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【摘 要】大体积混凝土结构开裂后，其性能与原状混凝土性能相差很大，则严重影响结构的安全性、耐久性。本文分析了混凝土裂缝产生的原因和机理，并从各个环节提出了预防裂缝的综合措施，用以确保成品混凝土的质量，减少裂缝的发生，使结构施工更加安全。
【关键词】材料；裂缝；水化热；温度应力
一、混凝土裂缝产生的原因
钢筋混凝土结构的裂缝产生的原因主要分为五个：（1）由于结构的设计的不合理而产生的裂缝；（2）由外部荷载引起的裂缝缝隙；（3）由温度差、收缩、膨胀、不均匀沉降等因素产生的变形应力而引起的裂缝；（4）大体积混凝土结构中，由于结构截面大，水泥用量多，水泥水化释放的水化热能产生很大的温度变化和收缩作用，是导致大体积混凝土裂缝的主要原因。（5）大体积混凝土施工中，由于施工方案的制定不合理，或者没有严格按照施工方案执行，施工现场操作的不规范性及随意的加水。
（一）裂缝的机理
1、大体积混凝土结构的截面尺寸较大，在施工过程中，由水泥水化过程中释放出大量水化热量，由于混凝土体积大，热量散发不易，造成温升较大，从而导致混凝土体积增大。当这种变形不受约束时，混凝土结构内部不会产生应力。但实际上这种变形肯定会受到约束，约束有两种。一是混凝土与外部环境温度差异引起的约束；另一种是由于内部的条件而不同产生的约束，以上两种约束产生的应力为温度应力。
2、现浇钢筋混凝土结构梁、板产生裂缝的原因，综合归纳起来可以分为两大类：一是由于设计失误、实际施工不当等原因导致的结构性裂缝；二是由于混凝土本身的收缩和温差作用所产生的非结构性裂缝。这些非结构性裂缝可以通过设计和施工阶段采取相应的技术措施进行预防，从而将其控制在现行规范所允许的范围之内。从大量的工程实践中我们可以发现，建筑结构中混凝土的收缩和温差裂缝所出现的位置与构件部位和形状关系的规律基本相同或类似。
（二）温度应力的分析
根据温度应力引起的原因可分为两类：一是自生应力：边界上没有任何约束或完全静止的结构，如果内部温度是非线性分布的，由于结构本身互相约束而出现的温度应力的。例如，桥梁墩身、结构尺寸相对较大，混凝土冷却时表面温度低，内部温度高，在结构表面出现拉应力，在结构中间出现压应力。二是约束应力：结构的全部或部分边界受到外界的约束，不能自由变形而引起的应力。如箱梁顶板混凝土和护栏混凝土。这两种温度应力往往与混凝土的干缩所引起的应力相互共同作用。要根据已知的温度准确分析出温度应力的分布、大小是一项比较烦琐的工作。在大多数的情况下，是需要依靠模型试验或数值计算。混凝土结构的徐变使温度应力有相当大的松弛，计算温度应力时，必须考虑徐变产生的影响，具体计算这里就不再细述。
二、裂缝控制的基本原理及预防措施
（一）大体积混凝土结构的裂缝控制是指杜绝有害裂缝，同时减少或避免不影响使用的混凝土表面裂缝。裂缝控制原理是：降低混凝土外部约束与非线性降温和收缩所产生的拉应力，提高混凝土相应龄期的抗拉强度和极限拉伸，以确保混凝土抗裂的安全度要求。裂缝控制方法采取温差与温度应力双控制的方法，避免结构物出现温度裂缝，同时调整混凝土表面湿度以防止表面干缩裂缝。裂缝产生的主要原因是降温和收缩。温差包含水化热引起的温差和收缩当量温差，又都可以分解为均匀降温差和非均匀降温差两钟。前者产生外约束力，它成为贯穿性裂缝的主要原因；后者引起自约束力，形成表面裂缝；只有同时控制好这两种降温差，才能减少和避免混凝土裂缝的产生。
（二）控制混凝土裂缝。必须从混凝土产生裂缝的几个主要原因着手，才能有效地将裂缝控制在允许范围内。一般可分为两个控制阶段：设计阶段和施工阶段。设计阶段由设计人员对混凝土强度等级、钢筋的品种、规格、建筑物的结构形式等统筹设计，有效的进行裂缝的控制。施工阶段则采取加入外加剂的方式改善混凝土性能、降低水泥水化热、降低混凝土内外温差、结构中设置施工缝或变形缝、加强混凝土中的配筋率等措施来减少混凝土的收缩，防止混凝土产生有害裂缝。
（三）合理的设计施工配合比。由于大体积混凝土结构各项指标均要求较高，并且普遍都采用泵送混凝土，因此合理设计配合比是有效控制和预防混凝土裂缝发生的基础。应该根据工程所处条件，对水灰比、砂石率、水泥用量及掺合料的用量等进行优化设计，选择最优最合理的方案。
1、砂石率的选择。适当砂石率的选择对控制混凝土的裂缝有积极作用，混凝土的干燥收缩随砂石率的增大而增大。由于砂石率减小使粗骨料含量增大，在相同的条件下混凝土的弹性模量较高，收缩量较小，而且由于粗骨料对收缩的约束作用，可减少开裂的可能。使用粗骨料，尽量选用粒径较大，级配良好的粗骨料，在厚大无筋或少筋的大体积混凝土中，掺总量不超过20%的大石块，减少混凝土的用量，以达到节省水泥和降低水化热的目的。
2、选用中低水化热水泥，可使水泥在拌和过程中水化热释放较小，用以减少混凝土升温，如选用矿渣硅酸盐水泥，火山灰质硅酸盐水泥。充分利用混凝土后期强度，减少每立方米混凝土中水泥用量。
3、采用混凝土双掺技术，即在混凝土中加入优质粉煤灰，掺入的量一般为水泥用量的20%左右，掺入缓凝型减水剂，用量为水泥用量的1.0%左右。通过采用双掺技术，来减少水泥用量，从而降低水化热并使混凝土在常温下延长初凝时间。
（三）混凝土结构原料的控制
1、材料的选择，应优先采用低水化热的水泥，如矿渣硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥。在施工中避免使用含泥量高的集料，因使用含泥量高的集料会导致集料表面与水泥石的机械粘结力降低，而且会增加混凝土拌合物的用水量，不仅增加了混凝土的收缩，同时降低了混凝土的抗拉强度，导致收缩裂缝发生。
2、掺合料和外加剂的控制。
（1）掺合料的质量对混凝土裂缝有显著的影响，当前用的掺合料主要是粉煤灰或矿粉，它们可以提高混凝土的和易性大大改善混凝土工作性能和可靠性，粉煤灰对混凝土的早期干缩影响很大，使用细度较粗或含碳量高的粉煤灰会大幅度增加混凝土的需水量，从而加大混凝土的收缩导致开裂。 （2）外加剂主要指减水剂、缓凝剂和膨胀剂。混凝土中掺入减水剂，不仅使混凝土工作性能有了明显的改善，同时又减少拌和用水，节约水泥，从而降低了水化热。若是泵送混凝土，同时在炎热的夏天，为了延缓凝结时间，要加缓凝剂，反之凝结时间过早，将影响混凝土的输送和浇筑面的粘结，易出现层间缝隙，使混凝土防水、抗裂和整体强度下降。为了防止混凝土的初始裂缝，可掺加膨胀剂，如UEA膨胀剂等。
（四）浇筑时的控制措施
1、加强混凝土的浇灌振捣，提高密实度。
2、采用两次振捣技术，改善混凝土强度，提高抗裂性
3、加强混凝土的养护及测温工作。混凝土浇筑完毕后，应及时按温控技术措施的要求进行保温养护，保温养护是大体积混凝土施工的关键环节，其目的主要是降低大体积混凝土浇筑块体的内外温差值以降低混凝土块体的自约束应力；其次是降低大体积混凝土浇筑块体的降温速度，充分利用混凝土的抗拉强度，以提高混凝土块体的抗裂能力，同时，在养护过程中保持良好的湿度和抗风条件，使混凝土在良好的环境下养护。
4、严格把关材料质量和配比关系
为了有效控制现浇混凝土结构中收缩和温差裂缝的出现，我们在施工阶段更应该加倍重视，采取有效控制措施。首先要对所选用的各种材料进行严格的检查和验收，不合格材料一律禁止使用。同时，要按规定的各项技术标准做好混凝土配比设计，并进行试配试验。施工时选用良好级砂石骨料和低热或中热水泥，严格把关砂石含泥量和外加剂的掺用量，避免使用过量粉砂，严格控制水灰比和坍落度。
三、结论
混凝土裂缝的发生的原因很复杂也是不可避免的，混凝土裂缝的防治重点在于“防”，而不在于“治”在采取了上述综合性控制措施后，由于各种原因仍可能有少量的混凝土裂缝发生。当这些裂缝发生后，必须先查明裂缝产生的原因，辨明裂缝的类型，才能正确的选择处理方法，同时要通过合理设计混凝土配合比、正确选用原材料、合理设计建筑结构、加强施工监控、严格遵守施工技术规程、提高施工技术水平，这样才有可能最大程度减少混凝土裂缝的产生，把裂缝宽度控制在设计范围内，尽量减少裂缝造成的危害。
参考文献：
[1]GB50496-2009大体积混凝土施工规范
[2]江志强.大体积混凝土测温及温度裂缝控制实践.[J].福建建设科技
【关键词】材料；裂缝；水化热；温度应力
一、混凝土裂缝产生的原因
钢筋混凝土结构的裂缝产生的原因主要分为五个：（1）由于结构的设计的不合理而产生的裂缝；（2）由外部荷载引起的裂缝缝隙；（3）由温度差、收缩、膨胀、不均匀沉降等因素产生的变形应力而引起的裂缝；（4）大体积混凝土结构中，由于结构截面大，水泥用量多，水泥水化释放的水化热能产生很大的温度变化和收缩作用，是导致大体积混凝土裂缝的主要原因。（5）大体积混凝土施工中，由于施工方案的制定不合理，或者没有严格按照施工方案执行，施工现场操作的不规范性及随意的加水。
（一）裂缝的机理
1、大体积混凝土结构的截面尺寸较大，在施工过程中，由水泥水化过程中释放出大量水化热量，由于混凝土体积大，热量散发不易，造成温升较大，从而导致混凝土体积增大。当这种变形不受约束时，混凝土结构内部不会产生应力。但实际上这种变形肯定会受到约束，约束有两种。一是混凝土与外部环境温度差异引起的约束；另一种是由于内部的条件而不同产生的约束，以上两种约束产生的应力为温度应力。
2、现浇钢筋混凝土结构梁、板产生裂缝的原因，综合归纳起来可以分为两大类：一是由于设计失误、实际施工不当等原因导致的结构性裂缝；二是由于混凝土本身的收缩和温差作用所产生的非结构性裂缝。这些非结构性裂缝可以通过设计和施工阶段采取相应的技术措施进行预防，从而将其控制在现行规范所允许的范围之内。从大量的工程实践中我们可以发现，建筑结构中混凝土的收缩和温差裂缝所出现的位置与构件部位和形状关系的规律基本相同或类似。
（二）温度应力的分析
根据温度应力引起的原因可分为两类：一是自生应力：边界上没有任何约束或完全静止的结构，如果内部温度是非线性分布的，由于结构本身互相约束而出现的温度应力的。例如，桥梁墩身、结构尺寸相对较大，混凝土冷却时表面温度低，内部温度高，在结构表面出现拉应力，在结构中间出现压应力。二是约束应力：结构的全部或部分边界受到外界的约束，不能自由变形而引起的应力。如箱梁顶板混凝土和护栏混凝土。这两种温度应力往往与混凝土的干缩所引起的应力相互共同作用。要根据已知的温度准确分析出温度应力的分布、大小是一项比较烦琐的工作。在大多数的情况下，是需要依靠模型试验或数值计算。混凝土结构的徐变使温度应力有相当大的松弛，计算温度应力时，必须考虑徐变产生的影响，具体计算这里就不再细述。
二、裂缝控制的基本原理及预防措施
（一）大体积混凝土结构的裂缝控制是指杜绝有害裂缝，同时减少或避免不影响使用的混凝土表面裂缝。裂缝控制原理是：降低混凝土外部约束与非线性降温和收缩所产生的拉应力，提高混凝土相应龄期的抗拉强度和极限拉伸，以确保混凝土抗裂的安全度要求。裂缝控制方法采取温差与温度应力双控制的方法，避免结构物出现温度裂缝，同时调整混凝土表面湿度以防止表面干缩裂缝。裂缝产生的主要原因是降温和收缩。温差包含水化热引起的温差和收缩当量温差，又都可以分解为均匀降温差和非均匀降温差两钟。前者产生外约束力，它成为贯穿性裂缝的主要原因；后者引起自约束力，形成表面裂缝；只有同时控制好这两种降温差，才能减少和避免混凝土裂缝的产生。
（二）控制混凝土裂缝。必须从混凝土产生裂缝的几个主要原因着手，才能有效地将裂缝控制在允许范围内。一般可分为两个控制阶段：设计阶段和施工阶段。设计阶段由设计人员对混凝土强度等级、钢筋的品种、规格、建筑物的结构形式等统筹设计，有效的进行裂缝的控制。施工阶段则采取加入外加剂的方式改善混凝土性能、降低水泥水化热、降低混凝土内外温差、结构中设置施工缝或变形缝、加强混凝土中的配筋率等措施来减少混凝土的收缩，防止混凝土产生有害裂缝。
（三）合理的设计施工配合比。由于大体积混凝土结构各项指标均要求较高，并且普遍都采用泵送混凝土，因此合理设计配合比是有效控制和预防混凝土裂缝发生的基础。应该根据工程所处条件，对水灰比、砂石率、水泥用量及掺合料的用量等进行优化设计，选择最优最合理的方案。
1、砂石率的选择。适当砂石率的选择对控制混凝土的裂缝有积极作用，混凝土的干燥收缩随砂石率的增大而增大。由于砂石率减小使粗骨料含量增大，在相同的条件下混凝土的弹性模量较高，收缩量较小，而且由于粗骨料对收缩的约束作用，可减少开裂的可能。使用粗骨料，尽量选用粒径较大，级配良好的粗骨料，在厚大无筋或少筋的大体积混凝土中，掺总量不超过20%的大石块，减少混凝土的用量，以达到节省水泥和降低水化热的目的。
2、选用中低水化热水泥，可使水泥在拌和过程中水化热释放较小，用以减少混凝土升温，如选用矿渣硅酸盐水泥，火山灰质硅酸盐水泥。充分利用混凝土后期强度，减少每立方米混凝土中水泥用量。
3、采用混凝土双掺技术，即在混凝土中加入优质粉煤灰，掺入的量一般为水泥用量的20%左右，掺入缓凝型减水剂，用量为水泥用量的1.0%左右。通过采用双掺技术，来减少水泥用量，从而降低水化热并使混凝土在常温下延长初凝时间。
（三）混凝土结构原料的控制
1、材料的选择，应优先采用低水化热的水泥，如矿渣硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥。在施工中避免使用含泥量高的集料，因使用含泥量高的集料会导致集料表面与水泥石的机械粘结力降低，而且会增加混凝土拌合物的用水量，不仅增加了混凝土的收缩，同时降低了混凝土的抗拉强度，导致收缩裂缝发生。
2、掺合料和外加剂的控制。
（1）掺合料的质量对混凝土裂缝有显著的影响，当前用的掺合料主要是粉煤灰或矿粉，它们可以提高混凝土的和易性大大改善混凝土工作性能和可靠性，粉煤灰对混凝土的早期干缩影响很大，使用细度较粗或含碳量高的粉煤灰会大幅度增加混凝土的需水量，从而加大混凝土的收缩导致开裂。 （2）外加剂主要指减水剂、缓凝剂和膨胀剂。混凝土中掺入减水剂，不仅使混凝土工作性能有了明显的改善，同时又减少拌和用水，节约水泥，从而降低了水化热。若是泵送混凝土，同时在炎热的夏天，为了延缓凝结时间，要加缓凝剂，反之凝结时间过早，将影响混凝土的输送和浇筑面的粘结，易出现层间缝隙，使混凝土防水、抗裂和整体强度下降。为了防止混凝土的初始裂缝，可掺加膨胀剂，如UEA膨胀剂等。
（四）浇筑时的控制措施
1、加强混凝土的浇灌振捣，提高密实度。
2、采用两次振捣技术，改善混凝土强度，提高抗裂性
3、加强混凝土的养护及测温工作。混凝土浇筑完毕后，应及时按温控技术措施的要求进行保温养护，保温养护是大体积混凝土施工的关键环节，其目的主要是降低大体积混凝土浇筑块体的内外温差值以降低混凝土块体的自约束应力；其次是降低大体积混凝土浇筑块体的降温速度，充分利用混凝土的抗拉强度，以提高混凝土块体的抗裂能力，同时，在养护过程中保持良好的湿度和抗风条件，使混凝土在良好的环境下养护。
4、严格把关材料质量和配比关系
为了有效控制现浇混凝土结构中收缩和温差裂缝的出现，我们在施工阶段更应该加倍重视，采取有效控制措施。首先要对所选用的各种材料进行严格的检查和验收，不合格材料一律禁止使用。同时，要按规定的各项技术标准做好混凝土配比设计，并进行试配试验。施工时选用良好级砂石骨料和低热或中热水泥，严格把关砂石含泥量和外加剂的掺用量，避免使用过量粉砂，严格控制水灰比和坍落度。
三、结论
混凝土裂缝的发生的原因很复杂也是不可避免的，混凝土裂缝的防治重点在于“防”，而不在于“治”在采取了上述综合性控制措施后，由于各种原因仍可能有少量的混凝土裂缝发生。当这些裂缝发生后，必须先查明裂缝产生的原因，辨明裂缝的类型，才能正确的选择处理方法，同时要通过合理设计混凝土配合比、正确选用原材料、合理设计建筑结构、加强施工监控、严格遵守施工技术规程、提高施工技术水平，这样才有可能最大程度减少混凝土裂缝的产生，把裂缝宽度控制在设计范围内，尽量减少裂缝造成的危害。
参考文献：
[1]GB50496-2009大体积混凝土施工规范
[2]江志强.大体积混凝土测温及温度裂缝控制实践.[J].福建建设科技