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摘要：对于大体积混凝土裂缝的防治是一个综合性的问题, 需要从设计、监理、施工及使用方等多方面加以重视, 才能有效解决大体积混凝土的裂缝问题。本文分析了大体积混凝土产生裂缝的原因，探讨了大体积混凝土裂缝的控制。
关键词：大体积混凝土裂缝原因控制
中图分类号： TV543 文献标识码： A 文章编号：
导致大体积混凝土产生裂缝的原因有很多，其性质、机理、预防及修补措施也各不相同，但只要在实地勘察、图纸设计、原料选择、施工工艺和养护措施各方面严把质量关，切实贯彻好“预防为主，防治结合”的思想，就能有效地解决大体积混凝土易产生裂缝这一问题。
一、大体积混凝土产生裂缝的原因
1、水泥水化热
水泥水化要产生热量, 一般地, 在水泥水化开始后的若干个小时, 就会形成一个放热高峰, 使水泥水化热量积累加快, 表现为混凝土最高温度的峰值较高, 混凝土内部就会形成较大的温度梯度(或温差), 由公式（1）可知, 温差将会引起混凝土发生温度应变。混凝土应变即受到外部的各种外约束, 又受到内部各部位不同变形的内约束, 当混凝土的应变受到约束所产生的拉应力大于或等于混凝土的抗拉强度时, 混凝土則产生裂缝。
εΔT = α·ΔT（1）
式中: εΔT ——混凝土的温度应变;
α——混凝土的线膨胀系数;
ΔT——混凝土的温差。
2、外界气温
由公式（2）可知, 若想减小混凝土的内外温差, 除要减小由水泥水化热而导致的混凝土最高温度外并要提高受外界气温影响的混凝土的表面温度, 为此, 大体积混凝土浇筑后一定要进行混凝土表面保温。
ΔT内外= Tm ax - T表面（2）
式中: ΔT内外——混凝土内外温差;
Tm ax——混凝土最高温度;
T表面——混凝土最低温度。
3、内外约束条件
混凝土内部由于水泥水化热造成中心温度高, 热膨胀大, 因而在中心产生压应力, 在表面产生拉应力。当拉应力超过混凝土的抗拉强度值和钢筋约束作用时, 将会产生裂缝。
4、混凝土的收缩
（1）塑性收缩。是指混凝土硬化前处于塑性阶段时所发生的收缩。一是当混凝的均匀沉降受到钢筋等限制时, 就会造成不规则的裂缝; 二是混凝土在新拌状态下, 拌合物中颗粒间充满着水, 如养护不足, 表面失水速率超过内部水向表面迁移的速率时, 则会造成毛细管中产生负压, 使混凝土收缩开裂。
（2）干燥收缩。是指混凝土停止养护后, 在不饱和的空气中失去内部毛细孔和凝胶孔的吸附水而发生的不可逆收缩。混凝土表面干燥收缩快, 中心干燥收缩慢。由于表面的干燥收缩受到中心部位混凝土的约束, 就会在混凝土表面产生拉应力而出现裂缝。
（3）自收缩。混凝土浇筑后, 其内部的水份即使不向环境散失, 也会因水化的消耗而减少, 造成毛细管中的水份不饱和而产生负压, 引起混凝土的自收缩开裂。
5、设计造型的影响
造型复杂的工程, 如结构上留有预留洞等混凝土工程,会造成应力集中而形成裂缝。
二、大体积混凝土裂缝的控制
1、原材料的选择
（1）水泥—— 大体积混凝土结构在选用水泥品种时, 应综合考虑强度、塌落度和水化热
因素。某些水泥的水化热虽然较低, 但强度低, 在配置混凝土时, 需用较多的水泥, 结果混凝
土的发热量可能比采用水化热较大、强度较高的水泥时还要大。目前在大体积混凝土中应用最多是矿渣硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥, 矿渣硅酸盐水泥水化热小, 但早期强度低, 干缩性和泌水性大; 普通硅酸盐水泥水化热较大, 但具有收缩变形小、快硬、早期弹性模量高等特点。
（2）骨料——宜选择结构致密, 清洁不含杂质, 含泥量低( 砂子小于2%, 石子小于1% ) ,
并有足够强度的优质骨料。骨料品种不同, 其热学、力学、变形性能也不同, 配制出来的混凝土的热学、力学、变形性能也相差很大, 一般选用石灰岩骨料较好。大体积混凝土中通常使用粗砂, 也可以使用中粗砂; 石子选用卵石或碎石( 要求针片状少) 均可, 所用石子的最大粒径较大时, 混凝土的密实性较好, 并可以节约水泥 , 但为了便于捣实, 石子的最大粒径不得超过结构截面最小尺寸的1/ 4, 也不得大于钢筋最小净距的3/ 4, 如采用泵送混凝土施工, 石子的最大粒径还应符合泵送混凝土的要求。
（3）水—— 宜用饮用水
2、配合比设计
大体积混凝土的配合比设计要在满足设计与施工要求的强度、耐久性及和易性的条件下,尽量减少水泥用量。水泥的用量不但直接影响到水化热( 单位水泥用量每增减10kg , 混凝土的绝热温度亦相应升降1℃ ) 和收缩, 而且与经济技术指标密切相关, 减小水泥用量既对裂缝控制有利, 又可以降低工程投资。设计混凝土配合比时, 应注意以下几点:
合理选择水泥品种和标号。
为减少水泥用量及改善混凝土的和易性, 应考虑掺入优质掺和料( 如粉煤灰) 和外加剂( 如减水剂、膨胀剂) 。
选择粗细骨料级配良好且最大粒径尽可能大的骨料并尽可能选用较大的骨料用量, 采用5—40mm 骨料比用5—25mm 的节省水泥,在相同水灰比时可减少水泥20kg/ m3左右。
选择合理的水灰比, 在满足施工和易性和强度的条件下, 力求单位用水量最小, 为此掺入适量减水剂是必要的。
利用后期强度, 根据工程的特点, 允许工程在60天、90天或120天达到设计标号。
3、设计措施
（1）地基处理
减小地基对混凝土基础的阻力, 可以减小温度应力, 避免发生温度裂缝。当地基为软土层时, 可以优先考虑采用砂垫层加固地基, 砂垫层不单可以提高地基的承载能力, 减小地下水或地表水的影响, 而且还可减小地基对混凝土基础的约束作用; 当地基为坚硬的基岩或老混凝土基层时, 可考虑在基础底部设置滑动层, 例如可以在基础底部油两道热沥青后铺设一层油毡, 也可以铺设砂卵石层, 沥青砂浆层等。
（2）“留缝”或“不留缝”
对于大体积混凝土的裂缝控制问题, 工程界中一直存在两种理论, 一种主张“留缝”,即当大体积混凝土结构的长度或厚度超过一定数值后, 应设置温度伸缩缝或后浇带或分层施工,以减小温度应力。这是早期控制超长或超大体积混凝土开裂的主要方法, 这种工艺拖延工期,浪费材料和劳动力, 使现代化施工的泵送工艺无法发挥作用, 且伸缩缝处的防渗处理也相当困难。为了避免“留缝”带来的不便, 另一种理论主张通过其他有效措施控制裂缝的发生和发展, 目前, 在混凝土中掺入适量高效减水剂、膨胀剂和优质掺和料, 已经可以连续浇筑长90～140m 不留缝而不开裂, 也可以不分块连续浇筑5000m3大体积混凝土, 减小了分缝处理工作带来的麻烦, 大大缩短了工期。在混凝土中掺加高效减水剂可减小混凝土的单位用水量, 提高混凝土的和易性及早期和后期强度, 在保证同基准混凝土有相同工作性强度, 满足施工需要的前提下, 能较高幅度地降低水泥用量, 进而降低水化热和减小混凝土的收缩; 膨胀剂作为外加剂掺入普通水泥混凝土中, 能使混凝土产生适度微膨胀来补偿收缩, 在有约束的条件下,在混凝土中建立0. 2—0. 8MPa 的自应力, 同时推迟收缩过程, 使混凝土有充足的时间较大幅度地增长抗拉和抗压强度, 当混凝土开始收缩时, 足以抵抗收缩应力的作用。膨胀剂还可以降低水化热, 改善抗渗性和泌水性; 粉煤灰可改善混凝土的和易性, 增加胶凝物质, 降低混凝土的水灰比, 使早期水化热明显降低, 实验证明, 掺入水泥用量15% 的粉煤灰可降低水化热15% 左右, 水泥水化热随粉煤灰掺量的增加而降低, 但掺量过多会降低混凝土的早期强度,增加混凝土的收缩, 在工程中应用粉煤灰时, 应通过实验确定最佳掺量。大量工程实践表明,对高标号大体积混凝土温差裂缝的控制, 采用“双掺技术”( 掺加减水剂和粉煤灰) 或“三掺技术”( 掺加膨胀剂、减水剂和粉煤灰) 效果十分理想, 可以减少或取消伸缩缝。目前, 在大体积混凝土中采用“三掺技术”,已经可以连续浇筑长90～140m 不留缝而不开裂, 也可以不分块连续浇筑5000m3大体积混凝土, 减小了分缝处理工作带来的麻烦, 大大缩短了工期。
（3）掺加大石块
在大体积混凝土中掺加无裂缝、冲洗干净、规格为150～250mm 的坚固大石块, 不仅减小了混凝土总用量, 进而减小了水泥用量, 降低了水化热, 而且石块本身也吸收发热量, 使水化热能进一步降低, 给控制裂缝开展带来一定好处。
（4）合理布置分布钢筋
虽然单靠增加分布钢筋用量不能明显防止裂缝出现, 但适当增加分布钢筋用量可以加强结构的整体性和减小温度应力, 选择细而密的布筋方式比选择粗而疏的布筋方式对裂缝宽度的控制更有效。
4、施工措施
（1）降低浇筑温度
降低浇筑温度可以降低温差从而减小温度应力。降低浇筑温度的措施主要有: 预冷骨料( 水冷法、气冷法等) 和加冰搅拌等。浇筑时间最好安排在低温季节或夜间, 在高温季节施工时, 应采取减小混凝土温度回升的措施, 如尽量缩短混凝土的运输时间, 加快混凝土的入仓覆盖速度, 缩短混凝土的暴晒时间, 混凝土运输工具应有隔热遮阳措施等。
（2）减小水化热温升这方面的措施主要有预埋水管冷却法和分块浇筑法。前者主要应用于水利工程; 后者又可以分为分层浇筑法和分段跳仓浇筑法, 浇筑层的厚度和浇筑段的长度对混凝土工程的温度应力、施工速度、施工质量和施工费用影响很大, 应综合研究予以确定。
参考文献：
[1] 杜泽星.某大厦地下室底板大体积混凝土施工防裂措施[J]. 广东土木与建筑. 2005(07)
[2] 傅敉邦.转换层大体积混凝土施工工艺及其裂缝控制[J]. 山西建筑. 2007(19)
[3] 蔡恒茂,孙昌玲.大体积混凝土温度收缩裂缝控制[J]. 工程与建设. 2007(05)
关键词：大体积混凝土裂缝原因控制
中图分类号： TV543 文献标识码： A 文章编号：
导致大体积混凝土产生裂缝的原因有很多，其性质、机理、预防及修补措施也各不相同，但只要在实地勘察、图纸设计、原料选择、施工工艺和养护措施各方面严把质量关，切实贯彻好“预防为主，防治结合”的思想，就能有效地解决大体积混凝土易产生裂缝这一问题。
一、大体积混凝土产生裂缝的原因
1、水泥水化热
水泥水化要产生热量, 一般地, 在水泥水化开始后的若干个小时, 就会形成一个放热高峰, 使水泥水化热量积累加快, 表现为混凝土最高温度的峰值较高, 混凝土内部就会形成较大的温度梯度(或温差), 由公式（1）可知, 温差将会引起混凝土发生温度应变。混凝土应变即受到外部的各种外约束, 又受到内部各部位不同变形的内约束, 当混凝土的应变受到约束所产生的拉应力大于或等于混凝土的抗拉强度时, 混凝土則产生裂缝。
εΔT = α·ΔT（1）
式中: εΔT ——混凝土的温度应变;
α——混凝土的线膨胀系数;
ΔT——混凝土的温差。
2、外界气温
由公式（2）可知, 若想减小混凝土的内外温差, 除要减小由水泥水化热而导致的混凝土最高温度外并要提高受外界气温影响的混凝土的表面温度, 为此, 大体积混凝土浇筑后一定要进行混凝土表面保温。
ΔT内外= Tm ax - T表面（2）
式中: ΔT内外——混凝土内外温差;
Tm ax——混凝土最高温度;
T表面——混凝土最低温度。
3、内外约束条件
混凝土内部由于水泥水化热造成中心温度高, 热膨胀大, 因而在中心产生压应力, 在表面产生拉应力。当拉应力超过混凝土的抗拉强度值和钢筋约束作用时, 将会产生裂缝。
4、混凝土的收缩
（1）塑性收缩。是指混凝土硬化前处于塑性阶段时所发生的收缩。一是当混凝的均匀沉降受到钢筋等限制时, 就会造成不规则的裂缝; 二是混凝土在新拌状态下, 拌合物中颗粒间充满着水, 如养护不足, 表面失水速率超过内部水向表面迁移的速率时, 则会造成毛细管中产生负压, 使混凝土收缩开裂。
（2）干燥收缩。是指混凝土停止养护后, 在不饱和的空气中失去内部毛细孔和凝胶孔的吸附水而发生的不可逆收缩。混凝土表面干燥收缩快, 中心干燥收缩慢。由于表面的干燥收缩受到中心部位混凝土的约束, 就会在混凝土表面产生拉应力而出现裂缝。
（3）自收缩。混凝土浇筑后, 其内部的水份即使不向环境散失, 也会因水化的消耗而减少, 造成毛细管中的水份不饱和而产生负压, 引起混凝土的自收缩开裂。
5、设计造型的影响
造型复杂的工程, 如结构上留有预留洞等混凝土工程,会造成应力集中而形成裂缝。
二、大体积混凝土裂缝的控制
1、原材料的选择
（1）水泥—— 大体积混凝土结构在选用水泥品种时, 应综合考虑强度、塌落度和水化热
因素。某些水泥的水化热虽然较低, 但强度低, 在配置混凝土时, 需用较多的水泥, 结果混凝
土的发热量可能比采用水化热较大、强度较高的水泥时还要大。目前在大体积混凝土中应用最多是矿渣硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥, 矿渣硅酸盐水泥水化热小, 但早期强度低, 干缩性和泌水性大; 普通硅酸盐水泥水化热较大, 但具有收缩变形小、快硬、早期弹性模量高等特点。
（2）骨料——宜选择结构致密, 清洁不含杂质, 含泥量低( 砂子小于2%, 石子小于1% ) ,
并有足够强度的优质骨料。骨料品种不同, 其热学、力学、变形性能也不同, 配制出来的混凝土的热学、力学、变形性能也相差很大, 一般选用石灰岩骨料较好。大体积混凝土中通常使用粗砂, 也可以使用中粗砂; 石子选用卵石或碎石( 要求针片状少) 均可, 所用石子的最大粒径较大时, 混凝土的密实性较好, 并可以节约水泥 , 但为了便于捣实, 石子的最大粒径不得超过结构截面最小尺寸的1/ 4, 也不得大于钢筋最小净距的3/ 4, 如采用泵送混凝土施工, 石子的最大粒径还应符合泵送混凝土的要求。
（3）水—— 宜用饮用水
2、配合比设计
大体积混凝土的配合比设计要在满足设计与施工要求的强度、耐久性及和易性的条件下,尽量减少水泥用量。水泥的用量不但直接影响到水化热( 单位水泥用量每增减10kg , 混凝土的绝热温度亦相应升降1℃ ) 和收缩, 而且与经济技术指标密切相关, 减小水泥用量既对裂缝控制有利, 又可以降低工程投资。设计混凝土配合比时, 应注意以下几点:
合理选择水泥品种和标号。
为减少水泥用量及改善混凝土的和易性, 应考虑掺入优质掺和料( 如粉煤灰) 和外加剂( 如减水剂、膨胀剂) 。
选择粗细骨料级配良好且最大粒径尽可能大的骨料并尽可能选用较大的骨料用量, 采用5—40mm 骨料比用5—25mm 的节省水泥,在相同水灰比时可减少水泥20kg/ m3左右。
选择合理的水灰比, 在满足施工和易性和强度的条件下, 力求单位用水量最小, 为此掺入适量减水剂是必要的。
利用后期强度, 根据工程的特点, 允许工程在60天、90天或120天达到设计标号。
3、设计措施
（1）地基处理
减小地基对混凝土基础的阻力, 可以减小温度应力, 避免发生温度裂缝。当地基为软土层时, 可以优先考虑采用砂垫层加固地基, 砂垫层不单可以提高地基的承载能力, 减小地下水或地表水的影响, 而且还可减小地基对混凝土基础的约束作用; 当地基为坚硬的基岩或老混凝土基层时, 可考虑在基础底部设置滑动层, 例如可以在基础底部油两道热沥青后铺设一层油毡, 也可以铺设砂卵石层, 沥青砂浆层等。
（2）“留缝”或“不留缝”
对于大体积混凝土的裂缝控制问题, 工程界中一直存在两种理论, 一种主张“留缝”,即当大体积混凝土结构的长度或厚度超过一定数值后, 应设置温度伸缩缝或后浇带或分层施工,以减小温度应力。这是早期控制超长或超大体积混凝土开裂的主要方法, 这种工艺拖延工期,浪费材料和劳动力, 使现代化施工的泵送工艺无法发挥作用, 且伸缩缝处的防渗处理也相当困难。为了避免“留缝”带来的不便, 另一种理论主张通过其他有效措施控制裂缝的发生和发展, 目前, 在混凝土中掺入适量高效减水剂、膨胀剂和优质掺和料, 已经可以连续浇筑长90～140m 不留缝而不开裂, 也可以不分块连续浇筑5000m3大体积混凝土, 减小了分缝处理工作带来的麻烦, 大大缩短了工期。在混凝土中掺加高效减水剂可减小混凝土的单位用水量, 提高混凝土的和易性及早期和后期强度, 在保证同基准混凝土有相同工作性强度, 满足施工需要的前提下, 能较高幅度地降低水泥用量, 进而降低水化热和减小混凝土的收缩; 膨胀剂作为外加剂掺入普通水泥混凝土中, 能使混凝土产生适度微膨胀来补偿收缩, 在有约束的条件下,在混凝土中建立0. 2—0. 8MPa 的自应力, 同时推迟收缩过程, 使混凝土有充足的时间较大幅度地增长抗拉和抗压强度, 当混凝土开始收缩时, 足以抵抗收缩应力的作用。膨胀剂还可以降低水化热, 改善抗渗性和泌水性; 粉煤灰可改善混凝土的和易性, 增加胶凝物质, 降低混凝土的水灰比, 使早期水化热明显降低, 实验证明, 掺入水泥用量15% 的粉煤灰可降低水化热15% 左右, 水泥水化热随粉煤灰掺量的增加而降低, 但掺量过多会降低混凝土的早期强度,增加混凝土的收缩, 在工程中应用粉煤灰时, 应通过实验确定最佳掺量。大量工程实践表明,对高标号大体积混凝土温差裂缝的控制, 采用“双掺技术”( 掺加减水剂和粉煤灰) 或“三掺技术”( 掺加膨胀剂、减水剂和粉煤灰) 效果十分理想, 可以减少或取消伸缩缝。目前, 在大体积混凝土中采用“三掺技术”,已经可以连续浇筑长90～140m 不留缝而不开裂, 也可以不分块连续浇筑5000m3大体积混凝土, 减小了分缝处理工作带来的麻烦, 大大缩短了工期。
（3）掺加大石块
在大体积混凝土中掺加无裂缝、冲洗干净、规格为150～250mm 的坚固大石块, 不仅减小了混凝土总用量, 进而减小了水泥用量, 降低了水化热, 而且石块本身也吸收发热量, 使水化热能进一步降低, 给控制裂缝开展带来一定好处。
（4）合理布置分布钢筋
虽然单靠增加分布钢筋用量不能明显防止裂缝出现, 但适当增加分布钢筋用量可以加强结构的整体性和减小温度应力, 选择细而密的布筋方式比选择粗而疏的布筋方式对裂缝宽度的控制更有效。
4、施工措施
（1）降低浇筑温度
降低浇筑温度可以降低温差从而减小温度应力。降低浇筑温度的措施主要有: 预冷骨料( 水冷法、气冷法等) 和加冰搅拌等。浇筑时间最好安排在低温季节或夜间, 在高温季节施工时, 应采取减小混凝土温度回升的措施, 如尽量缩短混凝土的运输时间, 加快混凝土的入仓覆盖速度, 缩短混凝土的暴晒时间, 混凝土运输工具应有隔热遮阳措施等。
（2）减小水化热温升这方面的措施主要有预埋水管冷却法和分块浇筑法。前者主要应用于水利工程; 后者又可以分为分层浇筑法和分段跳仓浇筑法, 浇筑层的厚度和浇筑段的长度对混凝土工程的温度应力、施工速度、施工质量和施工费用影响很大, 应综合研究予以确定。
参考文献：
[1] 杜泽星.某大厦地下室底板大体积混凝土施工防裂措施[J]. 广东土木与建筑. 2005(07)
[2] 傅敉邦.转换层大体积混凝土施工工艺及其裂缝控制[J]. 山西建筑. 2007(19)
[3] 蔡恒茂,孙昌玲.大体积混凝土温度收缩裂缝控制[J]. 工程与建设. 2007(05)