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【摘 要】 温度裂缝是大体积混凝土结构常见的病害之一，对水利工程混凝土结构的耐久性和安全性有较大的危害。本文结合工程实例，主要分析了水利工程大体积混凝土温度应力产生裂缝的原因，并提出了施工过程中的温差控制技术措施，旨在避免裂缝的产生，以供借鉴。
【关键词】 大体积混凝土;裂缝;温度;控制措施
随着我国社会经济的快速发展，城市基础设施步伐不断加快，特别是水利水电工程的建设，在改善生态环境和促进城乡发展方面发挥着不可代替的作用。目前许多水利工程主要由大体积混凝土浇筑而成，虽然大体积混凝土具有承载力高、结构厚实等特点，但其施工技术要求高、加上受到水泥水化热较大、干燥收缩、降温收缩等因素的影响，容易是建筑物结构产生温度变形，导致温度裂缝现象产生，若采取控制温度措施不但，则不仅会影响到水工建筑物混凝土结构的持久性和可靠性，而且也给建筑物带来一定的安全隐患。因此，建设单位人员必须清晰认识到大体积混凝土温度裂缝的危害，采取切实有效的质量控制措施，提高大体积混凝土施工质量，从而确保水工建筑物的质量安全。
一、工程概况
某水利工程拦河坝为碾压混凝土重力坝，河床中央布置5孔溢流坝段，每孔净宽为12m，堰顶高程为134.8m，闸孔孔口尺寸为12m×10.7m。坝顶高程为164.2m，最大坝高为84.2m，坝顶长为256.0m，其中溢流坝段长为78.0m，左岸非溢流坝段长为96.0m，右岸非溢流坝段长为82.0m。大坝碾压混凝土包括左岸挡水坝段碾压混凝土约为127424m3，变态混凝土约为7100m3，右岸挡水坝段碾压砼约为97041m3，变态混凝土约为6069m3，溢流坝段碾压砼混凝土约为57730m3，变态混凝土约为5765m3，溢流坝溢流坝段溢洪道混凝土约为99646m3。
国内一般认为大体积混凝土指的是最小断面尺寸大于1m以上的混凝土结构，其尺寸已经大到必须采用相应的技术措施妥善处理温度差值，合理解决温度应力并控制裂缝开展的混凝土结构物。日本建筑学会的定义是：“结构最小断面尺寸在80cm以上，水化热引起混凝土内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。”
二、大体积混凝土裂缝温度裂缝
温度裂缝多发生在大体积混凝土表面或温差变化较大地区的混凝土结构中。主要是因为大体积混凝土内部会产生大量的水化热，使内部温度升高，而混凝土的散热需要一个过程，但在大体积混凝土中，由于其结构表面积与体积比较小，结构断面较厚，所以水泥发生的热量聚集在结构内部不易散失，以至于内部温度升高过快，从而形成较大的内外温差，产生温度变形，当结构的外部约束和混凝土各质点间的约束，阻止混凝土收缩变形时，就会产生过大的温度应力，而混凝土抗压强度较大，抗拉强度却很小，当温度应力超过混凝土的抗拉强度时就会出现裂缝。我们知道，单位时间混凝土释放的水泥水化热，与混凝土单位体积中水泥用量和水泥品种有关，并随混凝土的龄期而增长，因此，水泥水化热是从根本上影响温度裂缝的因素。温度裂缝是大体积混凝土中最常见的裂缝形式，它的宽度在允许限值内，一般不会对结构的承载力产生很大影响，但却对结构的抗渗性和耐久性有很大影响，一些混凝土坝的失事就是因为温度裂缝控制不合理而造成的，因此必须予以重视和加以控制。
三、影响大体积混凝土温度裂缝产生的因素
1、水泥的水化热反应
水泥的水化反应过程中会释放大量的热，根据研究普通硅酸盐水泥水化的热量大部分在3d～7d内放出。混凝土是热的不良导体，结构内的热量不易发散，热量在混凝土结构内积聚，从而引起混凝土内部温度的持续上升，造成混凝土内部和结构表面较大的温度梯度，外部较冷的混凝土受到内部温度高的混凝土的约束，产生温度应力，从而在混凝土表面产生裂缝。
2、外部环境条件和混凝土入模温度
外部环境是影响控制大体积承台温度裂缝的重要因素，大气环境的温度、承台表面的大气流动、承台模板的材质等都会影响温度裂缝的出现。在大体积混凝土结构物的施工过程中，外界大气温度越高，混凝土的浇筑温度也就越高，从而导致浇筑后混凝土结构中心的温度也越高。如果在混凝土浇筑后，外界大气温度下降，从而造成混凝土结构内外较大的温差，形成较陡的温度梯度，在混凝土内产生温度应力，造成混凝土产生温度裂缝。所以需要通过措施降低大体积内部和表面的温差，以减少温度裂缝，达到温度裂缝控制的目标。
3、混凝土的收缩与徐变
水泥在水化的过程中，混凝土会产生体积的变化，对于普通水泥混凝土，大多数属于收缩变形。混凝土中存在大量的空隙和孔隙，在这些空隙中存在大量的水，水泥水化反应只需要少量的水，而空隙中多余的水分被蒸发则会引起混凝土的体积的收缩。若是混凝土的收缩变形被约束，则会引起混凝土中的应力，从而引起混凝土的开裂。混凝土的收缩变形的机理较为复杂，且在很大的程度上具有可逆性，若混凝土收缩后再次处于水饱和的状态，则可以恢复膨胀并达到原来的体积。故干湿交替的环境则会引起混凝土体积的交替变化，对混凝土裂缝的控制很不利。混凝土在长期持续应力的作用下，在应力不变的情况下，混凝土的应变会随时间而持续增长的特性称为徐变。混凝土的徐变和松弛也会对混凝土裂縫产生影响。
4、约束条件
混凝土的变形受到约束，是混凝土内产生应力及裂缝的原因。混凝土结构的约束可分为内约束和外约束，约束条件的强弱是影响混凝土内温度裂缝的重要因素。大体积混凝土结构的内约束是混凝土内部约束，一般是由于混凝土结构内部各个部分的温度不同，引起混凝土的变形量不同，由于材料的连续性引起混凝土产生的相互约束。而外约束一般是外界条件对大体积混凝土结构的约束，如地基对混凝土承台的约束等。在施工过程中，改善外界条件对大体积混凝土结构物的外部约束条件是减少大体积混凝土结构裂缝的有效方法之一。 四、大体积混凝土温度裂缝的控制
1、混凝土配合比及材料选择
合理的选择材料，选用大体积混凝土结构配合比使得混凝土具有较大的抗裂能力，是防止温度裂缝出现的有效措施。
2、水泥的选择
水泥的水化热的多少是影响混凝土温升的主要因素，在大体积混凝土中宜选用初期水化热较低的水泥。在保证设计条件的情况下应尽量减少混凝土中的水泥用量。
3、粗集料及细集料
级配好的粗集料的比面积小，空隙小。选用级配好的粗集料的混凝土其抗压强度高，用水量少，节约了水泥的用量，降低了混凝土的绝热温升。因此大体积混凝土应选用最大粒径的级配较好的粗集料。
混凝土的砂率是细骨料占骨料总量的百分数。砂率高则混凝土中的粗骨料较少，这对混凝土的抗裂性能是极为不利的。实验证明，砂率對混凝土拌合物的和易性有很大影响。当采用泵送混凝土时，如果混凝土的坍落度较低、混凝土中细骨料所占比例较低，则在混凝土浇筑时容易产生流动性不足，增加堵塞泵送管道的几率。所以，在保证混凝土泵送的流动性和坍落度的条件下应尽可能的降低混凝土的砂率。混凝土中的细骨料应优先选用中粗砂。低砂率的混凝土材料与高砂率的混凝土材料相比，在混凝土凝结初期具有更好的防裂性能，故采用较低砂率的混凝土材料可以有效的减少混凝土内温度裂缝的数量，减小裂缝的宽度。
3、掺用粉煤灰
混凝土中掺加一定量的粉煤灰，其不仅可以改善混凝土的和易性，还可以改善混凝土的干缩性和脆性，减少混凝土中的水泥的用量。在大体积混凝土中掺加粉煤灰可以有效的降低混凝土的水化热，且具有明显的经济效益。但其掺量不宜过大，否则会出现混凝土早期强度过低，低温泌水率过大的问题。
4、掺用外加剂
泵送混凝土需要混凝土具有较高的坍落度和流动性，而坍落度和流动性较高的混凝土其抗裂性往往较差，故大体积混凝土结构物选用泵送混凝土应在满足最小坍落度要求的条件下尽可能降低水灰比。减水剂在混凝土保持配合比不变的情况下可以大幅度的提高混凝土的坍落度。大体积混凝土常用M型减水剂作为外加剂，其可以在保持混凝土抗压强度和坍落度不变的情况下，节约水泥用量，降低水化热，延长水化热的释放速度，对混凝土具有缓凝的作用，降低了大体积混凝土施工过程中出现温度裂缝的可能性。
在大体积混凝土中掺加膨胀剂，使得混凝土在凝结时产生膨胀，由于混凝土的内外约束，而在混凝土内产生压应力来抵消混凝土干缩和冷缩时产生的拉应力，从而在一定程度上防止了混凝土结构的开裂。
五、结语
综上所述，大体积混凝土温度裂缝具有较大的危害性，若不进行有效的处理，就会影响到建筑物的质量安全。因此，施工人员应结合建筑工程特点，通过分析大体积混凝土温度裂缝产生的原因，制定出一系列强有力的质量控制措施，同时还应掌握大体积混凝土施工工艺，加强施工过程中的质量监控，从而提高混凝土施工质量，最大限度避免温度裂缝的产生。在工程中多分析，多采取些预防措施，混凝土的裂缝是完全可以避免的，或者说控制在安全的范围内是完全可以做到的。
参考文献：
[1]贾珍则.浅谈大体积混凝土裂缝成因及控制[J].中国西部科技，2010（23）.
[2]曹滨.大体积混凝土温度裂缝控制及常见病害处理[J].中国科技博览.2012
[3]钟日阳，大体积混凝土基础施工温差裂缝控制的方法探讨[J].城市建设理论研究.2012
【关键词】 大体积混凝土;裂缝;温度;控制措施
随着我国社会经济的快速发展，城市基础设施步伐不断加快，特别是水利水电工程的建设，在改善生态环境和促进城乡发展方面发挥着不可代替的作用。目前许多水利工程主要由大体积混凝土浇筑而成，虽然大体积混凝土具有承载力高、结构厚实等特点，但其施工技术要求高、加上受到水泥水化热较大、干燥收缩、降温收缩等因素的影响，容易是建筑物结构产生温度变形，导致温度裂缝现象产生，若采取控制温度措施不但，则不仅会影响到水工建筑物混凝土结构的持久性和可靠性，而且也给建筑物带来一定的安全隐患。因此，建设单位人员必须清晰认识到大体积混凝土温度裂缝的危害，采取切实有效的质量控制措施，提高大体积混凝土施工质量，从而确保水工建筑物的质量安全。
一、工程概况
某水利工程拦河坝为碾压混凝土重力坝，河床中央布置5孔溢流坝段，每孔净宽为12m，堰顶高程为134.8m，闸孔孔口尺寸为12m×10.7m。坝顶高程为164.2m，最大坝高为84.2m，坝顶长为256.0m，其中溢流坝段长为78.0m，左岸非溢流坝段长为96.0m，右岸非溢流坝段长为82.0m。大坝碾压混凝土包括左岸挡水坝段碾压混凝土约为127424m3，变态混凝土约为7100m3，右岸挡水坝段碾压砼约为97041m3，变态混凝土约为6069m3，溢流坝段碾压砼混凝土约为57730m3，变态混凝土约为5765m3，溢流坝溢流坝段溢洪道混凝土约为99646m3。
国内一般认为大体积混凝土指的是最小断面尺寸大于1m以上的混凝土结构，其尺寸已经大到必须采用相应的技术措施妥善处理温度差值，合理解决温度应力并控制裂缝开展的混凝土结构物。日本建筑学会的定义是：“结构最小断面尺寸在80cm以上，水化热引起混凝土内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。”
二、大体积混凝土裂缝温度裂缝
温度裂缝多发生在大体积混凝土表面或温差变化较大地区的混凝土结构中。主要是因为大体积混凝土内部会产生大量的水化热，使内部温度升高，而混凝土的散热需要一个过程，但在大体积混凝土中，由于其结构表面积与体积比较小，结构断面较厚，所以水泥发生的热量聚集在结构内部不易散失，以至于内部温度升高过快，从而形成较大的内外温差，产生温度变形，当结构的外部约束和混凝土各质点间的约束，阻止混凝土收缩变形时，就会产生过大的温度应力，而混凝土抗压强度较大，抗拉强度却很小，当温度应力超过混凝土的抗拉强度时就会出现裂缝。我们知道，单位时间混凝土释放的水泥水化热，与混凝土单位体积中水泥用量和水泥品种有关，并随混凝土的龄期而增长，因此，水泥水化热是从根本上影响温度裂缝的因素。温度裂缝是大体积混凝土中最常见的裂缝形式，它的宽度在允许限值内，一般不会对结构的承载力产生很大影响，但却对结构的抗渗性和耐久性有很大影响，一些混凝土坝的失事就是因为温度裂缝控制不合理而造成的，因此必须予以重视和加以控制。
三、影响大体积混凝土温度裂缝产生的因素
1、水泥的水化热反应
水泥的水化反应过程中会释放大量的热，根据研究普通硅酸盐水泥水化的热量大部分在3d～7d内放出。混凝土是热的不良导体，结构内的热量不易发散，热量在混凝土结构内积聚，从而引起混凝土内部温度的持续上升，造成混凝土内部和结构表面较大的温度梯度，外部较冷的混凝土受到内部温度高的混凝土的约束，产生温度应力，从而在混凝土表面产生裂缝。
2、外部环境条件和混凝土入模温度
外部环境是影响控制大体积承台温度裂缝的重要因素，大气环境的温度、承台表面的大气流动、承台模板的材质等都会影响温度裂缝的出现。在大体积混凝土结构物的施工过程中，外界大气温度越高，混凝土的浇筑温度也就越高，从而导致浇筑后混凝土结构中心的温度也越高。如果在混凝土浇筑后，外界大气温度下降，从而造成混凝土结构内外较大的温差，形成较陡的温度梯度，在混凝土内产生温度应力，造成混凝土产生温度裂缝。所以需要通过措施降低大体积内部和表面的温差，以减少温度裂缝，达到温度裂缝控制的目标。
3、混凝土的收缩与徐变
水泥在水化的过程中，混凝土会产生体积的变化，对于普通水泥混凝土，大多数属于收缩变形。混凝土中存在大量的空隙和孔隙，在这些空隙中存在大量的水，水泥水化反应只需要少量的水，而空隙中多余的水分被蒸发则会引起混凝土的体积的收缩。若是混凝土的收缩变形被约束，则会引起混凝土中的应力，从而引起混凝土的开裂。混凝土的收缩变形的机理较为复杂，且在很大的程度上具有可逆性，若混凝土收缩后再次处于水饱和的状态，则可以恢复膨胀并达到原来的体积。故干湿交替的环境则会引起混凝土体积的交替变化，对混凝土裂缝的控制很不利。混凝土在长期持续应力的作用下，在应力不变的情况下，混凝土的应变会随时间而持续增长的特性称为徐变。混凝土的徐变和松弛也会对混凝土裂縫产生影响。
4、约束条件
混凝土的变形受到约束，是混凝土内产生应力及裂缝的原因。混凝土结构的约束可分为内约束和外约束，约束条件的强弱是影响混凝土内温度裂缝的重要因素。大体积混凝土结构的内约束是混凝土内部约束，一般是由于混凝土结构内部各个部分的温度不同，引起混凝土的变形量不同，由于材料的连续性引起混凝土产生的相互约束。而外约束一般是外界条件对大体积混凝土结构的约束，如地基对混凝土承台的约束等。在施工过程中，改善外界条件对大体积混凝土结构物的外部约束条件是减少大体积混凝土结构裂缝的有效方法之一。 四、大体积混凝土温度裂缝的控制
1、混凝土配合比及材料选择
合理的选择材料，选用大体积混凝土结构配合比使得混凝土具有较大的抗裂能力，是防止温度裂缝出现的有效措施。
2、水泥的选择
水泥的水化热的多少是影响混凝土温升的主要因素，在大体积混凝土中宜选用初期水化热较低的水泥。在保证设计条件的情况下应尽量减少混凝土中的水泥用量。
3、粗集料及细集料
级配好的粗集料的比面积小，空隙小。选用级配好的粗集料的混凝土其抗压强度高，用水量少，节约了水泥的用量，降低了混凝土的绝热温升。因此大体积混凝土应选用最大粒径的级配较好的粗集料。
混凝土的砂率是细骨料占骨料总量的百分数。砂率高则混凝土中的粗骨料较少，这对混凝土的抗裂性能是极为不利的。实验证明，砂率對混凝土拌合物的和易性有很大影响。当采用泵送混凝土时，如果混凝土的坍落度较低、混凝土中细骨料所占比例较低，则在混凝土浇筑时容易产生流动性不足，增加堵塞泵送管道的几率。所以，在保证混凝土泵送的流动性和坍落度的条件下应尽可能的降低混凝土的砂率。混凝土中的细骨料应优先选用中粗砂。低砂率的混凝土材料与高砂率的混凝土材料相比，在混凝土凝结初期具有更好的防裂性能，故采用较低砂率的混凝土材料可以有效的减少混凝土内温度裂缝的数量，减小裂缝的宽度。
3、掺用粉煤灰
混凝土中掺加一定量的粉煤灰，其不仅可以改善混凝土的和易性，还可以改善混凝土的干缩性和脆性，减少混凝土中的水泥的用量。在大体积混凝土中掺加粉煤灰可以有效的降低混凝土的水化热，且具有明显的经济效益。但其掺量不宜过大，否则会出现混凝土早期强度过低，低温泌水率过大的问题。
4、掺用外加剂
泵送混凝土需要混凝土具有较高的坍落度和流动性，而坍落度和流动性较高的混凝土其抗裂性往往较差，故大体积混凝土结构物选用泵送混凝土应在满足最小坍落度要求的条件下尽可能降低水灰比。减水剂在混凝土保持配合比不变的情况下可以大幅度的提高混凝土的坍落度。大体积混凝土常用M型减水剂作为外加剂，其可以在保持混凝土抗压强度和坍落度不变的情况下，节约水泥用量，降低水化热，延长水化热的释放速度，对混凝土具有缓凝的作用，降低了大体积混凝土施工过程中出现温度裂缝的可能性。
在大体积混凝土中掺加膨胀剂，使得混凝土在凝结时产生膨胀，由于混凝土的内外约束，而在混凝土内产生压应力来抵消混凝土干缩和冷缩时产生的拉应力，从而在一定程度上防止了混凝土结构的开裂。
五、结语
综上所述，大体积混凝土温度裂缝具有较大的危害性，若不进行有效的处理，就会影响到建筑物的质量安全。因此，施工人员应结合建筑工程特点，通过分析大体积混凝土温度裂缝产生的原因，制定出一系列强有力的质量控制措施，同时还应掌握大体积混凝土施工工艺，加强施工过程中的质量监控，从而提高混凝土施工质量，最大限度避免温度裂缝的产生。在工程中多分析，多采取些预防措施，混凝土的裂缝是完全可以避免的，或者说控制在安全的范围内是完全可以做到的。
参考文献：
[1]贾珍则.浅谈大体积混凝土裂缝成因及控制[J].中国西部科技，2010（23）.
[2]曹滨.大体积混凝土温度裂缝控制及常见病害处理[J].中国科技博览.2012
[3]钟日阳，大体积混凝土基础施工温差裂缝控制的方法探讨[J].城市建设理论研究.2012