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摘要：本文通过笔者在做设计勘察工作中，对于桥梁结构中大体积混凝土裂缝产生的原因，并提出了预防裂缝产生的主要技术措施，为今后大体积混凝土结构的施工提供了一定的借鉴作用。
关键词：大体积混凝土、裂缝、控制
近代学科关于混凝土强度的细观察研究以及大量的工程试验都表明，结构裂缝是不可避免的，裂缝是人们可以接受的一种材料特征，如果对建筑抗裂要求过严，必将副处巨大的经济代价；科学的要求是将其有害程度控制在允许范围之内，这些关于裂缝的预测、预防和处理工作，统称之为“建筑物的裂缝控制”，这方面的科学研究 工作具有重要的现实意义和技术经济意义。目前，我们对机械荷载引起的混凝土开裂问题研究得较为透彻，但对温度荷载引起的裂缝的研究尚不充分。本文将针对此问题进行分析，探讨裂缝出现的原因及控制措施。
1 大体积混凝土裂缝产生的原因
大体积混凝土是指，其结构尺寸已经大到必须采取措施，妥善处理温度的变化，正确合理地减少或消除变形引起的应力，且必须把裂缝开展控制到最小程度的现浇混凝土。我国《普通混凝土配合比设计规范》中规定：混凝土结构物中实体最小尺寸不小于1m的部位所用的混凝土即为大体积混凝土。大体积混凝土结构通常具有以下特点：断面尺寸较大，由于水泥的水化热使混凝土内部温度急剧上升以及在以后的温度降低过程中，在一定的约束条件下会产生很大的拉应力，而大体积混凝土结构中通常只在表面配置少量钢筋或者不配钢筋。因此，拉应力要由混凝土本身来承担。从裂缝的形成过程来看，大体积混凝土开裂主要是混凝土本身的抗拉强度和混凝土承受的拉应力之间矛盾运动的结果。一旦混凝土承受的拉应力超过了混凝土本身的抗拉强度就会出现裂缝，因而为了对大体积混凝土开裂进行有效的控制，一方面要尽可能提高混凝土本身的抗拉强度，另一方面要尽可能降低混凝土承受的拉应力。混凝土本身的抗拉强度主要取决于混凝土的设计强度等级和组成材料，在确定混凝土设计强度的情况下，关键在于优化混凝土配合比和优选原材料。
1.1 水泥水化热的影响
水泥水化过程中放出大量的热，且主要集中在浇筑后的7d，一般每克水泥可以放出500J左右的热量，如果以水泥用量350kg/m3-550kg/m3来计算，每m3混凝土将放出175000KJ-275000KJ的热量，从而使混凝土内部升高（可达700C左右，甚至更高）。尤其对于大体积混凝土来讲，这种现象更加严重。因为混凝土内部和表面的散热条件不同，因此混凝土中心温度很高，这样就会形成温度梯度，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力，当拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时混凝土表面就会产生裂缝。
1.2 混凝土的收缩
混凝土在空气中硬结时体积减小的现象称为混凝土收缩。混凝土在不受外力的情况下的这种自发变形，受到外部约束时（支承条件、钢筋等），将在混凝土中产生拉应力，使得混凝土开裂。引起混凝土裂缝主要因素有塑性收缩、干燥收缩和温度收缩等三种。在硬化初期主要是水泥在水化凝固结硬过程中产生的体积变化，后期主要是混凝土内部自由水分蒸发而引起的干缩变形。
1.3 外界气温、湿度变化的影响
大体积混凝土结构在施工期间，外界气温的变化对大体积混凝土裂缝的产生起着很大的影响。混凝土内部的温度是由浇筑温度、水泥水化热的温度升高和结构的散热温度等各种温度叠加组成。浇筑温度与外界气温有着直接关系，外界气温愈高，混凝土的浇筑温度也就愈高；如果外界温度降低则又会增加大体积混凝土的内外温度梯度。如果外界温度的下降过快，会造成很大的温度应力，极容易引发混凝土的开裂。另外外界的温度对混凝土的裂缝也有很大的影响，外界的温度降低会加速混凝土的干缩，也会导致混凝土裂缝的产生。
2 大体积混凝土裂缝的控制
2.1 大体积混凝土中水泥的品种及用量
理论研究表明大体积混凝土产生裂缝的主要原因就是水泥水化过程中释放了大量的热量。而水泥释放温度的大小及速度取决于水泥内矿物成分的不同。水泥矿物中发热速率最快和发热量最大的是铝酸三钙（C3A），其他成分依次为硅酸三钙（C3S）、硅酸二钙（C2S）和铁铝酸四钙（C1AF）。另外，水泥越细发热速率越快，但是不影响最终发热量。因此我们在大体积混凝土施工中应尽量使用矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥等水化速度较慢、水化热较低、凝结时间较长的水泥品种。
2.2 掺加外加料和外加剂
实践证明，在大体积混凝土中掺入一定量的粉煤灰后，可以增加混凝土的密实度，提高抗渗能力，改善混凝土的工作性，降低最终收缩值，减少水泥用量。因此要降低大体积混凝土的水泥水化热引起的内部温升，防止结构出现温度裂缝，利用粉煤灰作混凝土的掺合料是最有效的方法之一。外加剂可以从以下几个方面来选择。
（1）UFA膨胀剂，它可以等量替换水泥，使混凝土产生适度的膨胀。一方面保证混凝土的密实度，另一方面使混凝土内部生产压力，以抵消混凝土凝结过程中产生的部分拉应力。
（2）减水缓凝剂，并应保证一定的坍落度。这样可以延缓水化热的峰值期，改善混凝土的和易性，降低水灰比以达到减少水化热的目的。
2.3 大体积混凝土的骨料控制
在骨料的选择上应该选取粒径大、强度高、级配好的骨料。这样可以获得较小的空隙率及表面积，从而减少水泥的用量，降低水化热，减少干缩，减小混凝土裂缝的开展。
2.4 优化大体积混凝土的设计
虽然大体积混凝土不布置钢筋或者布筋较少，我们实际施工中还是可以在裂缝易发生部位（如孔洞周围以及转角等处）布置一些斜筋，从而让钢筋代替混凝土承担拉应力，这样可以有效的控制裂缝的发展。设计时对于混凝土中钢筋保护层的厚度应当尽量取较小值，因为保护层的厚度愈大愈容易发生裂缝。
2.5 大体积混凝土的施工 混凝土施工包括混凝土的生产、运输、浇筑及养生，其中浇注是保护大体积混凝土避免发生温度裂缝的关键环节。控制手段主要是控制混凝土的内外温差△T：△T=T1+T2-T3
式中：T1为起始浇筑温度：T2为水泥水化温升：T3为天然或人工冷却后构造物的稳定温度。
在温度较高的情况下进行施工，我们一定要注意降低混凝土浇筑时的温度。可以在施工现场对堆在露天的砂石用布覆盖，以减少阳光对其的辐射，同时对浇筑前的砂石用冷水降温。在搅拌过程中向混凝土添加冰水，以上这些措施都可以有效的降低混凝土的入模温度。在混凝土的内部通入循环冷却水，采用循环法养护，以便加快混凝土内部的热量散发。混凝土表面应该覆盖一些织物进行保温、保湿养护，这样不但可以降低混凝土内外温差，防止表面产生裂缝，还可以防止混凝土骤然降温产生贯穿裂缝，并且还可以使水泥顺利水化，防止产生温度裂缝。为了及时掌握混凝土内部温度与表面温度变化值，可以在混凝土内埋设一定量的测温点，从而可以更好的了解混凝土的温度变化情况，一旦内外温差超过允许值250C，能够及时采取措施。
如果是在冬季进行施工，因为要防止早期混凝土被破坏，所以要求混凝土浇筑时应该具有较高的浇筑温度。但另一方面，正是由于天气寒冷，混凝土表面温度一定较低，往往超过允许温差，达不到防止混凝土裂缝产生的要求。所以，混凝土浇筑温度在冬季施工时一般以50C-100C为宜，在浇筑混凝土以前还应该对基础与新混凝土接触的部位预热，另外还要注意运输中的保温、浇筑过程中减少热量的损失以及保温养护。
2.6 大体积混凝土的裂缝预防与处理
对于混凝土裂缝，应以预防为主，为此需要精心设计、施工，但是由于目前采用的防止裂缝的安全系数较小，而实际情况又复杂多变，所以实际工程中还是难免出现一些裂缝。大体积混凝土的裂缝分为三种：表面裂缝、深层裂缝、贯穿裂缝。对于表面裂缝因为其对结构应力、耐久性和安全基本没有影响，一般不作处理。对深层裂缝和贯穿裂缝可以采取凿除裂缝后修整的措施。用风镐、风钻或人工将裂缝凿除，直至看不见裂缝为止，凿槽断面为梯形，然后在上面浇筑混凝土。增加限裂钢筋，在处理较深的裂缝时，一般是在混凝土已充分冷却后，在裂缝上铺设1-2层的钢筋网后再继续浇筑新混凝土。对比较严重的裂缝可以采取水泥灌浆和化学灌浆的方法。水泥灌浆适用于裂宽度在0.5mm以上时，对于裂缝宽度小于0.5mm时应采取化学灌浆，化学灌浆一般使用环氧树脂胶液（具体配合比依据现场实际和工作需要确定）。
3 结束语
综上所述，虽然大体积混凝土很容易产生裂缝，但是大量的科学研究以及成功的工程实例都表明：只要我们在设计、施工工艺、材料选择以及后期的养护过程中能够充分考虑到各种因素的影响，还是完全能够避免宏观上裂缝的产生。
参考文献：
[1]《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2003）.
[2]王铁梦《工程结构裂缝控制》，中国建筑工业出版社，1997.08月.
[3]赵方冉，《土木建筑工程材料》，中国建材工业出版社，2003.1月
关键词：大体积混凝土、裂缝、控制
近代学科关于混凝土强度的细观察研究以及大量的工程试验都表明，结构裂缝是不可避免的，裂缝是人们可以接受的一种材料特征，如果对建筑抗裂要求过严，必将副处巨大的经济代价；科学的要求是将其有害程度控制在允许范围之内，这些关于裂缝的预测、预防和处理工作，统称之为“建筑物的裂缝控制”，这方面的科学研究 工作具有重要的现实意义和技术经济意义。目前，我们对机械荷载引起的混凝土开裂问题研究得较为透彻，但对温度荷载引起的裂缝的研究尚不充分。本文将针对此问题进行分析，探讨裂缝出现的原因及控制措施。
1 大体积混凝土裂缝产生的原因
大体积混凝土是指，其结构尺寸已经大到必须采取措施，妥善处理温度的变化，正确合理地减少或消除变形引起的应力，且必须把裂缝开展控制到最小程度的现浇混凝土。我国《普通混凝土配合比设计规范》中规定：混凝土结构物中实体最小尺寸不小于1m的部位所用的混凝土即为大体积混凝土。大体积混凝土结构通常具有以下特点：断面尺寸较大，由于水泥的水化热使混凝土内部温度急剧上升以及在以后的温度降低过程中，在一定的约束条件下会产生很大的拉应力，而大体积混凝土结构中通常只在表面配置少量钢筋或者不配钢筋。因此，拉应力要由混凝土本身来承担。从裂缝的形成过程来看，大体积混凝土开裂主要是混凝土本身的抗拉强度和混凝土承受的拉应力之间矛盾运动的结果。一旦混凝土承受的拉应力超过了混凝土本身的抗拉强度就会出现裂缝，因而为了对大体积混凝土开裂进行有效的控制，一方面要尽可能提高混凝土本身的抗拉强度，另一方面要尽可能降低混凝土承受的拉应力。混凝土本身的抗拉强度主要取决于混凝土的设计强度等级和组成材料，在确定混凝土设计强度的情况下，关键在于优化混凝土配合比和优选原材料。
1.1 水泥水化热的影响
水泥水化过程中放出大量的热，且主要集中在浇筑后的7d，一般每克水泥可以放出500J左右的热量，如果以水泥用量350kg/m3-550kg/m3来计算，每m3混凝土将放出175000KJ-275000KJ的热量，从而使混凝土内部升高（可达700C左右，甚至更高）。尤其对于大体积混凝土来讲，这种现象更加严重。因为混凝土内部和表面的散热条件不同，因此混凝土中心温度很高，这样就会形成温度梯度，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力，当拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时混凝土表面就会产生裂缝。
1.2 混凝土的收缩
混凝土在空气中硬结时体积减小的现象称为混凝土收缩。混凝土在不受外力的情况下的这种自发变形，受到外部约束时（支承条件、钢筋等），将在混凝土中产生拉应力，使得混凝土开裂。引起混凝土裂缝主要因素有塑性收缩、干燥收缩和温度收缩等三种。在硬化初期主要是水泥在水化凝固结硬过程中产生的体积变化，后期主要是混凝土内部自由水分蒸发而引起的干缩变形。
1.3 外界气温、湿度变化的影响
大体积混凝土结构在施工期间，外界气温的变化对大体积混凝土裂缝的产生起着很大的影响。混凝土内部的温度是由浇筑温度、水泥水化热的温度升高和结构的散热温度等各种温度叠加组成。浇筑温度与外界气温有着直接关系，外界气温愈高，混凝土的浇筑温度也就愈高；如果外界温度降低则又会增加大体积混凝土的内外温度梯度。如果外界温度的下降过快，会造成很大的温度应力，极容易引发混凝土的开裂。另外外界的温度对混凝土的裂缝也有很大的影响，外界的温度降低会加速混凝土的干缩，也会导致混凝土裂缝的产生。
2 大体积混凝土裂缝的控制
2.1 大体积混凝土中水泥的品种及用量
理论研究表明大体积混凝土产生裂缝的主要原因就是水泥水化过程中释放了大量的热量。而水泥释放温度的大小及速度取决于水泥内矿物成分的不同。水泥矿物中发热速率最快和发热量最大的是铝酸三钙（C3A），其他成分依次为硅酸三钙（C3S）、硅酸二钙（C2S）和铁铝酸四钙（C1AF）。另外，水泥越细发热速率越快，但是不影响最终发热量。因此我们在大体积混凝土施工中应尽量使用矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥等水化速度较慢、水化热较低、凝结时间较长的水泥品种。
2.2 掺加外加料和外加剂
实践证明，在大体积混凝土中掺入一定量的粉煤灰后，可以增加混凝土的密实度，提高抗渗能力，改善混凝土的工作性，降低最终收缩值，减少水泥用量。因此要降低大体积混凝土的水泥水化热引起的内部温升，防止结构出现温度裂缝，利用粉煤灰作混凝土的掺合料是最有效的方法之一。外加剂可以从以下几个方面来选择。
（1）UFA膨胀剂，它可以等量替换水泥，使混凝土产生适度的膨胀。一方面保证混凝土的密实度，另一方面使混凝土内部生产压力，以抵消混凝土凝结过程中产生的部分拉应力。
（2）减水缓凝剂，并应保证一定的坍落度。这样可以延缓水化热的峰值期，改善混凝土的和易性，降低水灰比以达到减少水化热的目的。
2.3 大体积混凝土的骨料控制
在骨料的选择上应该选取粒径大、强度高、级配好的骨料。这样可以获得较小的空隙率及表面积，从而减少水泥的用量，降低水化热，减少干缩，减小混凝土裂缝的开展。
2.4 优化大体积混凝土的设计
虽然大体积混凝土不布置钢筋或者布筋较少，我们实际施工中还是可以在裂缝易发生部位（如孔洞周围以及转角等处）布置一些斜筋，从而让钢筋代替混凝土承担拉应力，这样可以有效的控制裂缝的发展。设计时对于混凝土中钢筋保护层的厚度应当尽量取较小值，因为保护层的厚度愈大愈容易发生裂缝。
2.5 大体积混凝土的施工 混凝土施工包括混凝土的生产、运输、浇筑及养生，其中浇注是保护大体积混凝土避免发生温度裂缝的关键环节。控制手段主要是控制混凝土的内外温差△T：△T=T1+T2-T3
式中：T1为起始浇筑温度：T2为水泥水化温升：T3为天然或人工冷却后构造物的稳定温度。
在温度较高的情况下进行施工，我们一定要注意降低混凝土浇筑时的温度。可以在施工现场对堆在露天的砂石用布覆盖，以减少阳光对其的辐射，同时对浇筑前的砂石用冷水降温。在搅拌过程中向混凝土添加冰水，以上这些措施都可以有效的降低混凝土的入模温度。在混凝土的内部通入循环冷却水，采用循环法养护，以便加快混凝土内部的热量散发。混凝土表面应该覆盖一些织物进行保温、保湿养护，这样不但可以降低混凝土内外温差，防止表面产生裂缝，还可以防止混凝土骤然降温产生贯穿裂缝，并且还可以使水泥顺利水化，防止产生温度裂缝。为了及时掌握混凝土内部温度与表面温度变化值，可以在混凝土内埋设一定量的测温点，从而可以更好的了解混凝土的温度变化情况，一旦内外温差超过允许值250C，能够及时采取措施。
如果是在冬季进行施工，因为要防止早期混凝土被破坏，所以要求混凝土浇筑时应该具有较高的浇筑温度。但另一方面，正是由于天气寒冷，混凝土表面温度一定较低，往往超过允许温差，达不到防止混凝土裂缝产生的要求。所以，混凝土浇筑温度在冬季施工时一般以50C-100C为宜，在浇筑混凝土以前还应该对基础与新混凝土接触的部位预热，另外还要注意运输中的保温、浇筑过程中减少热量的损失以及保温养护。
2.6 大体积混凝土的裂缝预防与处理
对于混凝土裂缝，应以预防为主，为此需要精心设计、施工，但是由于目前采用的防止裂缝的安全系数较小，而实际情况又复杂多变，所以实际工程中还是难免出现一些裂缝。大体积混凝土的裂缝分为三种：表面裂缝、深层裂缝、贯穿裂缝。对于表面裂缝因为其对结构应力、耐久性和安全基本没有影响，一般不作处理。对深层裂缝和贯穿裂缝可以采取凿除裂缝后修整的措施。用风镐、风钻或人工将裂缝凿除，直至看不见裂缝为止，凿槽断面为梯形，然后在上面浇筑混凝土。增加限裂钢筋，在处理较深的裂缝时，一般是在混凝土已充分冷却后，在裂缝上铺设1-2层的钢筋网后再继续浇筑新混凝土。对比较严重的裂缝可以采取水泥灌浆和化学灌浆的方法。水泥灌浆适用于裂宽度在0.5mm以上时，对于裂缝宽度小于0.5mm时应采取化学灌浆，化学灌浆一般使用环氧树脂胶液（具体配合比依据现场实际和工作需要确定）。
3 结束语
综上所述，虽然大体积混凝土很容易产生裂缝，但是大量的科学研究以及成功的工程实例都表明：只要我们在设计、施工工艺、材料选择以及后期的养护过程中能够充分考虑到各种因素的影响，还是完全能够避免宏观上裂缝的产生。
参考文献：
[1]《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2003）.
[2]王铁梦《工程结构裂缝控制》，中国建筑工业出版社，1997.08月.
[3]赵方冉，《土木建筑工程材料》，中国建材工业出版社，2003.1月