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摘要：阐述了大体积混凝土裂缝的成因及其分类，并提出避免大体积混凝土产生裂缝的应对措施，有效抑制了裂缝的产生和发展。
关键词：大体积混凝土; 裂缝; 成因; 分类; 措施
引言
随着经济的迅猛发展，生产力极大提高，建筑技术也在飞速进步，各种钢筋混凝土建筑不断涌现。近年来，大体积混凝土在大型设备基础和高层建筑厚筏底板基础中的使用较为常见，必须采用相应的技术措施，来妥善处理内外温差，合理解决温度应力问题来控制裂缝的开展。
1 大体积混凝土的定义
大体积混凝土是指尺寸大的混凝土，即体积大至需要采取有效措施防止因水化热引起体积变化导致裂缝的混凝土，称为大体积混凝土。大体积混凝土除了对最小断面和内外温度有一定的规定外，对平面尺寸也有一定的限制。大体积混凝土特点是：混凝土用量大，结构厚实，工程条件复杂（大都是地下现浇钢筋混凝土结构），水泥水化热较大（温度超过25 ℃），施工技术要求高，易使结构物产生温度变形。美国混凝土学会(ACI)规定：“任何就地浇筑的大体积混凝土，其尺寸之大，必须要求解决水化热及随之引起的体积变形问题，以最大限度减少开裂”。我国《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55-2000定义大体积混凝土为：“混凝土结构物实体最小尺寸等于或大于1 m，或预计会因水泥水化热引起混凝土内外温差过大而导致裂缝的混凝土。
2 裂缝的成因
影响混凝土裂缝的因素相当复杂，如水泥品种及用量、几何尺寸、温差、混凝土本身的导热性能、收缩变形、配筋率、环境温度、施工方案等。而对于大体积混凝土而言，除优化其原材料、掺入外加剂，严格控制浇注过程外，尤其要特别注意温度和混凝土收缩对裂缝的影响。
2.1 温度对裂缝的影响
大体积混凝土结构一般要求一次性整体浇筑。浇筑后，水泥在水化过程中要释放出一定的热量，由于大體积混凝土结构断面较厚，表面系数相对较小，水泥水化产生的热量聚集在混凝土内部不易散失，混凝土内部温度将显著升高，而其表面则散热较快，形成了较大的温度差。同时，在大体积混凝土的施工阶段，它的浇筑温度会随外界气温变化而变化。当遇到气温骤降时，会大大增加内外层混凝土温差，温差越大，温度应力也越大。相对而言，混凝土内部体积膨胀但受表面约束处于受压状态，表面则受内部约束体积收缩(特别是遇气温骤降或过水)，产生拉应力。此时，混凝土龄期短，抗拉强度很低。混凝土是脆性材料，抗压能力较高，抗拉能力较低。抗拉强度仅为抗压强度的1/10左右，极限拉伸也很小。因此，大体积混凝土受温度变形约束的影响，拉应力很容易超过极限拉伸而产生裂缝。
2.2 收缩对裂缝的影响
水和水泥用量是影响混凝土收缩的主要因素，当用水量和水泥用量越高，混凝土的收缩就越大。混凝土中水泥水化所需的水仅为水泥质量23%，其余水分要蒸发，导致混凝土相应地产生干燥收缩。选用水泥的品种不同，干缩、收缩的量也不同。混凝土逐渐散热和硬化过程引起的收缩，会产生很大的收缩应力。当收缩应力超过混凝土极限抗拉强度时就会在混凝土中产生收缩裂缝。
3 裂缝的分类
大体积混凝土结构的裂缝主要分为以下几类，即：温度裂缝、干缩裂缝、塑性收缩裂缝和贯穿裂缝。
3.1 温度裂缝
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容易产生温度裂缝。即如2.1所述引起的温度裂缝，但是这种裂缝通常只产生在混凝土表面较浅的范围内。
3.2 干缩裂缝
干缩裂缝多出现在混凝土浇筑完毕后的一周左右或混凝土养护结束后的一段时间内。由于水泥浆中水分的蒸发而产生干缩，且这种收缩是不可逆的。干缩裂缝是由于混凝土内外水分蒸发程度不同而导致的。混凝土受外界条件的影响，表面水分蒸发过快，变形较大，而其内部湿度变化较小变形较小，使得其表面干缩变形较大同时受到内部混凝土的约束，产生较大拉应力，导致裂缝的产生。相对湿度越低，水泥浆体干缩越大，干缩裂缝越易产生。
3.3 塑性收缩裂缝
混凝土塑性收缩裂缝形成过程与混凝土的泌水现象密不可分。混凝土的泌水是指在混凝土浇筑振捣后且尚未凝结硬化前，在混凝土的浇筑面上浮现一层薄薄的清水或者从模板缝隙中渗出部分水的一种现象。泌水会使混凝土的体积缩小，促成了混凝土塑性裂缝的产生。混凝土塑性收缩裂缝会造成混凝土防水性能下降、钢筋锈蚀等不良后果，影响混凝土结构的使用年限。一般在干热或大风天气容易出现塑性收缩裂缝，裂缝多呈中间宽、两端细且长短不一，互不连贯状态。
4 控制裂缝的措施
4.1 材料措施
1）使用低水化热的水泥。由于水泥的矿物成分及掺加混合材料的用量不同，其水化热差异较大，铝酸三钙和硅酸三钙含量高的，水化热较高；混合材掺量多的水泥水化热较低。为降低大体积混凝土的水化热，减小体积变形，一般不宜使用水化热高的硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥及早强型水泥，应使用中热硅酸盐水泥和低热矿渣水泥。3. 1. 2尽量降低水泥用量。
2）在满足结构安全的前提下，除采用水化热低的水泥外，要减少温度变形，尽量降低设计要求强度，还应降低水泥用量。混凝土的强度、抗渗性等都随龄期的增长而提高，特别是掺加活性混合材（矿渣、粉煤灰）的混凝土。由于大体积混凝土因工程量大，施工时间长，可以充分利用混凝土后期增长的强度及其他性能，采用较长的设计龄期，从而减少水泥用量。另外，掺减水剂可有效地降低混凝土的单位用水量，从而降低水泥用量。缓凝型减水剂还有抑制水泥水化作用，可降低水化温升，有利于防裂。此外，还可以在混凝土的配合比中以部分粉煤灰代替水泥来减少水泥用量，粉煤灰的掺量一般以15 %-20 %为宜。
3）精心设计、调整混凝土的骨料粒径和级配。如果可能，应尽量采用大粒径的骨料。骨料粒径越大，骨料的空隙率和表面积越小，混凝土的水泥浆及水泥用量就越少。选用优良的骨料级配（包括砂率）。优良级配骨料的空隙率和表面积小，水泥用量也少。
4.2 施工措施
1）采用合理的施工方法，主要是运输方法。大体积混凝土不宜采用泵送混凝土。因为可泵性限制了骨料的最大粒径，且泵送混凝土要求流动度大，导致水泥用量增大，使水化热升高，对于防裂是十分不利的。因此，大体积混凝土应采用吊罐吊运或其他运输方式，以便使用大的骨料和较小的流动度。若只能泵送，则应埋放块石。
2）冷却混凝土。除水泥水化放热外，混凝土本身也具有一定的温度，因此在施工时可以采用预冷和后冷的方法对混凝土进行冷却。预冷在浇注前进行，主要的方法是加冰拌合和冷却骨料。后冷的方法是在浇注后进行。主要是在结构内埋设水管，通低温水冷却，冷却效率高，冷量损失小。
3）做好表面隔热保护。大体积混凝土的裂缝，特别是表面裂缝，主要是由于内外温差过大引起的。浇注后，水泥水化使混凝土温度升高，表面易散热温度较低，内部不易散热温度较高，相对的表面收缩而内部膨胀，表面收缩受内部约束产生拉应力。但通常这种拉应力较小，不至于超过混凝土抗拉强度而产生裂缝。只有同时遇冷空气袭击，或过水或过分通风散热，使表面降温过大时才会发生裂缝（浇注后5-20 d最易发生）。表面隔热保护可防止表面降温过大，减小内外温差，是防裂的有效措施。
4.3 养护措施
混凝土浇筑后，应及时进行养护。混凝土表面压平后，要在混凝土表面洒水，然后覆盖一层塑料薄膜，在塑料薄膜上覆盖保温材料进行养护。在夜间，保温材料要覆盖严密，防止混凝土暴露。养护过程应设专人负责。在混凝土泌水结束、初凝前要进行多次搓压以防面层起粉及塑性收缩。最后一次搓压要采用边掀开、边搓压、边覆盖的措施。在炎热的夏天，可搭设遮阳棚以避免阳光直射。
关键词：大体积混凝土; 裂缝; 成因; 分类; 措施
引言
随着经济的迅猛发展，生产力极大提高，建筑技术也在飞速进步，各种钢筋混凝土建筑不断涌现。近年来，大体积混凝土在大型设备基础和高层建筑厚筏底板基础中的使用较为常见，必须采用相应的技术措施，来妥善处理内外温差，合理解决温度应力问题来控制裂缝的开展。
1 大体积混凝土的定义
大体积混凝土是指尺寸大的混凝土，即体积大至需要采取有效措施防止因水化热引起体积变化导致裂缝的混凝土，称为大体积混凝土。大体积混凝土除了对最小断面和内外温度有一定的规定外，对平面尺寸也有一定的限制。大体积混凝土特点是：混凝土用量大，结构厚实，工程条件复杂（大都是地下现浇钢筋混凝土结构），水泥水化热较大（温度超过25 ℃），施工技术要求高，易使结构物产生温度变形。美国混凝土学会(ACI)规定：“任何就地浇筑的大体积混凝土，其尺寸之大，必须要求解决水化热及随之引起的体积变形问题，以最大限度减少开裂”。我国《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55-2000定义大体积混凝土为：“混凝土结构物实体最小尺寸等于或大于1 m，或预计会因水泥水化热引起混凝土内外温差过大而导致裂缝的混凝土。
2 裂缝的成因
影响混凝土裂缝的因素相当复杂，如水泥品种及用量、几何尺寸、温差、混凝土本身的导热性能、收缩变形、配筋率、环境温度、施工方案等。而对于大体积混凝土而言，除优化其原材料、掺入外加剂，严格控制浇注过程外，尤其要特别注意温度和混凝土收缩对裂缝的影响。
2.1 温度对裂缝的影响
大体积混凝土结构一般要求一次性整体浇筑。浇筑后，水泥在水化过程中要释放出一定的热量，由于大體积混凝土结构断面较厚，表面系数相对较小，水泥水化产生的热量聚集在混凝土内部不易散失，混凝土内部温度将显著升高，而其表面则散热较快，形成了较大的温度差。同时，在大体积混凝土的施工阶段，它的浇筑温度会随外界气温变化而变化。当遇到气温骤降时，会大大增加内外层混凝土温差，温差越大，温度应力也越大。相对而言，混凝土内部体积膨胀但受表面约束处于受压状态，表面则受内部约束体积收缩(特别是遇气温骤降或过水)，产生拉应力。此时，混凝土龄期短，抗拉强度很低。混凝土是脆性材料，抗压能力较高，抗拉能力较低。抗拉强度仅为抗压强度的1/10左右，极限拉伸也很小。因此，大体积混凝土受温度变形约束的影响，拉应力很容易超过极限拉伸而产生裂缝。
2.2 收缩对裂缝的影响
水和水泥用量是影响混凝土收缩的主要因素，当用水量和水泥用量越高，混凝土的收缩就越大。混凝土中水泥水化所需的水仅为水泥质量23%，其余水分要蒸发，导致混凝土相应地产生干燥收缩。选用水泥的品种不同，干缩、收缩的量也不同。混凝土逐渐散热和硬化过程引起的收缩，会产生很大的收缩应力。当收缩应力超过混凝土极限抗拉强度时就会在混凝土中产生收缩裂缝。
3 裂缝的分类
大体积混凝土结构的裂缝主要分为以下几类，即：温度裂缝、干缩裂缝、塑性收缩裂缝和贯穿裂缝。
3.1 温度裂缝
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容易产生温度裂缝。即如2.1所述引起的温度裂缝，但是这种裂缝通常只产生在混凝土表面较浅的范围内。
3.2 干缩裂缝
干缩裂缝多出现在混凝土浇筑完毕后的一周左右或混凝土养护结束后的一段时间内。由于水泥浆中水分的蒸发而产生干缩，且这种收缩是不可逆的。干缩裂缝是由于混凝土内外水分蒸发程度不同而导致的。混凝土受外界条件的影响，表面水分蒸发过快，变形较大，而其内部湿度变化较小变形较小，使得其表面干缩变形较大同时受到内部混凝土的约束，产生较大拉应力，导致裂缝的产生。相对湿度越低，水泥浆体干缩越大，干缩裂缝越易产生。
3.3 塑性收缩裂缝
混凝土塑性收缩裂缝形成过程与混凝土的泌水现象密不可分。混凝土的泌水是指在混凝土浇筑振捣后且尚未凝结硬化前，在混凝土的浇筑面上浮现一层薄薄的清水或者从模板缝隙中渗出部分水的一种现象。泌水会使混凝土的体积缩小，促成了混凝土塑性裂缝的产生。混凝土塑性收缩裂缝会造成混凝土防水性能下降、钢筋锈蚀等不良后果，影响混凝土结构的使用年限。一般在干热或大风天气容易出现塑性收缩裂缝，裂缝多呈中间宽、两端细且长短不一，互不连贯状态。
4 控制裂缝的措施
4.1 材料措施
1）使用低水化热的水泥。由于水泥的矿物成分及掺加混合材料的用量不同，其水化热差异较大，铝酸三钙和硅酸三钙含量高的，水化热较高；混合材掺量多的水泥水化热较低。为降低大体积混凝土的水化热，减小体积变形，一般不宜使用水化热高的硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥及早强型水泥，应使用中热硅酸盐水泥和低热矿渣水泥。3. 1. 2尽量降低水泥用量。
2）在满足结构安全的前提下，除采用水化热低的水泥外，要减少温度变形，尽量降低设计要求强度，还应降低水泥用量。混凝土的强度、抗渗性等都随龄期的增长而提高，特别是掺加活性混合材（矿渣、粉煤灰）的混凝土。由于大体积混凝土因工程量大，施工时间长，可以充分利用混凝土后期增长的强度及其他性能，采用较长的设计龄期，从而减少水泥用量。另外，掺减水剂可有效地降低混凝土的单位用水量，从而降低水泥用量。缓凝型减水剂还有抑制水泥水化作用，可降低水化温升，有利于防裂。此外，还可以在混凝土的配合比中以部分粉煤灰代替水泥来减少水泥用量，粉煤灰的掺量一般以15 %-20 %为宜。
3）精心设计、调整混凝土的骨料粒径和级配。如果可能，应尽量采用大粒径的骨料。骨料粒径越大，骨料的空隙率和表面积越小，混凝土的水泥浆及水泥用量就越少。选用优良的骨料级配（包括砂率）。优良级配骨料的空隙率和表面积小，水泥用量也少。
4.2 施工措施
1）采用合理的施工方法，主要是运输方法。大体积混凝土不宜采用泵送混凝土。因为可泵性限制了骨料的最大粒径，且泵送混凝土要求流动度大，导致水泥用量增大，使水化热升高，对于防裂是十分不利的。因此，大体积混凝土应采用吊罐吊运或其他运输方式，以便使用大的骨料和较小的流动度。若只能泵送，则应埋放块石。
2）冷却混凝土。除水泥水化放热外，混凝土本身也具有一定的温度，因此在施工时可以采用预冷和后冷的方法对混凝土进行冷却。预冷在浇注前进行，主要的方法是加冰拌合和冷却骨料。后冷的方法是在浇注后进行。主要是在结构内埋设水管，通低温水冷却，冷却效率高，冷量损失小。
3）做好表面隔热保护。大体积混凝土的裂缝，特别是表面裂缝，主要是由于内外温差过大引起的。浇注后，水泥水化使混凝土温度升高，表面易散热温度较低，内部不易散热温度较高，相对的表面收缩而内部膨胀，表面收缩受内部约束产生拉应力。但通常这种拉应力较小，不至于超过混凝土抗拉强度而产生裂缝。只有同时遇冷空气袭击，或过水或过分通风散热，使表面降温过大时才会发生裂缝（浇注后5-20 d最易发生）。表面隔热保护可防止表面降温过大，减小内外温差，是防裂的有效措施。
4.3 养护措施
混凝土浇筑后，应及时进行养护。混凝土表面压平后，要在混凝土表面洒水，然后覆盖一层塑料薄膜，在塑料薄膜上覆盖保温材料进行养护。在夜间，保温材料要覆盖严密，防止混凝土暴露。养护过程应设专人负责。在混凝土泌水结束、初凝前要进行多次搓压以防面层起粉及塑性收缩。最后一次搓压要采用边掀开、边搓压、边覆盖的措施。在炎热的夏天，可搭设遮阳棚以避免阳光直射。