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摘要: 本文根据大体积混凝土结构的特点，分析了裂缝产生的原因，从有效控制大体积混凝土结构裂缝应采取的技术措施方面进行了探讨。
关键词: 大体积混凝土 裂缝 产生原因 控制措施
中图分类号：TU755 文献标识码：B
一、大体积混凝土的定义及特点：
我国普通混凝土配合比设计规范规定：混凝土结构物中实体最小尺寸大于或等于1m的部位所用的混凝土即为大体积混凝土。日本JASS5规定：结构断面积最小尺寸在80cm以上，水化热引起混凝土內的最高温度与外界气温之差预计超过25℃的混凝土，称为大体积混凝土。而美国定义为：任何现浇混凝土，只要有可能产生温度影响的均称为大体积混凝土。
大体积混凝土有如下特点：
1、 混凝土结构物体积较大，在一个块体中需要浇筑大量的混凝土；
2、 大体积混凝土常处于潮湿或与水接触的环境条件下，因此要求具有一定的强度和良好的耐久性，有的甚至要求具有抗冲击或震动作用等性能；
3、 大体积混凝土水泥水化热不容易很快散失，内部温升较高，在与外部环境温差较大时容易产生温度裂缝。对混凝土进行温度控制是大体积混凝土最突出的特点。
二、裂缝产生的原因
裂缝是混凝土结构中普遍存在的一种现象，分析大体积混凝土结构裂缝产生的原因及控制措施显得非常重要。大体积混凝土结构裂缝产生的原因可分为两类：一是结构型裂缝，是由外荷载引起的，二是材料型裂缝，是由非荷载作用下的变形引起的，主要是由温度应力和混凝土的收缩引起的。
1、 温度变形
混凝土与普通的固体材料一样呈现热胀冷缩现象，相应的变形为温度变形，混凝土的温度变形系数约为（1～1.5）× ／℃，即温度升降1℃，每米胀缩0.01～0.015㎜.在混凝土硬化初期，水泥水化放热量较高，且混凝土又是热的不良导体，散热很慢，造成混凝土内外温差很大，有时可达50～70℃，这将使混凝土产生内胀外缩，在混凝土表面产生拉应力，拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时，使混凝土产生裂缝。另外，在拆模前后，表面温度降低很快，造成了内外温差，也会导致裂缝的产生。
2、 化学收缩
混凝土在硬化过程中，水泥水化产物的体积小于水化前反应物体积，从而使
混凝土产生收缩。化学收缩是不可恢复的，其收缩量随混凝土硬化龄期的延长而增加，一般在混凝土成型后40d内增长较快，以后逐渐趋于稳定。化学收缩在混凝土内部可能产生微细裂缝。
3、 干燥收缩
混凝土中约20﹪的水分是水泥水化所必需的，而约80﹪的水分要蒸发，混凝土在干燥过程中，多余水分的蒸发会引起混凝土体积的收缩。干缩后的混凝土再遇到水，部分收缩变形是可恢复的，但约30﹪－50﹪是不可恢复的。混凝土过大的干缩变形会对混凝土产生较大的危害，使混凝土的表面产生较大的拉应力而引起开裂。混凝土的干缩主要是由水泥石的干缩产生的，影响干缩的主要因素是水泥用量及水灰比的大小，除此之外，水泥品种、用水量、骨料种类及养护条件也是影响因素。
4、 体积安定性不良
水泥的体积安定性不良是指水泥浆体在硬化过程中体积发生不均匀变化时导致的膨胀开裂、翘曲等现象，引起水泥体积安定性不良的原因主要是，含有过多的游离氧化钙和游离氧化镁，石膏掺量过多。安定性不良的水泥会使混凝土构件产生膨胀性裂缝，从而降低建筑物质量，引起严重事故。
三、控制措施
大体积混凝土裂缝的控制措施包括多个方面，本文主要从混凝土的配合比设计、原材料控制，施工方法控制及养护四个方面进行分析。
1、 配合比设计措施
混凝土配合比设计应满足的基本要求是：（1）混凝土结构设计要求的强度等级；（2）施工方面要求的混凝土拌合物和易性；（3）与使用环境相适应的耐久性要求。在满足以上三项技术要求的情况下，精心设计混凝土配合比：（1）尽可能降低混凝土的单位用水量，即采用低坍落度和低水灰比；掺高效减水剂和高性能引气剂的外加剂，提高混凝土的流动性，改善和易性。（2）增配构造筋，提高抗裂性能；（3）在易裂的边缘部位设置暗梁，提高该部位的配筋率，提高混凝土的极限抗拉强度。
2、 原材料控制措施
（1）由于温差主要是由水化热产生的，为了降低水化热，尽量选用中热水泥或低热水泥（如矿渣水泥、粉煤灰水泥）；（2）掺混合材料粉煤灰，节约水泥用量，降低水化热并提高和易性，减少新拌混凝土的泌水，提高混凝土的抗拉强度，增强硬化混凝土的结构致密程度，减少收缩，提高抗渗性，抑制碱－骨料反应。（3）选择级配良好的骨料：选择Ⅱ区中砂；选择连续粒级的粗骨料，对中低强度的混凝土，尽量选择最大粒径不超过40㎜的较大粗骨料，配制高强度的混凝土，最大粒径不超过20㎜。砂石的合理级配有利于增强混凝土的和易性，降低水和水泥用量，使混凝土的水化热和凝结收缩时泌水及干缩减小，有利于防止裂缝的产生。另外，要控制砂石的含泥量，含泥量越大，收缩变形就越大，裂缝就越严重。
3、 施工方法控制措施
在混凝土拌制过程中，严格控制混凝土出机坍落度，尽量降低混凝土拌合物出机口温度；（2）选择最佳天气条件进行浇筑，尽量安排在低温时段，以最大限度降低混凝土的初凝温度；（3）在浇筑过程中，严格限制卸料高度，防止离析，应遵循“同时浇捣，分层推进，一次到顶，循序渐进”的成熟工艺，振捣时重点控制两点，即混凝土流淌的最近点和最远点，振动时不能漏振，尽可能采用两次振捣工艺，以提高混凝土的密实度。
4、 养护措施
混凝土的养护是指混凝土浇筑成型后，保持适当的温度和足够的湿度，使混凝土硬化后达到预期的强度及其他性能。养护方法为：
（1）降温法
在混凝土内部预埋水管，通入冷却水，降低混凝土内部最高温度，称为降温法。冷却水管宜采用25㎜或19㎜厚的钢管或铝管。冷却水的温度越低，冷却水与混凝土温度的温差越大，冷却效果越明显。但温差将会使周边混凝土产生拉应力，温差过大有可能产生裂缝，因此，温差不宜大于22℃.
（2）保温法
对于裸露的混凝土表面和侧面模板周边覆盖保温材料，以免混凝土表面温度与中心温度相差大于规范要求引起开裂。
大体积混凝土通常应用于水工、冶金、电力和核电工程中，其裂缝产生的原因很多，只要认真积极探索裂缝产生的原因，严格按规范要求施工，及早采取相应的预防措施，就能有效地控制大体积混凝土结构的裂缝 。
参考文献：
（1）GB50204-2002，混凝土结构工程施工质量验收规范[S]
（2）GB50010-2002，混凝土结构设计规范[S]
（3）范文昭主编，《建筑材料》中国建筑工业出版社，2011
关键词: 大体积混凝土 裂缝 产生原因 控制措施
中图分类号：TU755 文献标识码：B
一、大体积混凝土的定义及特点：
我国普通混凝土配合比设计规范规定：混凝土结构物中实体最小尺寸大于或等于1m的部位所用的混凝土即为大体积混凝土。日本JASS5规定：结构断面积最小尺寸在80cm以上，水化热引起混凝土內的最高温度与外界气温之差预计超过25℃的混凝土，称为大体积混凝土。而美国定义为：任何现浇混凝土，只要有可能产生温度影响的均称为大体积混凝土。
大体积混凝土有如下特点：
1、 混凝土结构物体积较大，在一个块体中需要浇筑大量的混凝土；
2、 大体积混凝土常处于潮湿或与水接触的环境条件下，因此要求具有一定的强度和良好的耐久性，有的甚至要求具有抗冲击或震动作用等性能；
3、 大体积混凝土水泥水化热不容易很快散失，内部温升较高，在与外部环境温差较大时容易产生温度裂缝。对混凝土进行温度控制是大体积混凝土最突出的特点。
二、裂缝产生的原因
裂缝是混凝土结构中普遍存在的一种现象，分析大体积混凝土结构裂缝产生的原因及控制措施显得非常重要。大体积混凝土结构裂缝产生的原因可分为两类：一是结构型裂缝，是由外荷载引起的，二是材料型裂缝，是由非荷载作用下的变形引起的，主要是由温度应力和混凝土的收缩引起的。
1、 温度变形
混凝土与普通的固体材料一样呈现热胀冷缩现象，相应的变形为温度变形，混凝土的温度变形系数约为（1～1.5）× ／℃，即温度升降1℃，每米胀缩0.01～0.015㎜.在混凝土硬化初期，水泥水化放热量较高，且混凝土又是热的不良导体，散热很慢，造成混凝土内外温差很大，有时可达50～70℃，这将使混凝土产生内胀外缩，在混凝土表面产生拉应力，拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时，使混凝土产生裂缝。另外，在拆模前后，表面温度降低很快，造成了内外温差，也会导致裂缝的产生。
2、 化学收缩
混凝土在硬化过程中，水泥水化产物的体积小于水化前反应物体积，从而使
混凝土产生收缩。化学收缩是不可恢复的，其收缩量随混凝土硬化龄期的延长而增加，一般在混凝土成型后40d内增长较快，以后逐渐趋于稳定。化学收缩在混凝土内部可能产生微细裂缝。
3、 干燥收缩
混凝土中约20﹪的水分是水泥水化所必需的，而约80﹪的水分要蒸发，混凝土在干燥过程中，多余水分的蒸发会引起混凝土体积的收缩。干缩后的混凝土再遇到水，部分收缩变形是可恢复的，但约30﹪－50﹪是不可恢复的。混凝土过大的干缩变形会对混凝土产生较大的危害，使混凝土的表面产生较大的拉应力而引起开裂。混凝土的干缩主要是由水泥石的干缩产生的，影响干缩的主要因素是水泥用量及水灰比的大小，除此之外，水泥品种、用水量、骨料种类及养护条件也是影响因素。
4、 体积安定性不良
水泥的体积安定性不良是指水泥浆体在硬化过程中体积发生不均匀变化时导致的膨胀开裂、翘曲等现象，引起水泥体积安定性不良的原因主要是，含有过多的游离氧化钙和游离氧化镁，石膏掺量过多。安定性不良的水泥会使混凝土构件产生膨胀性裂缝，从而降低建筑物质量，引起严重事故。
三、控制措施
大体积混凝土裂缝的控制措施包括多个方面，本文主要从混凝土的配合比设计、原材料控制，施工方法控制及养护四个方面进行分析。
1、 配合比设计措施
混凝土配合比设计应满足的基本要求是：（1）混凝土结构设计要求的强度等级；（2）施工方面要求的混凝土拌合物和易性；（3）与使用环境相适应的耐久性要求。在满足以上三项技术要求的情况下，精心设计混凝土配合比：（1）尽可能降低混凝土的单位用水量，即采用低坍落度和低水灰比；掺高效减水剂和高性能引气剂的外加剂，提高混凝土的流动性，改善和易性。（2）增配构造筋，提高抗裂性能；（3）在易裂的边缘部位设置暗梁，提高该部位的配筋率，提高混凝土的极限抗拉强度。
2、 原材料控制措施
（1）由于温差主要是由水化热产生的，为了降低水化热，尽量选用中热水泥或低热水泥（如矿渣水泥、粉煤灰水泥）；（2）掺混合材料粉煤灰，节约水泥用量，降低水化热并提高和易性，减少新拌混凝土的泌水，提高混凝土的抗拉强度，增强硬化混凝土的结构致密程度，减少收缩，提高抗渗性，抑制碱－骨料反应。（3）选择级配良好的骨料：选择Ⅱ区中砂；选择连续粒级的粗骨料，对中低强度的混凝土，尽量选择最大粒径不超过40㎜的较大粗骨料，配制高强度的混凝土，最大粒径不超过20㎜。砂石的合理级配有利于增强混凝土的和易性，降低水和水泥用量，使混凝土的水化热和凝结收缩时泌水及干缩减小，有利于防止裂缝的产生。另外，要控制砂石的含泥量，含泥量越大，收缩变形就越大，裂缝就越严重。
3、 施工方法控制措施
在混凝土拌制过程中，严格控制混凝土出机坍落度，尽量降低混凝土拌合物出机口温度；（2）选择最佳天气条件进行浇筑，尽量安排在低温时段，以最大限度降低混凝土的初凝温度；（3）在浇筑过程中，严格限制卸料高度，防止离析，应遵循“同时浇捣，分层推进，一次到顶，循序渐进”的成熟工艺，振捣时重点控制两点，即混凝土流淌的最近点和最远点，振动时不能漏振，尽可能采用两次振捣工艺，以提高混凝土的密实度。
4、 养护措施
混凝土的养护是指混凝土浇筑成型后，保持适当的温度和足够的湿度，使混凝土硬化后达到预期的强度及其他性能。养护方法为：
（1）降温法
在混凝土内部预埋水管，通入冷却水，降低混凝土内部最高温度，称为降温法。冷却水管宜采用25㎜或19㎜厚的钢管或铝管。冷却水的温度越低，冷却水与混凝土温度的温差越大，冷却效果越明显。但温差将会使周边混凝土产生拉应力，温差过大有可能产生裂缝，因此，温差不宜大于22℃.
（2）保温法
对于裸露的混凝土表面和侧面模板周边覆盖保温材料，以免混凝土表面温度与中心温度相差大于规范要求引起开裂。
大体积混凝土通常应用于水工、冶金、电力和核电工程中，其裂缝产生的原因很多，只要认真积极探索裂缝产生的原因，严格按规范要求施工，及早采取相应的预防措施，就能有效地控制大体积混凝土结构的裂缝 。
参考文献：
（1）GB50204-2002，混凝土结构工程施工质量验收规范[S]
（2）GB50010-2002，混凝土结构设计规范[S]
（3）范文昭主编，《建筑材料》中国建筑工业出版社，2011