不是由于水向外蒸发散失，而是因为水泥水化时消耗水分造成凝胶孔的液面下降形成弯月面，产生所谓的自干燥作用，导致混凝土体的相对湿度降低及体积减小而最终自身收缩。
4.3塑性收缩
在水泥活性大、混凝土温度较高或者水胶比较低的条件下，混凝土的泌水明显减少，表面蒸发的水分不能及时得到补充，这时混凝土尚处于塑性状态，稍受拉力，混凝土的表面很容易会出现裂缝。塑性收缩裂缝一般在干热或大风天气出现，裂缝多呈中间宽、两端细且长短不一，互不连贯状态。塑性收缩常发生在混凝土板或比表面积较大的墙面上。
5.安定性裂缝
安定性裂缝表现为龟裂，主要是由于水泥安定性不合格而引起的。
由于设计不合理、材料选取不当、施工不规范、养护不到位等其他因素造成的裂缝在此不赘述。
二、裂缝的防治
1.材料方面
1.1选用中热或低热水泥
温差主要是水化热产生的，为了减小温差，就要尽量降低水化热，要用早期水化热低的水泥，选择适宜的矿物组成，调整水泥的细度模数。一般来说水泥用量每增减10kg，温度亦相应升降l℃。在工程中常用的水泥主要有硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥。为了降低因水泥水化产生的热量引起的温升，一般可选用水化热较低的42.5MPa的矿渣硅酸盐水泥。
1.2掺加粉煤灰
粉煤灰的掺入可以减少泥用量，降低水化热并提高水泥和易性。粉煤灰可使混凝土产生致密的结构、提高混凝土的后期强度和提高流动度。粉煤灰中含有大量的硅、铝氧化物，这些硅铝氧化物能够与水泥的水化产物进行二次反应，是其活性的来源，可以取代部分水泥，降低混凝上的热胀；粉煤灰颗粒较细，能够参加二次反应的界面相应增多，在混凝土中分散更加均匀。同时，粉煤灰的火山灰反应进一步改善了混凝土内部的孔结构，使混凝土中总的孔隙率降低，孔结构进一步细化，分布更加合理，使硬化后的混凝土更加致密，相应收缩值也减小。由于粉煤灰具有较慢的化学活性，当水泥水化后，粉煤灰才开始激活水化。所以对混凝土的早期强度影响不大，但可对其后期强度的提高和水化热的降低产生明显作用。
1.3骨料选择要合适
混凝土中砂、石等粗细骨料的体积占混凝土体积的70％以上，起到骨架的作用，因此应优先选用热学性能好的骨料。在满足泵送要求和钢筋布置间距条件下，尽量选用粒径较大的粗骨料，因为粗骨料越大，级配越好，孔隙充满越小，比表面积越小，每立方米的水泥砂浆量和水泥用量相应越省，水化热随之降低，对防止裂缝越有好处。石子作为混凝土中的粗骨料，具有稳定的体积。在石子外形上，因碎石的不规则和粗糙的外表面可增加对水泥凝胶体的拉结作用，减少微裂缝的生成，所以，以碎石最佳。细骨料宜采用级配良好的中粗砂。中粗砂其孔隙率小，比表面积小，混凝土的水泥和用水量应可以减小，水化热会降低，另一方面要控制砂石料中的含泥量。
1.4掺入外加剂
掺人减水剂、缓凝剂、引气剂和膨胀剂等外加剂以改善混凝土性能防止开裂。减水剂的主要作用是改善混凝土的和易性，降低水灰比，提高混凝土强度或在保持混凝土一定强度时减少水泥用量。缓凝剂的作用：是延缓混凝土放热峰值出现的时间，由于混凝土的强度会随龄期的增长而增大，所以等放热峰值出现时，混凝土强度已增大了，从而减小裂缝出现的机率。二是改善和易性，减少运输过程中的坍落度损失。应用引气剂对改善混凝士的和易性、可泵性，提高混凝土耐久性能十分有利，在一定程度上增强混凝土的抗裂性能。另外，为弥补混凝土的收缩也可掺入一定的膨胀剂，改变混凝土水化的物化机理，使水泥的自身收缩减小。随着技术的发展，外加剂已由过去的单剂型向复合型的方向发展。
2.设计方面
现代混凝土的设计不仅仅要考虑荷载的作用，更要考虑变形作用的问题，尤其是大体积混凝土收缩应力的影响比荷载效应要更为突出，因此设计应注意：①合理、精心设计混凝土配合比。②增配构造筋提高抗裂性能。③避免结构突变产生应力集中，在易产生应力集中的薄弱环节采取加强措施。
3.施工方面
在混凝土施工阶段应注意以下几点：①控制混凝土温升②延缓混凝土降温速率③减少混凝土收缩，提高混凝土的极限拉伸值④合理的分段施工，提高施工工艺和质量。
4.养护方面
实践证明，混凝土常见的裂缝，大多数是不同深度的表面裂缝。早期对混凝土的养护不周是造成混凝土裂缝的主要原因。尤其寒冷地区和冬季施工时的温度骤降更容易形成裂缝。因此混凝土的保温对防止表面早期裂缝尤其重要。混凝土浇筑后的最初几天是养护的关键时期，应根据气候条件采取相应的控温措施，减小温差，防止裂缝的出现。
三、结语
大体积混凝土施工是一项系统工程，涉及的因素很多，这就需要工程各方紧密配合，做到全程控制，才能减少裂缝，保证施工质量。
【关键词】大体积混凝土；裂缝；成因；防治
一、裂缝的成因
大体积混凝土主要是指混凝土结构实体最小几何尺寸不小于1m，或预计会因混凝土中水泥水化引起的温度变化和收缩导致有害裂缝产生的混凝土。造成大体积混凝土结构产生裂缝的原因有很多种，在此简单分为两种：一是由外部荷载引起的，混凝土超过极限拉应力而引起的裂缝，即结构型裂缝；二是由于混凝土自身的变形变化引起的，主要是温度应力和混凝土自身的收缩，即材料型裂缝。本文主要讨论材料型裂缝，具体原因如下：
1.沉降裂缝
在新拌混凝土中，水泥浆体和骨料之间会产生不均匀沉降。在混凝土上表面形成塑性沉降裂缝，混凝土的坍落度越大，越容易发生塑性沉降裂缝。
2.水化热裂缝
大体积的混凝土结构一般是要求一次性浇筑，浇筑后混凝土在硬化过程中水泥因水化会产生大量的水化热，使混凝土的温度很快上升。由于混凝土表面的散热条件较好，热量可以向大气中散发，因而温度上升的比较少；由于大体积混凝土结构物断面较厚，在其内部产生的热量不容易散发，从而使混凝土内部温度升高，这样就形成了内外较大的温差，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力，当温差产生的表面拉应力超过混凝土极限抗拉强度时，表面就会产生裂缝。
3.温差裂缝
外界的温度变化对大体积混凝土裂缝的产生有很大的影响。大体积混凝土内部温度是由浇筑温度、水泥水化热的绝热温度和结构的散热温度三者叠加而成，在大体积混凝土施工阶段，它的浇筑温度是随着外界气温变化而变化的。外界温度越高，浇筑的温度也就越高，外界温度降低则会增大混凝土内外温度梯度，特别是温度骤降的时候，由于大体积混凝土内部不易散热，温度高而且持续的时间长，突然的温差变化会造成很大的温度应力，致使混凝土开裂。
4.收缩裂缝
4.1干燥收缩
干缩裂缝是混凝土内外水分蒸发程度不同而导致变形不同的结果：混凝土在硬化后，内部的游离水由表及里逐渐蒸发，表面水分受外部条件影响损失很快，变形较大，而内部湿度变化较小变形较小，较大的表面干缩变形受到混凝土内部约束，产生较大拉应力而产生裂缝。混凝土干缩主要和混凝土的水灰比、水泥的成分、水泥的用量、集料的性质和用量、外加剂的用量等有关，混凝土中的用水量和水泥用量越高，混凝土收缩就越大。
4.2自身收缩
与干缩一样，是由于水的迁移而引起的，但它不是由于水向外蒸发散失，而是因为水泥水化时消耗水分造成凝胶孔的液面下降形成弯月面，产生所谓的自干燥作用，导致混凝土体的相对湿度降低及体积减小而最终自身收缩。
4.3塑性收缩
在水泥活性大、混凝土温度较高或者水胶比较低的条件下，混凝土的泌水明显减少，表面蒸发的水分不能及时得到补充，这时混凝土尚处于塑性状态，稍受拉力，混凝土的表面很容易会出现裂缝。塑性收缩裂缝一般在干热或大风天气出现，裂缝多呈中间宽、两端细且长短不一，互不连贯状态。塑性收缩常发生在混凝土板或比表面积较大的墙面上。
5.安定性裂缝
安定性裂缝表现为龟裂，主要是由于水泥安定性不合格而引起的。
由于设计不合理、材料选取不当、施工不规范、养护不到位等其他因素造成的裂缝在此不赘述。
二、裂缝的防治
1.材料方面
1.1选用中热或低热水泥
温差主要是水化热产生的，为了减小温差，就要尽量降低水化热，要用早期水化热低的水泥，选择适宜的矿物组成，调整水泥的细度模数。一般来说水泥用量每增减10kg，温度亦相应升降l℃。在工程中常用的水泥主要有硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥。为了降低因水泥水化产生的热量引起的温升，一般可选用水化热较低的42.5MPa的矿渣硅酸盐水泥。
1.2掺加粉煤灰
粉煤灰的掺入可以减少泥用量，降低水化热并提高水泥和易性。粉煤灰可使混凝土产生致密的结构、提高混凝土的后期强度和提高流动度。粉煤灰中含有大量的硅、铝氧化物，这些硅铝氧化物能够与水泥的水化产物进行二次反应，是其活性的来源，可以取代部分水泥，降低混凝上的热胀；粉煤灰颗粒较细，能够参加二次反应的界面相应增多，在混凝土中分散更加均匀。同时，粉煤灰的火山灰反应进一步改善了混凝土内部的孔结构，使混凝土中总的孔隙率降低，孔结构进一步细化，分布更加合理，使硬化后的混凝土更加致密，相应收缩值也减小。由于粉煤灰具有较慢的化学活性，当水泥水化后，粉煤灰才开始激活水化。所以对混凝土的早期强度影响不大，但可对其后期强度的提高和水化热的降低产生明显作用。
1.3骨料选择要合适
混凝土中砂、石等粗细骨料的体积占混凝土体积的70％以上，起到骨架的作用，因此应优先选用热学性能好的骨料。在满足泵送要求和钢筋布置间距条件下，尽量选用粒径较大的粗骨料，因为粗骨料越大，级配越好，孔隙充满越小，比表面积越小，每立方米的水泥砂浆量和水泥用量相应越省，水化热随之降低，对防止裂缝越有好处。石子作为混凝土中的粗骨料，具有稳定的体积。在石子外形上，因碎石的不规则和粗糙的外表面可增加对水泥凝胶体的拉结作用，减少微裂缝的生成，所以，以碎石最佳。细骨料宜采用级配良好的中粗砂。中粗砂其孔隙率小，比表面积小，混凝土的水泥和用水量应可以减小，水化热会降低，另一方面要控制砂石料中的含泥量。
1.4掺入外加剂
掺人减水剂、缓凝剂、引气剂和膨胀剂等外加剂以改善混凝土性能防止开裂。减水剂的主要作用是改善混凝土的和易性，降低水灰比，提高混凝土强度或在保持混凝土一定强度时减少水泥用量。缓凝剂的作用：是延缓混凝土放热峰值出现的时间，由于混凝土的强度会随龄期的增长而增大，所以等放热峰值出现时，混凝土强度已增大了，从而减小裂缝出现的机率。二是改善和易性，减少运输过程中的坍落度损失。应用引气剂对改善混凝士的和易性、可泵性，提高混凝土耐久性能十分有利，在一定程度上增强混凝土的抗裂性能。另外，为弥补混凝土的收缩也可掺入一定的膨胀剂，改变混凝土水化的物化机理，使水泥的自身收缩减小。随着技术的发展，外加剂已由过去的单剂型向复合型的方向发展。
2.设计方面
现代混凝土的设计不仅仅要考虑荷载的作用，更要考虑变形作用的问题，尤其是大体积混凝土收缩应力的影响比荷载效应要更为突出，因此设计应注意：①合理、精心设计混凝土配合比。②增配构造筋提高抗裂性能。③避免结构突变产生应力集中，在易产生应力集中的薄弱环节采取加强措施。
3.施工方面
在混凝土施工阶段应注意以下几点：①控制混凝土温升②延缓混凝土降温速率③减少混凝土收缩，提高混凝土的极限拉伸值④合理的分段施工，提高施工工艺和质量。
4.养护方面
实践证明，混凝土常见的裂缝，大多数是不同深度的表面裂缝。早期对混凝土的养护不周是造成混凝土裂缝的主要原因。尤其寒冷地区和冬季施工时的温度骤降更容易形成裂缝。因此混凝土的保温对防止表面早期裂缝尤其重要。混凝土浇筑后的最初几天是养护的关键时期，应根据气候条件采取相应的控温措施，减小温差，防止裂缝的出现。
三、结语
大体积混凝土施工是一项系统工程，涉及的因素很多，这就需要工程各方紧密配合，做到全程控制，才能减少裂缝，保证施工质量。