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摘要：笔者主要对大体积混凝土裂缝产生的控制，以及混凝土原材料对裂缝的影响进行相关的分析，并提出如何预防措施。
关键词：混凝土；原材料；合理选材；控制裂缝；
中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：
在大体积混凝土浇筑后的凝结硬化过程中，由于水泥的水化作用而释放出大量的热量，这些热量因大体积混凝土在短时间内不容易导出，因而使底板中心温度逐步升高，并与底板表面之间形成较大的内外温差，产生温度应力。当温度应力超过混凝土早期所能承受的拉应力极限值时，底板就会出现裂缝。大体积混凝土的裂缝破坏了结构的整体性、耐久性及防水性，对建筑质量和安全危害严重，必须予以高度重视，并进行科学控制。大体积混凝土裂缝受结构设计、混凝土原材料、配合比、施工方法、施工质量、养护、环境等多种因素的影响，本文仅从材料方面加以探讨。
1混凝土原材料对裂缝的影响
1.1水泥和水
大体积混凝土的开裂主要是由于混凝土的收缩受到约束而产生的拉应力超过混凝土的抗拉强度而导致。用不同的水泥种类、水泥用量拌制的混凝土产生的收缩值及强度值是不同的。
矿渣水泥、快硬水泥、低热水泥混凝土收缩性较高，普通水泥、火山灰水泥、矾土水泥混凝土收缩性较低，另外水泥标号越低，单位体积用量越大，磨细度越大，则混凝土收缩越大，且发生收缩时间越长。日本水泥协会耐久性专门委员会裂缝小组的报告指出，水泥种类及其制成的混凝土干缩试验（4周）结果从大到小的排列顺序是：高炉水泥>普通硅酸盐水泥>粉煤灰水泥>中热硅酸盐水泥>早强硅酸盐水泥>抗硫酸盐硅酸盐水泥。采用矿渣硅酸盐水泥的混凝土的收缩值比用普通硅酸盐水泥的收缩值大25%左右，当水泥采用不当时，混凝土很容易开裂。
混凝土的收缩值和强度与水的用量及水的性质有关，用水量较多时，混凝土的收缩值也较大、强度降低。如水灰比为0.6混凝土收缩值比水灰比为0.4的混凝土增加约40%；混凝土中水的蒸发使混凝土干缩，混凝土的干缩随水的性质而变化。水表面张力愈小，其干缩值也愈小。
1.2粗细集料
粗细集料含泥量过大，造成混凝土收缩增大。这是由于骨料表面所带的泥份妨碍了骨料与水泥浆之间的咬合粘结，弱化了界面结构，也就降低了混凝土的强度，特别是降低了抗拉强度。集料颗粒级配不良或采取不恰当的间断级配，容易造成混凝土收缩的增大，诱导裂缝的产生；骨料粒径越细、针片含量越大，混凝土收缩量增大。
不同的细骨料对于混凝土干缩的影响是不同的。13周试样得出的细骨料对混凝土收缩的影响从大到小排列的顺序是：河砂>陆砂>海砂>山砂；不同的粗骨料对混凝土干缩的影响也是不同的。粗骨料对混凝土干缩的影响从大到小排列的顺序是：山碎石>河砾石>石灰石碎石。
1.3外加剂
混凝土中使用的外加剂种类很多，若外加剂品种选择不当、掺量不当或施工不当，将严重增加混凝土收缩。例如，掺膨胀剂的混凝土在施工时早期保湿养护要求较高，否则更容易发生裂缝（因为膨胀剂要吸水）。在水灰比过低（小于0.4）时尤为严重。
试验表明掺化学外加剂的混凝土干缩值较大。使用促凝性AE减水剂的干缩值比使用一般化学外加剂的高10%以上，比不掺外加剂者高约40%。掺与不掺外加剂的混凝土历时一年的干缩变化表明：使用外加剂，混凝土的初期干缩值较大，到19周后基本稳定。
1.4掺合料
混凝土中使用的掺合料有粉煤灰與高炉矿渣粉等，其品种选择不当、掺量不当或施工不当，也将严重增加混凝土收缩。通常其干缩影响与使用混合水泥相同。
2合理选材，优化配合比，控制裂缝
选择混凝土原材料、优化混凝土配合比的目的是使混凝土具有较小的抗裂能力，具体说来，就是要求混凝土的绝热温升较小、抗拉强度较大、极限拉伸变形能力较大、热强比较小、线胀系数较小，自生体积变形最好是微膨胀，至少是低收缩。具体应从以下几个方面着手：
2.1水泥和水的选择
2.1.1降低水化热
水泥在水化过程中所放出的热量，称为水化热。水化热在大体积混凝土工程中是不利的，积聚在混凝土内部的水化热不易散出来，常使内部温度高达50℃-60℃，由此造成的温度应力将使混凝土产生裂缝。水泥矿物的放热量和放热速度具有以下顺序，见表1及表2。
表1 不同熟料矿物的水化热
表2不同熟料矿物与水作用的性质
由表2可以看出，四种主要矿物在熟料中的相对含量变化时，水泥性能随之改变。大体积混凝土若要使用水化热较低的水泥时，则应当适量提高硅酸二钙和铁铝酸四钙的含量，并限制铝酸三钙和硅酸二钙的含量。
水化热是大体积混凝土结构在选用水泥品种时，应考虑的主要因素之一，除此以外还应综合考虑强度、坍落度等因素，以确定合适的水泥品种。某些水泥的水化热虽然低，但强度也低，在配制混凝土时，为达到要求的强度，必将需用较多的水泥，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的是矿渣硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥。
2.1.2减少水泥用量
实验数据表明，水化热与水泥用量成正比，每立方米的混凝土中水泥用量每增减10kg，水泥水化热使混凝土的温度相应升降1℃。因此，可通过采取适当的措施减少水泥用量来控制混凝土的温升，降低温度应力，减少混凝土开裂的可能性。
可以通过以下两种途径：
一种是合理选择外加剂，可间接减少水泥用量。如在混凝土中掺入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。
另一种是掺加优质掺合料以替换一部分水泥，减少水泥用量。优质掺合料能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，但要注意掺量过多会降低混凝土的早期强度，增加混凝土的收缩，所以应通过实验来确定最佳掺量。
2.1.3减少用水量
混凝土的单位用水量越多，干缩率越大，一般用水量每增加1%，干缩率可增大2%-3%。在便于施工操作并保证振捣密实的前提下，混凝土应尽可能取较小的坍落度，减少用水量，并把离析、泌水现象降到最低程度。
2.2粗细骨料
选择骨料时应优先选用热膨胀系数小、含泥量低的骨料，并强调骨料的连续级配。因为采用连续级配的骨料，可以提高骨料在混凝土中所占的体积，大幅度降低水泥用量，从而间接地降低水化热。而且，用连续级配的粗骨料配制的混凝土具有较好的和易性，减小收缩。
对于粗骨料，在选择时，最大粒径应尽可能大一些。在条件允许的情况下，可掺加不大于混凝土体积25%的粒径为150-250mm无裂缝、冲洗干净的石块，石块本身有吸收发热量的功能，能使水化热进一步降低。
对于细骨料，应选用石英含量高、颗粒形状浑圆、洁净、具有平滑筛分线的中粗砂，细度模数应在2.6-3.2之间。根据有关实验资料表明，当采用细度模数为2.79、平均粒径为0.38的中粗砂时，比采用细度模数为2.12、平均粒径为0.336的细砂，每立方米可减少用水量20-25kg，水泥用量可相应减少28-35kg。这样就减少了混凝土的温升和收缩。同时，细骨料还应针对不同施工方法确定合理砂率。如泵送混凝土，为防止堵管现象，应当在满足可泵性的条件下尽可能地降低砂率。
2.3矿物掺和料
矿物掺和料包括粉煤灰、矿渣、硅灰、沸石粉等，适当掺用矿物掺和料可降低混凝土的绝热温升、提高混凝土抗裂能力。矿物掺和料的种类、数量及掺加方式的不同，水化热差别很大。
2.3.1粉煤灰
粉煤灰是以煤粉为燃料的火力发電厂从其锅炉烟气中收集下来的粉末，又称飞灰。粒径在1-5μm之间，其主要成分是活性氧化硅和活性氧化铝。
混凝土中掺加适量的粉煤灰可以明显提高混凝土的致密性，从而提高了混凝土的强度，改善其耐久性、粘聚性和可泵性。但是，应用粉煤灰配制的混凝土，其早期强度偏低，主要因为粉煤灰的二次水化反应一般在混凝土浇筑14天后才开始进行，加上由于粉煤灰取代了部分水泥，降低了混凝土中水泥的浓度，也必然降低混凝土的早期强度，同时延长了混凝土的粘结时间。因此，在确定粉煤灰的掺量时，在满足相关的技术指标的前提下，同时还要满足施工的需要。试验结果表明，采用减水剂与改性剂双掺的方法可以有效地解决这些弊端。
2.3.2粒化高炉矿渣
粒化高炉矿渣是炼铁高炉的熔融矿渣经急速冷却而形成的松软颗粒，其粒径一般为0.5-5mm。化学成分主要是活性二氧化硅和活性氧化铝，为不稳定的玻璃体结构，其活性的大小与化学成分和水淬生成的玻璃体含量有关。通常是掺加到硅酸盐水泥中做成混合水泥。
2.3.3硅灰
硅灰是冶炼硅铁和硅工业产出的废尘，含二氧化硅达90%以上，有很高的活性，为制造高强、特高强水泥基材料所必须。由于产量和价格的限制，现在用量还不多，但不少重要的工程中均掺水泥的10%左右，如与其它掺和料复合使用，有很好的技术经济效益。
2.3.4沸石粉
沸石粉由天然沸石岩磨细而得，是来源最广的细掺料，在国内已有较多研究与应用。沸石粉是架状构造的含水铝硅酸盆矿物，多孔、内表面积大，吸附性与离子交换力均强，需水性大于粉煤灰，与其它掺和料复合使用，可取得很好的技术经济效益。
2.4外加剂
外加剂有减水剂、引气剂、缓凝剂、早强剂等多种类型。减水剂是最常用、最重要的外加剂，它具有减水和增塑作用，在保持混凝土坍落度及强度不变的条件下，可减少用水量，节约水泥、降低绝热温升；引气剂的作用是在混凝土中产生大量微小气泡以提高混凝土的抗冻融耐久性；缓凝剂可对水泥的初期水化产生抑制作用，使新拌混凝土在较长时间内保持其塑性，以利于浇灌成型，提高施工质量，并能降低水化热。在大体积混凝土施工中对延缓混凝土的凝结，延长混凝土的可捣实时间，推迟水泥水化放热过程，减小温度应力所引起的裂缝等方面起着重要的作用；膨胀剂的掺入可置换相同重量的水泥，同时吸收部分水化热后发生化学反应，在水泥水化和硬化过程中产生体积膨胀，这种膨胀在内外约束条件下产生一定的内压应力，这种内压应力与冷缩或干缩产生的拉应力相抵消，建立混凝土内部新的应力平衡而防止开裂。
2.5优化混凝土配合比
严格控制砂石骨料的含泥量，在保证混凝土强度及流动条件下，尽量节省水泥。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，水泥水化热使混凝土的温度升降1℃）和收缩，而且与经济技术指标密切相关。减少水泥用量既对裂缝控制有利，又可以降低工程投资。
3结束语
大体积混凝土平面尺寸过大，现场浇筑混凝土必然面临混凝土的抗裂问题。我们要对混凝土材料进行选取，不断提高混凝土的抗渗、抗裂、抗侵蚀能力。从而也提高建筑结构的耐久性。
关键词：混凝土；原材料；合理选材；控制裂缝；
中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：
在大体积混凝土浇筑后的凝结硬化过程中，由于水泥的水化作用而释放出大量的热量，这些热量因大体积混凝土在短时间内不容易导出，因而使底板中心温度逐步升高，并与底板表面之间形成较大的内外温差，产生温度应力。当温度应力超过混凝土早期所能承受的拉应力极限值时，底板就会出现裂缝。大体积混凝土的裂缝破坏了结构的整体性、耐久性及防水性，对建筑质量和安全危害严重，必须予以高度重视，并进行科学控制。大体积混凝土裂缝受结构设计、混凝土原材料、配合比、施工方法、施工质量、养护、环境等多种因素的影响，本文仅从材料方面加以探讨。
1混凝土原材料对裂缝的影响
1.1水泥和水
大体积混凝土的开裂主要是由于混凝土的收缩受到约束而产生的拉应力超过混凝土的抗拉强度而导致。用不同的水泥种类、水泥用量拌制的混凝土产生的收缩值及强度值是不同的。
矿渣水泥、快硬水泥、低热水泥混凝土收缩性较高，普通水泥、火山灰水泥、矾土水泥混凝土收缩性较低，另外水泥标号越低，单位体积用量越大，磨细度越大，则混凝土收缩越大，且发生收缩时间越长。日本水泥协会耐久性专门委员会裂缝小组的报告指出，水泥种类及其制成的混凝土干缩试验（4周）结果从大到小的排列顺序是：高炉水泥>普通硅酸盐水泥>粉煤灰水泥>中热硅酸盐水泥>早强硅酸盐水泥>抗硫酸盐硅酸盐水泥。采用矿渣硅酸盐水泥的混凝土的收缩值比用普通硅酸盐水泥的收缩值大25%左右，当水泥采用不当时，混凝土很容易开裂。
混凝土的收缩值和强度与水的用量及水的性质有关，用水量较多时，混凝土的收缩值也较大、强度降低。如水灰比为0.6混凝土收缩值比水灰比为0.4的混凝土增加约40%；混凝土中水的蒸发使混凝土干缩，混凝土的干缩随水的性质而变化。水表面张力愈小，其干缩值也愈小。
1.2粗细集料
粗细集料含泥量过大，造成混凝土收缩增大。这是由于骨料表面所带的泥份妨碍了骨料与水泥浆之间的咬合粘结，弱化了界面结构，也就降低了混凝土的强度，特别是降低了抗拉强度。集料颗粒级配不良或采取不恰当的间断级配，容易造成混凝土收缩的增大，诱导裂缝的产生；骨料粒径越细、针片含量越大，混凝土收缩量增大。
不同的细骨料对于混凝土干缩的影响是不同的。13周试样得出的细骨料对混凝土收缩的影响从大到小排列的顺序是：河砂>陆砂>海砂>山砂；不同的粗骨料对混凝土干缩的影响也是不同的。粗骨料对混凝土干缩的影响从大到小排列的顺序是：山碎石>河砾石>石灰石碎石。
1.3外加剂
混凝土中使用的外加剂种类很多，若外加剂品种选择不当、掺量不当或施工不当，将严重增加混凝土收缩。例如，掺膨胀剂的混凝土在施工时早期保湿养护要求较高，否则更容易发生裂缝（因为膨胀剂要吸水）。在水灰比过低（小于0.4）时尤为严重。
试验表明掺化学外加剂的混凝土干缩值较大。使用促凝性AE减水剂的干缩值比使用一般化学外加剂的高10%以上，比不掺外加剂者高约40%。掺与不掺外加剂的混凝土历时一年的干缩变化表明：使用外加剂，混凝土的初期干缩值较大，到19周后基本稳定。
1.4掺合料
混凝土中使用的掺合料有粉煤灰與高炉矿渣粉等，其品种选择不当、掺量不当或施工不当，也将严重增加混凝土收缩。通常其干缩影响与使用混合水泥相同。
2合理选材，优化配合比，控制裂缝
选择混凝土原材料、优化混凝土配合比的目的是使混凝土具有较小的抗裂能力，具体说来，就是要求混凝土的绝热温升较小、抗拉强度较大、极限拉伸变形能力较大、热强比较小、线胀系数较小，自生体积变形最好是微膨胀，至少是低收缩。具体应从以下几个方面着手：
2.1水泥和水的选择
2.1.1降低水化热
水泥在水化过程中所放出的热量，称为水化热。水化热在大体积混凝土工程中是不利的，积聚在混凝土内部的水化热不易散出来，常使内部温度高达50℃-60℃，由此造成的温度应力将使混凝土产生裂缝。水泥矿物的放热量和放热速度具有以下顺序，见表1及表2。
表1 不同熟料矿物的水化热
表2不同熟料矿物与水作用的性质
由表2可以看出，四种主要矿物在熟料中的相对含量变化时，水泥性能随之改变。大体积混凝土若要使用水化热较低的水泥时，则应当适量提高硅酸二钙和铁铝酸四钙的含量，并限制铝酸三钙和硅酸二钙的含量。
水化热是大体积混凝土结构在选用水泥品种时，应考虑的主要因素之一，除此以外还应综合考虑强度、坍落度等因素，以确定合适的水泥品种。某些水泥的水化热虽然低，但强度也低，在配制混凝土时，为达到要求的强度，必将需用较多的水泥，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的是矿渣硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥。
2.1.2减少水泥用量
实验数据表明，水化热与水泥用量成正比，每立方米的混凝土中水泥用量每增减10kg，水泥水化热使混凝土的温度相应升降1℃。因此，可通过采取适当的措施减少水泥用量来控制混凝土的温升，降低温度应力，减少混凝土开裂的可能性。
可以通过以下两种途径：
一种是合理选择外加剂，可间接减少水泥用量。如在混凝土中掺入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。
另一种是掺加优质掺合料以替换一部分水泥，减少水泥用量。优质掺合料能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，但要注意掺量过多会降低混凝土的早期强度，增加混凝土的收缩，所以应通过实验来确定最佳掺量。
2.1.3减少用水量
混凝土的单位用水量越多，干缩率越大，一般用水量每增加1%，干缩率可增大2%-3%。在便于施工操作并保证振捣密实的前提下，混凝土应尽可能取较小的坍落度，减少用水量，并把离析、泌水现象降到最低程度。
2.2粗细骨料
选择骨料时应优先选用热膨胀系数小、含泥量低的骨料，并强调骨料的连续级配。因为采用连续级配的骨料，可以提高骨料在混凝土中所占的体积，大幅度降低水泥用量，从而间接地降低水化热。而且，用连续级配的粗骨料配制的混凝土具有较好的和易性，减小收缩。
对于粗骨料，在选择时，最大粒径应尽可能大一些。在条件允许的情况下，可掺加不大于混凝土体积25%的粒径为150-250mm无裂缝、冲洗干净的石块，石块本身有吸收发热量的功能，能使水化热进一步降低。
对于细骨料，应选用石英含量高、颗粒形状浑圆、洁净、具有平滑筛分线的中粗砂，细度模数应在2.6-3.2之间。根据有关实验资料表明，当采用细度模数为2.79、平均粒径为0.38的中粗砂时，比采用细度模数为2.12、平均粒径为0.336的细砂，每立方米可减少用水量20-25kg，水泥用量可相应减少28-35kg。这样就减少了混凝土的温升和收缩。同时，细骨料还应针对不同施工方法确定合理砂率。如泵送混凝土，为防止堵管现象，应当在满足可泵性的条件下尽可能地降低砂率。
2.3矿物掺和料
矿物掺和料包括粉煤灰、矿渣、硅灰、沸石粉等，适当掺用矿物掺和料可降低混凝土的绝热温升、提高混凝土抗裂能力。矿物掺和料的种类、数量及掺加方式的不同，水化热差别很大。
2.3.1粉煤灰
粉煤灰是以煤粉为燃料的火力发電厂从其锅炉烟气中收集下来的粉末，又称飞灰。粒径在1-5μm之间，其主要成分是活性氧化硅和活性氧化铝。
混凝土中掺加适量的粉煤灰可以明显提高混凝土的致密性，从而提高了混凝土的强度，改善其耐久性、粘聚性和可泵性。但是，应用粉煤灰配制的混凝土，其早期强度偏低，主要因为粉煤灰的二次水化反应一般在混凝土浇筑14天后才开始进行，加上由于粉煤灰取代了部分水泥，降低了混凝土中水泥的浓度，也必然降低混凝土的早期强度，同时延长了混凝土的粘结时间。因此，在确定粉煤灰的掺量时，在满足相关的技术指标的前提下，同时还要满足施工的需要。试验结果表明，采用减水剂与改性剂双掺的方法可以有效地解决这些弊端。
2.3.2粒化高炉矿渣
粒化高炉矿渣是炼铁高炉的熔融矿渣经急速冷却而形成的松软颗粒，其粒径一般为0.5-5mm。化学成分主要是活性二氧化硅和活性氧化铝，为不稳定的玻璃体结构，其活性的大小与化学成分和水淬生成的玻璃体含量有关。通常是掺加到硅酸盐水泥中做成混合水泥。
2.3.3硅灰
硅灰是冶炼硅铁和硅工业产出的废尘，含二氧化硅达90%以上，有很高的活性，为制造高强、特高强水泥基材料所必须。由于产量和价格的限制，现在用量还不多，但不少重要的工程中均掺水泥的10%左右，如与其它掺和料复合使用，有很好的技术经济效益。
2.3.4沸石粉
沸石粉由天然沸石岩磨细而得，是来源最广的细掺料，在国内已有较多研究与应用。沸石粉是架状构造的含水铝硅酸盆矿物，多孔、内表面积大，吸附性与离子交换力均强，需水性大于粉煤灰，与其它掺和料复合使用，可取得很好的技术经济效益。
2.4外加剂
外加剂有减水剂、引气剂、缓凝剂、早强剂等多种类型。减水剂是最常用、最重要的外加剂，它具有减水和增塑作用，在保持混凝土坍落度及强度不变的条件下，可减少用水量，节约水泥、降低绝热温升；引气剂的作用是在混凝土中产生大量微小气泡以提高混凝土的抗冻融耐久性；缓凝剂可对水泥的初期水化产生抑制作用，使新拌混凝土在较长时间内保持其塑性，以利于浇灌成型，提高施工质量，并能降低水化热。在大体积混凝土施工中对延缓混凝土的凝结，延长混凝土的可捣实时间，推迟水泥水化放热过程，减小温度应力所引起的裂缝等方面起着重要的作用；膨胀剂的掺入可置换相同重量的水泥，同时吸收部分水化热后发生化学反应，在水泥水化和硬化过程中产生体积膨胀，这种膨胀在内外约束条件下产生一定的内压应力，这种内压应力与冷缩或干缩产生的拉应力相抵消，建立混凝土内部新的应力平衡而防止开裂。
2.5优化混凝土配合比
严格控制砂石骨料的含泥量，在保证混凝土强度及流动条件下，尽量节省水泥。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，水泥水化热使混凝土的温度升降1℃）和收缩，而且与经济技术指标密切相关。减少水泥用量既对裂缝控制有利，又可以降低工程投资。
3结束语
大体积混凝土平面尺寸过大，现场浇筑混凝土必然面临混凝土的抗裂问题。我们要对混凝土材料进行选取，不断提高混凝土的抗渗、抗裂、抗侵蚀能力。从而也提高建筑结构的耐久性。