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[摘 要]随着现代化建设的发展，大体积混凝土在工程中的应用越来越广泛，然而混凝土结构发生裂缝的现象仍是长期困扰着建筑工程施工的普遍存在的技术难题。本文笔者分析了高层建筑大体积混凝土裂缝机理及控制技术。
[关键词]高层建筑 大体积混凝土 裂缝 控制技术
中图分类号：F284 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）22-0109-01
引言
大体积混凝土体积庞大，工程条件复杂，要求一次性混凝土浇筑量大，如果在施工过程中对技术措施控制不到位，很容易产生不同程度的混凝土结构裂缝现象，从而影响混凝土的耐久性，甚至影响混凝土的各项力学性能。因此，如何有效的预防大体积混凝土裂缝的发生，成为工程界普遍关注的研究课题。
一、大体积混凝土裂缝产生的机理
混凝土裂缝的产生是受到很多种因素的影响和作用的，总体来说可以归纳为两大类因素：一是结构的荷载形响；二是结构的变形变化影响。
1、水泥水化热的影响
经过大量的工程实践证明，水泥水化释放的水化热热量非常巨大，这种热量集聚在混凝土内部无法散失，从而使混凝土的浇筑温度和温度应力发生剧烈的变化，这种变化就是使大体积混凝土产生裂缝的主要原因。
2、外界气温的影响
在施工阶段，由于气温变化可以使大体积混凝土的水化热会受到很大影响。当外界气温较高时，混凝土的浇筑温度也会随着提高，相应地混凝土的绝热温升也提高；而当外界气温下降时，特别是遇到温度突然降低的情况，则会使混凝土得表面急剧降温，但是由于混凝土本身是热的不良导体的特性，混凝土的内部却仍是处于高温阶段，这时在混凝土的表层就会出现非常陡的温度梯度，严重限制了混凝土的急剧收缩，不能发挥混凝土的徐变性能作用，从而形成巨大的温度应力，使混凝土表面产生开裂。
3、混凝土的收缩变形
（1）塑性收缩：混凝土中的水分蒸发引发混凝土内部的微观裂缝，在混凝土凝结过程中除了水泥结合的少部分水分能够保留下来外，其余的大部分水分最终都要蒸发掉，所以在这个过程中，水化作用使混凝土产生体积变形，而普通混凝土则大部分产生收缩变形，很少产生膨胀变形。从混凝土浇筑到混凝土终凝的过程一般需要时间为4-15小时左右，在这个过程中水泥水化反应很强烈，引发泌水和水分急剧蒸发，很容易产生失水收缩现象，并且骨料和水泥浆之间也会发生不均匀的沉缩变形，这两种情况都是在混凝土终凝之前发生的，也就是混凝土的塑性阶段变形，因此又被称作“塑性收缩”。
（2）硬化收缩：混凝土中水泥水化是由一系列的物理和化学反应的过程。水泥浆水化形成的水化物的体积一般来说小于水泥浆本身的体积，那么在这个过程中就会产生微小的收缩现象，就是所谓“硬化收缩”。混凝土硬化收缩的变形量约为0.4×10-4～1.0×10-4，属于自发产生的现象，它与混凝土外界温度的变化没有关系，所以也称为“自生收缩”。
（3）干缩：混凝土的干缩现象发生在外界环境的相对湿度不足100%的时候，这时混凝土表面的水分便会蒸发，产生千燥收缩现象。混凝土干缩现象主要是由中水泥石造成的。
4、混凝土所受的约束
结构物在发生变形的过程中受到的“约束”或者是“抑制”而产生的阻碍现象就是所谓的约束。混凝土结构的约束条件通常可以概括为两种类型：一种是外约束，它主要是对结构物的边界条件而言的，通常是指支座或者是其它外界因素对混凝土结构物的变形产生的约束。另一种是内约束（也称为自约束），这种约束是对较大断面的结构而言，混凝土内部由于非均匀的温度和收缩分布使其各个质点产生不均匀变形而造成相互约束，特别是对于大断面结构来说，还有可能受到其它外界物体的宏观约束而影响变形。大体积混凝土内部的温度变化引发的温度变形使混凝土内部产生了应力，当这种应力超过某个特定值时，便会引起混凝土裂缝的发生。
二、大体积混凝土裂缝控制技术
控制大体积混凝土发生裂缝可以从两个方面出发：一方面是从控制温度和改善约束出发，主要目的是减小混凝土的温度应力；另一方面是设法提高混凝土自身的抗裂性能，改善其自身性能。具体措施如下：
1、降低混凝土水化热温升
①选择水化热较低的水泥。水泥的水化热根据矿物成分以及掺加混合材料数量的而不同。水泥的水化热随着铝酸三钙和硅酸三钙含量的增加而增大，而混合材料量较多的水泥水化热就会较低。所以为降低水泥的水化温升和防止体积发生大的变形，大体积混凝土通常不宜采用水化热较高的硅酸盐水泥或者普通硅酸盐水泥，而且更不宜采用早强型水泥，建议在建设过程中采用热硅酸盐水泥或者是低热矿渣水泥。也可以在确保混凝土设计要求的情况下，使用低水化热水泥。
②尽量降低水泥用量。大体积混凝土发生体积变化的主要根源是水泥水化产生水化热引起温度变化造成的。而混凝土的干湿和化学变化对混凝土的体积变化也会产生影响，但是这两种情况通常都是远远小于水泥水化热造成的混凝土体积变化的。所以除了上述的使用水化热较低的水泥外，还应尽可能地降低对水泥的使用量，尽量减少温度变形。
③设计与调整混凝土的骨料粒径和级配。骨料的粒径越大，就会使混凝土的空隙率和表面积越小，则水泥浆和水泥用量就会越小，就会减小水泥水化热量，控制温差，减小变形。
④掺加粉煤灰。合理的掺加粉煤灰能够减小水泥的用量，研究证明，粉煤灰得水化热远小于水泥的水化热，掺加20-25%的粉煤灰能够有效的降低水泥水化热，并且指出粉煤灰的水化热7天才约为水泥的1/3左右，28天才约为水泥的1/2左右。一般对大体积混凝土的强度要求并不高，所以允许掺加较多的粉煤灰而减少水泥用量。
2、降低骨料温度及混凝土入仓温度
①增加混凝土骨料的堆放高度，并采用在混凝土运输车辆和料仓上搭设防阳棚的方法减少昼夜气温温差对混凝土的影响，使料仓内的温度接近月平均温度，堆料高度达到7-9m，堆料存储时间达到2个月以上。
②加强袋装水泥库房的通风，尽可能的降低库房内部温度。
③尽量使混凝土的入仓温度控制在28℃左右。
3、合理分层分块浇筑
分层分块浇筑主要是指将基础混凝土进行分层与分块，然后分期浇筑。大体积混凝土体积一般非常庞大，因此在施工过程中就必须利用纵横接缝对混凝土进行分割，成为许多小的塊体，通过水平缝再将每一小块分成许多浇筑层。对大体积混凝土进行分缝分块主要有两方面的作用：一是便于混凝土施工，逐块逐层浇筑混凝土，可以减小大体积混凝土基础的尺寸，增加混凝土的散热面，有效降低施工期间产生的温度应力，防止裂缝的发生；二是对混凝土的施工先从底层进行浇筑，然后进行至一定距离后再浇筑其他各层，可以减小混凝土裂缝发生的可能性。
4、采用混凝土面层保温措施
大体积混凝土的基础底板以及迎水面等部位对温控要求非常严格，通常要求模板拆除后就立即粘贴泡沫板，使混凝土内外温差尽量减小，并且混凝土的保温时间至少为28天。目前，在一些运用大体积混凝土结构的工程实践中，水平面的保温还没有引起足够的重视。
5、合理配筋
对钢筋混凝土工程，钢筋主要承担着结构的拉应力，但对于大体积混凝土的温度应力来说，钢筋产生的影响非常小，然而，合理的配筋却能够对混凝土裂缝的开展起到控制作用。合理的配筋能够使混凝土裂缝从少数目和较大宽度深度改善为多数目和较小宽度深度的裂缝，进而减轻混凝土裂缝的危害程度。
结束语
综上所述，可以得出以下结论：
（1）混凝土裂缝产生的原因受到多种因素的影响，一般可以归纳为两类因素：一是结构荷载影响；二是结构变形变化影响。
（2）大体积混凝土裂缝的预防和控制一般应从两个方面出发：一方而应从控制温度和改善约束出发，减小温度应力；另一方面应设法提高混凝土的抗裂性能，改善混凝土的自身性能。
参考文献
[1] 郭长越.高层建筑承台大体积混凝土施工[J].郑铁科技通讯，2007（1）.
[2] 梁铭健.大体积混凝土施工方案[J].广东建材，2008（5）.
[3] 马少雄，刘超群，符敏.大体积混凝土施工温度控制研究[J].铁道建筑，2011，（4）.
[关键词]高层建筑 大体积混凝土 裂缝 控制技术
中图分类号：F284 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）22-0109-01
引言
大体积混凝土体积庞大，工程条件复杂，要求一次性混凝土浇筑量大，如果在施工过程中对技术措施控制不到位，很容易产生不同程度的混凝土结构裂缝现象，从而影响混凝土的耐久性，甚至影响混凝土的各项力学性能。因此，如何有效的预防大体积混凝土裂缝的发生，成为工程界普遍关注的研究课题。
一、大体积混凝土裂缝产生的机理
混凝土裂缝的产生是受到很多种因素的影响和作用的，总体来说可以归纳为两大类因素：一是结构的荷载形响；二是结构的变形变化影响。
1、水泥水化热的影响
经过大量的工程实践证明，水泥水化释放的水化热热量非常巨大，这种热量集聚在混凝土内部无法散失，从而使混凝土的浇筑温度和温度应力发生剧烈的变化，这种变化就是使大体积混凝土产生裂缝的主要原因。
2、外界气温的影响
在施工阶段，由于气温变化可以使大体积混凝土的水化热会受到很大影响。当外界气温较高时，混凝土的浇筑温度也会随着提高，相应地混凝土的绝热温升也提高；而当外界气温下降时，特别是遇到温度突然降低的情况，则会使混凝土得表面急剧降温，但是由于混凝土本身是热的不良导体的特性，混凝土的内部却仍是处于高温阶段，这时在混凝土的表层就会出现非常陡的温度梯度，严重限制了混凝土的急剧收缩，不能发挥混凝土的徐变性能作用，从而形成巨大的温度应力，使混凝土表面产生开裂。
3、混凝土的收缩变形
（1）塑性收缩：混凝土中的水分蒸发引发混凝土内部的微观裂缝，在混凝土凝结过程中除了水泥结合的少部分水分能够保留下来外，其余的大部分水分最终都要蒸发掉，所以在这个过程中，水化作用使混凝土产生体积变形，而普通混凝土则大部分产生收缩变形，很少产生膨胀变形。从混凝土浇筑到混凝土终凝的过程一般需要时间为4-15小时左右，在这个过程中水泥水化反应很强烈，引发泌水和水分急剧蒸发，很容易产生失水收缩现象，并且骨料和水泥浆之间也会发生不均匀的沉缩变形，这两种情况都是在混凝土终凝之前发生的，也就是混凝土的塑性阶段变形，因此又被称作“塑性收缩”。
（2）硬化收缩：混凝土中水泥水化是由一系列的物理和化学反应的过程。水泥浆水化形成的水化物的体积一般来说小于水泥浆本身的体积，那么在这个过程中就会产生微小的收缩现象，就是所谓“硬化收缩”。混凝土硬化收缩的变形量约为0.4×10-4～1.0×10-4，属于自发产生的现象，它与混凝土外界温度的变化没有关系，所以也称为“自生收缩”。
（3）干缩：混凝土的干缩现象发生在外界环境的相对湿度不足100%的时候，这时混凝土表面的水分便会蒸发，产生千燥收缩现象。混凝土干缩现象主要是由中水泥石造成的。
4、混凝土所受的约束
结构物在发生变形的过程中受到的“约束”或者是“抑制”而产生的阻碍现象就是所谓的约束。混凝土结构的约束条件通常可以概括为两种类型：一种是外约束，它主要是对结构物的边界条件而言的，通常是指支座或者是其它外界因素对混凝土结构物的变形产生的约束。另一种是内约束（也称为自约束），这种约束是对较大断面的结构而言，混凝土内部由于非均匀的温度和收缩分布使其各个质点产生不均匀变形而造成相互约束，特别是对于大断面结构来说，还有可能受到其它外界物体的宏观约束而影响变形。大体积混凝土内部的温度变化引发的温度变形使混凝土内部产生了应力，当这种应力超过某个特定值时，便会引起混凝土裂缝的发生。
二、大体积混凝土裂缝控制技术
控制大体积混凝土发生裂缝可以从两个方面出发：一方面是从控制温度和改善约束出发，主要目的是减小混凝土的温度应力；另一方面是设法提高混凝土自身的抗裂性能，改善其自身性能。具体措施如下：
1、降低混凝土水化热温升
①选择水化热较低的水泥。水泥的水化热根据矿物成分以及掺加混合材料数量的而不同。水泥的水化热随着铝酸三钙和硅酸三钙含量的增加而增大，而混合材料量较多的水泥水化热就会较低。所以为降低水泥的水化温升和防止体积发生大的变形，大体积混凝土通常不宜采用水化热较高的硅酸盐水泥或者普通硅酸盐水泥，而且更不宜采用早强型水泥，建议在建设过程中采用热硅酸盐水泥或者是低热矿渣水泥。也可以在确保混凝土设计要求的情况下，使用低水化热水泥。
②尽量降低水泥用量。大体积混凝土发生体积变化的主要根源是水泥水化产生水化热引起温度变化造成的。而混凝土的干湿和化学变化对混凝土的体积变化也会产生影响，但是这两种情况通常都是远远小于水泥水化热造成的混凝土体积变化的。所以除了上述的使用水化热较低的水泥外，还应尽可能地降低对水泥的使用量，尽量减少温度变形。
③设计与调整混凝土的骨料粒径和级配。骨料的粒径越大，就会使混凝土的空隙率和表面积越小，则水泥浆和水泥用量就会越小，就会减小水泥水化热量，控制温差，减小变形。
④掺加粉煤灰。合理的掺加粉煤灰能够减小水泥的用量，研究证明，粉煤灰得水化热远小于水泥的水化热，掺加20-25%的粉煤灰能够有效的降低水泥水化热，并且指出粉煤灰的水化热7天才约为水泥的1/3左右，28天才约为水泥的1/2左右。一般对大体积混凝土的强度要求并不高，所以允许掺加较多的粉煤灰而减少水泥用量。
2、降低骨料温度及混凝土入仓温度
①增加混凝土骨料的堆放高度，并采用在混凝土运输车辆和料仓上搭设防阳棚的方法减少昼夜气温温差对混凝土的影响，使料仓内的温度接近月平均温度，堆料高度达到7-9m，堆料存储时间达到2个月以上。
②加强袋装水泥库房的通风，尽可能的降低库房内部温度。
③尽量使混凝土的入仓温度控制在28℃左右。
3、合理分层分块浇筑
分层分块浇筑主要是指将基础混凝土进行分层与分块，然后分期浇筑。大体积混凝土体积一般非常庞大，因此在施工过程中就必须利用纵横接缝对混凝土进行分割，成为许多小的塊体，通过水平缝再将每一小块分成许多浇筑层。对大体积混凝土进行分缝分块主要有两方面的作用：一是便于混凝土施工，逐块逐层浇筑混凝土，可以减小大体积混凝土基础的尺寸，增加混凝土的散热面，有效降低施工期间产生的温度应力，防止裂缝的发生；二是对混凝土的施工先从底层进行浇筑，然后进行至一定距离后再浇筑其他各层，可以减小混凝土裂缝发生的可能性。
4、采用混凝土面层保温措施
大体积混凝土的基础底板以及迎水面等部位对温控要求非常严格，通常要求模板拆除后就立即粘贴泡沫板，使混凝土内外温差尽量减小，并且混凝土的保温时间至少为28天。目前，在一些运用大体积混凝土结构的工程实践中，水平面的保温还没有引起足够的重视。
5、合理配筋
对钢筋混凝土工程，钢筋主要承担着结构的拉应力，但对于大体积混凝土的温度应力来说，钢筋产生的影响非常小，然而，合理的配筋却能够对混凝土裂缝的开展起到控制作用。合理的配筋能够使混凝土裂缝从少数目和较大宽度深度改善为多数目和较小宽度深度的裂缝，进而减轻混凝土裂缝的危害程度。
结束语
综上所述，可以得出以下结论：
（1）混凝土裂缝产生的原因受到多种因素的影响，一般可以归纳为两类因素：一是结构荷载影响；二是结构变形变化影响。
（2）大体积混凝土裂缝的预防和控制一般应从两个方面出发：一方而应从控制温度和改善约束出发，减小温度应力；另一方面应设法提高混凝土的抗裂性能，改善混凝土的自身性能。
参考文献
[1] 郭长越.高层建筑承台大体积混凝土施工[J].郑铁科技通讯，2007（1）.
[2] 梁铭健.大体积混凝土施工方案[J].广东建材，2008（5）.
[3] 马少雄，刘超群，符敏.大体积混凝土施工温度控制研究[J].铁道建筑，2011，（4）.