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摘要：对大体积混凝土裂缝形式进行了分类，并对裂缝产生的原因进行了分析，找出了影响混凝土裂缝产生的因素，提出了避免大体积混凝土裂缝产生的应对措施，为今后类似工程提供了借鉴和参考。
关键词：大体积混凝土；温度裂缝；温度应力；应对措施
Abstract: Through sorting the crack type of mass concrete, the causes of generating the crack in mass concrete are analyzed, which is made to seek the influence factors for generating the crack. Some preventive measures for preventing the crack of mass concrete are given, which can provide some reference to the mass concrete construction in future.
Key words: mass concrete; temperature crack; temperature stress; preventive measure
随着国民经济的发展，大体积混凝土工程在当今建（构）筑物中得到了广泛的应用[1]。在工业与民用建筑中，大体积混凝土工程主要出现在连续墙结构、地下构筑物及设备基础等，大体积混凝土以大区段为单位进行施工，施工体积大，由此带来的问题是水泥水化作用所放出的热量使混凝土内部温度逐渐升高，而产生的内部热量又不易导出，造成较大的内外温差，加之混凝土早期的抗拉强度低，弹性模量小，致使混凝土开裂，影响工程质量[2]。大体积混凝土结构工程一般为地下或半地下建筑，有防水要求，需严格控制混凝土裂缝。因此，如何防止裂缝的产生和发展是大体积混凝土施工中的一个重点、难点课题。
1大体积混凝土开裂的主要形式
1.1温度裂缝
大体积混凝土工程，水泥用量多，结构截面大，在混凝土浇筑初期，水泥水化产生大量水化热，混凝土温度上升很快。由于混凝土表面散热条件较好，热量可向大气中散发，因而混凝土外部温度上升较少；而在混凝土内部，由于混凝土导热不良，体积过大，相对散热较小，混凝土水化热积聚不易散发，温度上升较多。这样大体积混凝土的温度外低内高，形成了温度梯度，形成内部约束，结果在混凝土内部产生压应力，面层产生拉应力，当该拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时，混凝土表面就产生温度裂缝。
1.2收缩裂缝
混凝土浇筑数日后，水泥水化热基本上已释放，混凝土从最高温度逐渐降温，降温的结果引起混凝土收缩，再加上混凝土硬化过程中，由于混凝土内部拌和水的水化和蒸发，以及胶质体的胶凝等作用，促使混凝土硬化时收缩变形，受到基底或结构本身的约束，不能自由变形，导致产生拉应力，当拉应力超过混凝土极限抗拉强度时，则从约束面开始向上开裂，形成收缩裂缝。
2大体积混凝土开裂的原因分析
大体积混凝土的裂缝主要是由温度变形引起的[3-4]。因为混凝土是热的不良导体，散热很慢，浇注后，大体积混凝土内部温度远高于外部，形成较高的温差，造成内胀外缩，使外表产生很大拉应力而致开裂，因此，如何减少内外温差是是控制混凝土开裂的关键。在约束条件下，混凝土浇注块产生的温差引起的温度变形是与热膨胀系数的乘积。当超过混凝土的极限拉伸值时，就会出现裂缝，即
但是，由于混凝土存在徐变和塑性变形，并且不可能受到绝对约束，因此上式应修正为
因此
實验表明，K值约为5～6，故≥25℃～30℃。
通过上式可知，为解决大体积混凝土的防裂问题，必须控制混凝土的内外温差不大于25℃～30℃。因此，大体积混凝土裂缝控制的核心是从大体积混凝土施工中的各个环节控制混凝土浇筑体内部温度及其变化。
3影响大体积混凝土开裂的主要因素
3.1水泥水化热的影响
水泥在水化过程中产生大量的热量，是大体积混凝土内部热量的主要来源。由于大体积混凝土截面厚度大，导热性能较差，水化热聚集在结构内部长期不易散失，使混凝土内部的温度升高，而外表面混凝土经散热温度降低，当混凝土内部与表面温差过大时，就会产生温度应力和温度变形。温度应力温差成正比，温差越大，温度应力越大，当温度应力超过混凝土内外的约束时，就会产生裂缝。混凝土内部的温度与混凝土的厚度及水泥用量有关，混凝土越厚，水泥用量越多，内部温度越高。
3.2外界气温变化的影响
大体积混凝土施工阶段，往往要受外界气温变化的影响。混凝土内部温度是由浇筑温度、水泥水化热的绝热温升和结构散热降温等各种温度的叠加。当外界气温越高，混凝土的浇筑温度也越高；外界温度下降，尤其是骤降，会增加外层混凝土与混凝土内部的温度梯度，产生温差和温差应力，当混凝土的抗拉强度不足以抵抗该温度应力时，便产生温度裂缝。因此选择低温浇注，就会减少表层混凝土与外界气温的温差，对有效防止大体积混凝土的开裂极为有益。
3.3约束条件的影响
大体积混凝土因温度变化而发生变形时会受到不同程度的约束，其变形受到限制，因而产生约束应力。当新浇注混凝土与下层浇注好的混凝土或旧混凝土浇注在一起，在温度发生变化时，受到下层混凝土的限制，而产生外部约束力。新浇注混凝土在早期温度上升时，产生的膨胀变形受到约束而形成压应力，但当温度下降，则产生较大拉应力。另外，混凝土内部由于水泥的水化热而形成中心温度高，热膨胀大，因而在中心产生压应力，在表面产生拉应力，若超过混凝土抗拉强度，新浇注的混凝土将会出现垂直裂缝。
3.4混凝土的收缩变形影响
混凝土中多余水分的蒸发，是引起混凝土体积收缩的主要原因之一。混凝土的拌合水中，只有约20％的水分是水泥水化所必需的，其余80％的水要被蒸发。当水分蒸发时，混凝土表面干燥收缩快，中心干燥收缩慢，由于表面的干缩受到中心部位混凝土的约束，就会产生收缩应力而出现裂缝
4防止大体积混凝土裂缝的施工技术措施
4.1优化混凝土的配合比
为了避免大体积混凝土结构裂缝，在选择混凝土的用料上，应尽量使用中低热的水泥品种，合理确定配合比，充分利用混凝土的中后期强度，尽可能的减少水泥用量，减少水泥水化产生的热量，从而控制大体积混凝土的温度升高，严格控制集料的级配及其含泥量，避免因混凝土,含泥量大而增加混凝土的收缩，降低混凝土的抗拉强度致其开裂。
4.2合理使用外加剂
外加剂可以起到分散水泥颗粒、增加和易性的作用，进一步改善可泵性，可减少用水10％左右，缓延混凝土凝结时间。具体说来，外加剂在大体积混凝土中具有以下作用：
1）缓凝作用：在大体积混凝土中，外加剂可使水泥水化放热速率减慢，有利于热量消散，使混凝土内部温升降低，对避免产生温度裂缝非常有利；
2）高效减水作用：高效减水作用能大幅度减少混凝土拌合用水量，在水灰比保持基本不变的情况下，可大幅度减少混凝土的水泥用量，亦即降低产生水化热的内因.
4.3合理组织混凝土的施工
混凝土采用应分层浇筑，利用浇筑面散热，以减少施工中出现裂缝的可能性。每层混凝土浇筑厚度控制在60cm左右，在上层混凝土浇筑前，使其尽可能多的向外界散发热量，降低混凝土的温升值，缩小混凝土的内外温差及温度应力，以免出现冷缝。随着混凝土浇筑的向前推进，振捣器也应跟上，加强对混凝土的振捣。
4.4养护措施
大混凝土养护的关键是保持适宜的温度和湿度。大体积混凝土浇筑后，为了减少升温阶段内外温差，防止产生表面裂缝，给予适当的潮湿养护条件，以控制混凝土内外温差，促进混凝土强度的正常发展的同时，防止混凝土裂缝的产生和发展，对混凝土进行保湿和保温养护是重要的。
1）混凝土的中心温度与表面温度之间，混凝土表面温度与室外最低温度之间的差值均应不大于25～30℃；
2）混凝土拆模时，混凝土的表面温度与中心温度之间、表面温度与与室外最低温度之间的差值均应不大于20℃；
3）保湿法是在混凝土表面压平后，先在混凝土表面洒水，再覆盖一层塑料薄膜，然后在塑料薄膜上覆盖保温材料（如草袋、锯木、湿砂等）进行养护，保温材料夜间要覆盖严密，防止混凝土暴露。在缓慢的散热过程中，保持混凝土的内外温差不超过20℃，根据具体的情况，尽可能延长养护时间，拆模后立即回填或再覆盖保护，同时预防近期骤冷气候的影响，防止混凝土早期和中期的裂缝。
5结束语
大体积混凝土工程裂缝的预防与控制是保证大体积混凝土工程质量的关键。在工程施工中，应从大体积混凝土施工中的各个环节控制混凝土浇筑体内部温度及其变化，从控制混凝土温升、延缓混凝土降温速率、减少温度应力和抵抗收缩应力等方面，采取一系列技术措施控制混凝土内外温差，促进混凝土强度的正常发展的同时，防止混凝土裂缝的产生和发展。
参考文献
[1] 周舒，曹庆. 大体积混凝土施工技术[J]. 施工技术, 2008, 37(4), 104-105.
[2] 黄智丰，罗华连，张庆红. 大体积混凝土的浇筑施工[J]. 广西大学学报(自然科学版), 2008, 33(1), 58-60.
[3] 梁蜜达. 配合比优化设计在大体积混凝土中的应用[J]. 新型建筑材料, 2008, 37(8), 14-17.
[4] 夏锦红，黄家骏等. 大体积混凝土温度裂缝的防控措施[J]. 河南大学学报(自然科学版), 2008, 38(4), 437-440.
作者简介：吕佳（1982--）男，陕西西安人，助理工程师，从事油气田产能建设的建设与管理工作。
关键词：大体积混凝土；温度裂缝；温度应力；应对措施
Abstract: Through sorting the crack type of mass concrete, the causes of generating the crack in mass concrete are analyzed, which is made to seek the influence factors for generating the crack. Some preventive measures for preventing the crack of mass concrete are given, which can provide some reference to the mass concrete construction in future.
Key words: mass concrete; temperature crack; temperature stress; preventive measure
随着国民经济的发展，大体积混凝土工程在当今建（构）筑物中得到了广泛的应用[1]。在工业与民用建筑中，大体积混凝土工程主要出现在连续墙结构、地下构筑物及设备基础等，大体积混凝土以大区段为单位进行施工，施工体积大，由此带来的问题是水泥水化作用所放出的热量使混凝土内部温度逐渐升高，而产生的内部热量又不易导出，造成较大的内外温差，加之混凝土早期的抗拉强度低，弹性模量小，致使混凝土开裂，影响工程质量[2]。大体积混凝土结构工程一般为地下或半地下建筑，有防水要求，需严格控制混凝土裂缝。因此，如何防止裂缝的产生和发展是大体积混凝土施工中的一个重点、难点课题。
1大体积混凝土开裂的主要形式
1.1温度裂缝
大体积混凝土工程，水泥用量多，结构截面大，在混凝土浇筑初期，水泥水化产生大量水化热，混凝土温度上升很快。由于混凝土表面散热条件较好，热量可向大气中散发，因而混凝土外部温度上升较少；而在混凝土内部，由于混凝土导热不良，体积过大，相对散热较小，混凝土水化热积聚不易散发，温度上升较多。这样大体积混凝土的温度外低内高，形成了温度梯度，形成内部约束，结果在混凝土内部产生压应力，面层产生拉应力，当该拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时，混凝土表面就产生温度裂缝。
1.2收缩裂缝
混凝土浇筑数日后，水泥水化热基本上已释放，混凝土从最高温度逐渐降温，降温的结果引起混凝土收缩，再加上混凝土硬化过程中，由于混凝土内部拌和水的水化和蒸发，以及胶质体的胶凝等作用，促使混凝土硬化时收缩变形，受到基底或结构本身的约束，不能自由变形，导致产生拉应力，当拉应力超过混凝土极限抗拉强度时，则从约束面开始向上开裂，形成收缩裂缝。
2大体积混凝土开裂的原因分析
大体积混凝土的裂缝主要是由温度变形引起的[3-4]。因为混凝土是热的不良导体，散热很慢，浇注后，大体积混凝土内部温度远高于外部，形成较高的温差，造成内胀外缩，使外表产生很大拉应力而致开裂，因此，如何减少内外温差是是控制混凝土开裂的关键。在约束条件下，混凝土浇注块产生的温差引起的温度变形是与热膨胀系数的乘积。当超过混凝土的极限拉伸值时，就会出现裂缝，即
但是，由于混凝土存在徐变和塑性变形，并且不可能受到绝对约束，因此上式应修正为
因此
實验表明，K值约为5～6，故≥25℃～30℃。
通过上式可知，为解决大体积混凝土的防裂问题，必须控制混凝土的内外温差不大于25℃～30℃。因此，大体积混凝土裂缝控制的核心是从大体积混凝土施工中的各个环节控制混凝土浇筑体内部温度及其变化。
3影响大体积混凝土开裂的主要因素
3.1水泥水化热的影响
水泥在水化过程中产生大量的热量，是大体积混凝土内部热量的主要来源。由于大体积混凝土截面厚度大，导热性能较差，水化热聚集在结构内部长期不易散失，使混凝土内部的温度升高，而外表面混凝土经散热温度降低，当混凝土内部与表面温差过大时，就会产生温度应力和温度变形。温度应力温差成正比，温差越大，温度应力越大，当温度应力超过混凝土内外的约束时，就会产生裂缝。混凝土内部的温度与混凝土的厚度及水泥用量有关，混凝土越厚，水泥用量越多，内部温度越高。
3.2外界气温变化的影响
大体积混凝土施工阶段，往往要受外界气温变化的影响。混凝土内部温度是由浇筑温度、水泥水化热的绝热温升和结构散热降温等各种温度的叠加。当外界气温越高，混凝土的浇筑温度也越高；外界温度下降，尤其是骤降，会增加外层混凝土与混凝土内部的温度梯度，产生温差和温差应力，当混凝土的抗拉强度不足以抵抗该温度应力时，便产生温度裂缝。因此选择低温浇注，就会减少表层混凝土与外界气温的温差，对有效防止大体积混凝土的开裂极为有益。
3.3约束条件的影响
大体积混凝土因温度变化而发生变形时会受到不同程度的约束，其变形受到限制，因而产生约束应力。当新浇注混凝土与下层浇注好的混凝土或旧混凝土浇注在一起，在温度发生变化时，受到下层混凝土的限制，而产生外部约束力。新浇注混凝土在早期温度上升时，产生的膨胀变形受到约束而形成压应力，但当温度下降，则产生较大拉应力。另外，混凝土内部由于水泥的水化热而形成中心温度高，热膨胀大，因而在中心产生压应力，在表面产生拉应力，若超过混凝土抗拉强度，新浇注的混凝土将会出现垂直裂缝。
3.4混凝土的收缩变形影响
混凝土中多余水分的蒸发，是引起混凝土体积收缩的主要原因之一。混凝土的拌合水中，只有约20％的水分是水泥水化所必需的，其余80％的水要被蒸发。当水分蒸发时，混凝土表面干燥收缩快，中心干燥收缩慢，由于表面的干缩受到中心部位混凝土的约束，就会产生收缩应力而出现裂缝
4防止大体积混凝土裂缝的施工技术措施
4.1优化混凝土的配合比
为了避免大体积混凝土结构裂缝，在选择混凝土的用料上，应尽量使用中低热的水泥品种，合理确定配合比，充分利用混凝土的中后期强度，尽可能的减少水泥用量，减少水泥水化产生的热量，从而控制大体积混凝土的温度升高，严格控制集料的级配及其含泥量，避免因混凝土,含泥量大而增加混凝土的收缩，降低混凝土的抗拉强度致其开裂。
4.2合理使用外加剂
外加剂可以起到分散水泥颗粒、增加和易性的作用，进一步改善可泵性，可减少用水10％左右，缓延混凝土凝结时间。具体说来，外加剂在大体积混凝土中具有以下作用：
1）缓凝作用：在大体积混凝土中，外加剂可使水泥水化放热速率减慢，有利于热量消散，使混凝土内部温升降低，对避免产生温度裂缝非常有利；
2）高效减水作用：高效减水作用能大幅度减少混凝土拌合用水量，在水灰比保持基本不变的情况下，可大幅度减少混凝土的水泥用量，亦即降低产生水化热的内因.
4.3合理组织混凝土的施工
混凝土采用应分层浇筑，利用浇筑面散热，以减少施工中出现裂缝的可能性。每层混凝土浇筑厚度控制在60cm左右，在上层混凝土浇筑前，使其尽可能多的向外界散发热量，降低混凝土的温升值，缩小混凝土的内外温差及温度应力，以免出现冷缝。随着混凝土浇筑的向前推进，振捣器也应跟上，加强对混凝土的振捣。
4.4养护措施
大混凝土养护的关键是保持适宜的温度和湿度。大体积混凝土浇筑后，为了减少升温阶段内外温差，防止产生表面裂缝，给予适当的潮湿养护条件，以控制混凝土内外温差，促进混凝土强度的正常发展的同时，防止混凝土裂缝的产生和发展，对混凝土进行保湿和保温养护是重要的。
1）混凝土的中心温度与表面温度之间，混凝土表面温度与室外最低温度之间的差值均应不大于25～30℃；
2）混凝土拆模时，混凝土的表面温度与中心温度之间、表面温度与与室外最低温度之间的差值均应不大于20℃；
3）保湿法是在混凝土表面压平后，先在混凝土表面洒水，再覆盖一层塑料薄膜，然后在塑料薄膜上覆盖保温材料（如草袋、锯木、湿砂等）进行养护，保温材料夜间要覆盖严密，防止混凝土暴露。在缓慢的散热过程中，保持混凝土的内外温差不超过20℃，根据具体的情况，尽可能延长养护时间，拆模后立即回填或再覆盖保护，同时预防近期骤冷气候的影响，防止混凝土早期和中期的裂缝。
5结束语
大体积混凝土工程裂缝的预防与控制是保证大体积混凝土工程质量的关键。在工程施工中，应从大体积混凝土施工中的各个环节控制混凝土浇筑体内部温度及其变化，从控制混凝土温升、延缓混凝土降温速率、减少温度应力和抵抗收缩应力等方面，采取一系列技术措施控制混凝土内外温差，促进混凝土强度的正常发展的同时，防止混凝土裂缝的产生和发展。
参考文献
[1] 周舒，曹庆. 大体积混凝土施工技术[J]. 施工技术, 2008, 37(4), 104-105.
[2] 黄智丰，罗华连，张庆红. 大体积混凝土的浇筑施工[J]. 广西大学学报(自然科学版), 2008, 33(1), 58-60.
[3] 梁蜜达. 配合比优化设计在大体积混凝土中的应用[J]. 新型建筑材料, 2008, 37(8), 14-17.
[4] 夏锦红，黄家骏等. 大体积混凝土温度裂缝的防控措施[J]. 河南大学学报(自然科学版), 2008, 38(4), 437-440.
作者简介：吕佳（1982--）男，陕西西安人，助理工程师，从事油气田产能建设的建设与管理工作。