【摘要】本文主要從大體積混凝土裂縫概念出發，以混凝土裂縫形成原因為基礎，對大體積混凝土產生裂縫的性質和原因進行較為詳細的敘述，著重介紹溫度裂縫形成原因,較為詳細的敘述如何從設計、施工角度來防止大體積混凝土裂縫的形成。
　　【關鍵詞】：混凝土，裂縫，成因，控制
　　
　　1.混凝土裂縫的基本概念
　　混凝土是當代最重要的建筑材料，具有抗壓強度高與耐久性良好等特性，但它同時也存在著抗拉強度低，受拉時變形能力小，容易開裂等特點。大體積混凝土裂縫的起因大致可以作以下分類：1、由外荷載（靜、動荷載）的直接應力引起的裂縫；2、由結構次應力引起的裂縫；3、由變形變化引起的裂縫：即主要由溫度、收縮、不均勻沉降或澎脹等變化產生應力而引起的裂縫；以下劃分并沒有嚴格的界限，因為許多工程裂縫的起因往往是綜合性的。重要的是必須區別和判斷是由于外荷載引起的，還是結構變化引起的。外荷載引起的裂縫寬度雖小，但鋼筋應力可能很高。大體積混凝土內出現的裂縫，按其深度不同，一般可分為貫穿裂縫、深層裂縫和表面裂縫。貫穿裂縫切斷了結構斷面，可能破壞結構的整體性和穩定性，其危害性是較嚴重的；深層裂縫部分切斷結構斷面，可能破壞結構的整體性和穩定性，其有一定的危害性；表面裂縫一般危害性小，但處于基礎或老混凝土約束范圍以內的表面裂縫，在內部混凝土降溫過程中，可能發展為貫穿裂縫。
　　2.大體積混凝土裂縫的性質與原因分析
　　大體積混凝土施工所產生的溫度裂縫是其內部矛盾發展的結果。一方面是混凝土由于內外溫差而產生應力和應變，另一方面是結構物的外部約束和混凝土各質點間的約束，阻止這種應變；一旦溫度應力超過混凝土所能承受的抗拉強度時，即會出現裂縫，這種裂縫一般雖不會影響結構的強度（裂縫寬度在規定范圍內），但對混凝土的耐久性有所影響，因此必須對此加強重視和控制。現將產生裂縫的主因分述如下：
　　2.1水泥水化熱是大體積混凝土中的主要因素，水泥在水化過程中要發出一定的能量。而大體積混凝土結構物一般斷面較厚，水泥發出的熱量聚集在結構內部不易散失。通過實測大體積混凝土在澆筑后3～5天混凝土內部溫度較高能達到70度左右。由于混凝土導熱性能較差，澆筑初期混凝土強度和彈性模量偏差，對水化熱引起的急劇溫升約束力不大，相應的溫度應力也就較小。隨著混凝土齡期的增長，混凝土的彈性模量增高，對混凝土內部降溫收縮的久束力也就就愈來愈大，以致產生很大的應力。當混凝土的抗拉強度不足以抵抗這種拉應力時，開始出現溫度裂縫。
　　2.2外界氣溫變化的影響，大體積混凝土在施工階段，外界氣溫的變化影響是顯而易見的。外界氣溫愈高，混凝土的澆筑溫度也愈高；而如外界溫度下降，又增加混凝土的降溫幅度，特別是氣溫驟降，會大大增加外層混凝土與內部混凝土的溫度梯度，這對大體混凝土的極為不利的。混凝土內部的溫度是水化熱的絕熱溫度、澆筑溫度和結構物的散熱溫降等各種溫度的疊加，而溫度應力則是由溫差所引起的溫度變形造成的；溫差愈大，溫度應力就愈大。同時，在高溫條件下，大體積混凝土不易散熱，混凝土內部溫又較高并且有較大的延續時間，在這種情況下，研究合理的溫度控制措施，防止混凝土內外溫差引起的過大溫度應力，就顯得更為重要。
　　2.3約束條件與溫度裂縫的關系，大體積混凝土由于溫度變化產生變形，而這種變形又受到約束，便產生應力，這就是溫度變化引起的應力狀態，而當應力超過某一數值，便引起裂縫。如在完全約束條件下混凝土結構物的溫度變形，是溫度與溫度膨脹系數的乘積，當其超過混凝土的極限拉伸值時便會出現裂縫。
　　2.4混凝土的收縮變形,混凝土中大部分水分要蒸發的,少部分水分是水泥硬化所必須的。混凝土水化作用時產生的體積變形稱為自生體積變形。該變形主要取決于膠凝材料的性質，對于普通水泥混凝土來說大多數為收縮變形，少數為膨脹變形。混凝土的收縮機理比較復雜，其主因，可能是內部空隙水蒸發變化時引起的毛細管引力。收縮在很大程度上是有可逆現象的。如果混凝土收縮后，再處于水飽和狀態，還可以恢復澎脹并幾乎達原有的體積。干濕交替將引起混凝土體積交替變化，這對混凝土控制裂縫是很不利的。影響混凝土收縮的因素很多，如水泥品種和混合材、混凝土的配合成分、化學外加劑及施工工藝等。
　　3防止裂縫的技術措施
　　3.1設計措施
　　3.1.1重視地基的處理，大體積混凝土一般都是厚體實重的整澆式結構,地基對基礎的影響十分明顯。設計時應防止地基產生不均勻下沉，以及改善對基礎的約束影響。當地基為軟土層時,為防止地基產生不均勻下沉,通常采用砂墊層或其他加固辦法。砂墊層不僅可以提高地基的承載能力，而且在施工時還可以設置盲溝排水，這對減少地下水或地表水的影響都有明顯作用。砂墊層在施工前應通過試驗，使其做到具有最佳含水量和最大密實度再進行回填。砂墊層還可以減少對混凝土基礎的約束影響，因此在不均勻的軟土地基中，如符合條件時，應優先考慮采用比較經濟的砂墊層加固方案。
　　3.1.2合理分縫分塊，合理分縫分塊，不僅可以減輕約束作用，縮小約束范圍；同時也可利用澆筑塊的層面進行散熱，降低混凝土內部的溫度。合理的分縫分塊，應能使結構起到調節溫度變化的作用，確保混凝土有自由伸縮的余地，以達到釋放溫度應力的目的，接縫的處理必須滿足防止滲漏水的要求。
　　3.1.3合理分布鋼筋，鋼筋與混凝土共同工作的基礎是兩者之間的粘結力。由于鋼的彈性模量約為混凝土彈性模量的7～15倍，所以當混凝土內應力達到抗拉強度而開始裂縫時，此時鋼筋的應力很小，想通過利用鋼筋防止混凝土裂縫的出現，就達不到目的，但合理布置分布鋼筋，可以起到減輕混凝土的收縮程度，限制裂縫的開展。
　　3.1.4混凝土設計標號不宜太高，在大體積混凝土的結構物中，力學強度和安全貯備通常都很高，但過高的強度貯備，會使水泥用量增多，水化熱變大。導致混凝土內部溫度過高，造成內外溫差過大，進而引起結構物的開裂。
　　3.2模板與鋼筋
　　3.2.1模板，大體積混凝土施工時，模板承受著混凝土的側壓力及振搗混凝土的振動力，因此保證模板及其支撐體系的可靠性，防止模板產生過大的變形是完全必要的。近年來由于采用泵送混凝土，澆筑時間短而且快，加大了對模板的側壓力，如模板與支撐系統剛度不夠時，更加大了混凝土產生裂縫的可能性，因此大體積混凝土的模板要根據受力情況，對模板、橫楞、立柱、拉桿以及支撐系統的所有構件，都要進行分析計算，并取足夠的安全系數。
　　3.2.2鋼筋，在混凝土中鋼筋銹蝕膨脹，體積將變大，這也是大體積混凝土裂縫原因之一。
　　3.3混凝土原材料
　　3.3.1水泥
　　水泥的體積安定性問題。如果在水泥已經硬化后，產生不均勻的體積變化，會使結構物產生膨脹裂縫，影響工程質量，甚至引起嚴重的事故。所以體積安定性不良的水泥應作廢品處理，絕對不能用于大體積混凝土工程中。國家標準規定，凡出廠水泥必須用沸煮法檢驗其安定性。同時規定在水泥熟料中，游離氧化鎂含量不得超過5.0%，水泥中三氧化硫含量不超過3.5%，這些指標都是為了控制水泥的體積安定性。
　　3.3.2骨料
　　3.3.2.1有害雜質,拌制混凝土的骨料要求清潔而不含雜質，以保證混凝土的質量。
　　3.3.2.2骨料品種和粒徑要求,砂子按其平均粒徑和細度模量分為粗砂、中砂、細紗和特細紗。在大體積混凝土中通常使用粗砂，也可以使用中砂。石子按其形狀分為碎石和卵石。當配合比相同時，碎石混凝土強度較高，抗裂性也較好。當混凝土的抗壓強度相等坍落度也相等時，卵石混凝土的水泥用量較少。對于抗裂性有特殊要求的工程，當無碎石時，也可以將卵石人工軋碎。石子按其最大粒徑分為粗、中、細三類。當所用石子的最大粒徑較大時，混凝土的密實性較好，并可以節約水泥；但為了便于搗實，石子的最大粒徑不得超過結構截面最小尺寸的1/4，也不得大于鋼筋最小徑距地3/4.當混凝土用泵輸送時，石子的最大粒徑還應符合要求，以免發生堵塞。
　　3.3.2.3含泥量要求,在大體積混凝土工程中，含泥量作為一個指標較為突出。過多的含泥量，不僅增加混凝土的收縮，又降低強度，而且對抗裂性特別有害。故在施工中應采取嚴格措施加以解決。含泥量的標準，砂子不超過3%，石子不超過1%。
　　3.3.3拌制或養護混凝土宜采用天然潔凈的水，海水對于預應力混凝土不得使用。
　　3.3.4大體積混凝土可以拋一定量塊石（設計規定范圍內），可以減少混凝土用量，從而降混凝土內度水化熱。塊石一般要求其干凈、清潔；其強度不低于澆筑混凝土強度；拋石要有一定距離。
　　3.4混凝土配合比
　　混凝土配合比是指混凝土中各種組成材料的數量比例。設計混凝土，就是要根據原材料的技術性能和施工條件，按照施工規范，滿足設計指標確定出能滿足工程所要求的混凝土配合比,合理設計混凝土的配合比，盡量減小混凝土坍落度，在保證質量前提下減少水泥用量。
　　3.4.1水泥品種與用量,大體積混凝土的水泥，應選用低熱或中熱水泥，并優先使用325或425號礦渣水泥、火山灰水泥和粉煤灰水泥。在施工條件許可的范圍內，應盡可能降低用水量。盡可能少用水泥就能減少水泥總的發熱量，從而可降低混凝提內部的最高溫度，這是設計大體積混凝土配合比中應考慮的首要問題。
　　3.4.2摻加粉煤灰,以減少水泥用量，粉煤灰摻量一般為水泥用量15%左右，產量過大，影響混凝土的耐久性。
　　3.4.3石子級配,石子級配的好壞，對節約水泥和保證混凝土具有良好的和易性有很大關系。在實際工程中，如果單一材料滿足不了上述級配要求時，可以采用不同粒徑進行摻配試驗，通過多次篩選，最后確定合理的摻配比例。
　　3.4.4和易性要求，和易性是指混凝土拌合物能保持混凝土成分的均勻，不致發生離析現象，且易于施工操作的性能。大體積混凝土的特點是量大面廣，要求混凝土連續作業，對溫度控制有嚴格的規定，為此混凝土多數采用集中攪拌站供料。由于受運輸、澆筑、振動和氣候等條件的影響較大，所以對混凝土的和易性提出了一些新的要求。
　　3.4.3.1不同停置時間及氣候條件，對混凝土拌合物內水分的損失與坍落度影響不同;
　　3.4.3.2不同停置時間及氣候條件，對混凝土拌合物的熱量（或冷量）損失的影響。
　　3.4.4外加劑的應用,在混凝土或砂漿中摻入少量的外加劑，可以改善其性能，節約水泥用量，降低工程造價，縮短施工工期，是一種使用方便，效果顯著的新材料。由于外加劑在混凝土中能顯著地改善混凝土的物理、力學性能，以致在某些工程中已將外加劑作為配制混凝土必不可少的第五種組成材料，甚至有的國家，已經把發展外加劑作為代替發展水泥新品種的重要手段。為了保證工程質量，摻用外加劑時一般應注意以下幾個問題：必須事先適配，摻量準確，攪拌均勻，注意摻加順序。
　　3.5混凝土澆筑方法：大體積混凝土澆筑方案應根據整體連續澆筑的要求，要避免混凝土攪拌后很長時間使用，并結合結構物的大小、鋼筋疏密、混凝土供應條件（垂直與水平運輸能力）等具體情況，選擇如下三種方式：全面分層、分段分層、斜面分層。
　　3.5.1混凝土澆筑時應注意以下幾個問題：
　　3.5.1.1分層厚度。每層混凝土的厚度應不超過振動棒長的1.25倍，在振搗上一層時，應插入下一層混凝土內約5cm，以消除兩層之間的接縫；同時在振搗上層混凝土時，要在下層混凝土初凝之前進行。混凝土分層厚度除根據振動器的棒長和振動力的大小之外，尚需考慮混凝土供應量的大小、澆筑速度及配筋情況，在大體積混凝土工程中，一般可定為400-600mm，數量較少的混凝土工程中可取250-350mm。
　　3.5.1.2防止混凝土發生離析。混凝土自高處自由傾落高度超過2m，應沿串筒、溜槽、溜管等下落，以保證混凝土不致發生離析現象。漏斗和串筒的布置應根據澆筑面積、澆筑速度和攤平混凝土堆得能力而定，但其間距不得大于3m，布置方式為交錯式或行列式。
　　3.5.1.3泵送混凝土的振搗方法。由于泵送混凝土的坍落度較在，與上述三種澆筑方式所規定的坡度不符。因此在實際施工中，可將原來分層振搗的方式，改為在斜坡的頭、尾部進行振搗，使上下兩層有鋼筋網的混凝土得以密實。另外，在側模的邊緣，還可輔以竹桿插振，防止這部分混凝土出現漏振現象。
　　3.5.1.4表面處理,大體積泵送混凝土，表面水泥漿比較厚，在混凝土澆筑后要認真處理。一般可在初凝前1-2h，先用長括尺按標高刮平；在初凝前再用鐵滾筒碾壓數遍，并用木蟹打磨壓實，以閉合收縮裂縫，約12-14h后，才可覆蓋濕草袋等物養護。
　　3.5.1.5施工縫處理。在施工縫處繼續澆筑混凝土時，其底層混凝土的抗壓強度不應小于1.2MPA;在底層混凝土的表面上，應清除水泥薄膜和松動石子或軟弱混凝土層，并加以充分濕潤和沖洗干凈（但不得積水）；在澆筑前，施工縫處宜先鋪10-15mm厚與混凝土成分相同的水泥砂漿，并應細致搗實，使新舊混凝土緊密結合。
　　3.6控制大體積混凝土內外溫差也是防止大體積混凝土裂縫的一個重要方面。一般按規范來說大體積混凝土內外溫差超過25度,混凝土就極易產生溫度裂縫。就施工而言,由于受不同環境、季節影響混凝土內外溫差較難控制，加強混凝土養生，增加混凝土養護時間能有效的防止混凝土裂縫，而且冬夏季大體積混凝土施工養生尤為關健。
　　3.7溫度控制要求
　　溫度控制是大體積混凝土施工中的一個重要環節，是防止大體積裂縫的核心。
　　3.7.1編好施工方案，提出切實可行的具體措施。在制定方案時，應廣泛聽取有經驗的工人和技術人員的意見，并排列出保證質量的因果分析圖和對策表，使施工方案的有關措施落到實處，如發生問題，也便于糾正。過去在大體積混凝土工程中，一般只強調溫差方面的要求，即通常所說的“溫差控制”，而很少核算溫度應力，或者認為溫差與溫差應力成比例關系，因此就不能有效地防止溫度裂縫的發生。必須指出，只有溫差控制，由于結構所處的具體條件不同（包括結構尺寸、配筋、基礎約束情況等），它們的溫度應力是不一樣的。這就充分說明，采取同樣的溫差控制方法，為什么有的工程不裂，有的工程開裂。
　　3.7.2加強溫度監測工作。不僅要在混凝土成形后，對混凝土的內部溫度進行監測；而且應在一開始，就對原材料、混凝土的拌合、入模和澆筑溫度進行系統測試，才能針對存在問題，及時進行改進。對有關測試人員應進行技術培訓和崗位責任制的教育，以及正確填寫測溫記錄等一些不可忽視的基礎問題。
　　4結論
　　就建設工程而言，大體積混凝土裂縫主要發生在施工階段，但產生的原因是錯綜復雜的，但總的原因是在混凝土早期降溫過程中，由于內外溫速不同而引起的。他包括了外部條件（主要為基礎約束）和內部約束條件（混凝土溫度不均勻引起的自身約束）兩方面的原因，所以大體積混凝土形成裂縫的條件，取決于結構物（或澆筑層）在溫度變化的影響下，能否“同步變形”的問題。能否同步變形設及到以下幾方面的影響：
　　1、從控制混凝土最高溫升、內外溫差的觀點出發，應根據不同地區、不同氣候情況，研究各種溫度控制的方法（包括材料預冷卻、混凝土澆筑后的保法或降溫法，以及養護拆模等措施）及適用范圍。而在具體施工時應根據不同齡期和時間段，通過溫度監測手段，調整混凝土養護溫度和養護時間。這種溫差控制方法有助于使溫度應力嚴格限制在混凝土所允許的受強度范圍之內（與混凝土齡期相對應）。
　　2、從改進混凝土材性出發，探索混凝土最佳配合成分和進一步改進施工工藝。
　　3、從改善約速條件考慮，對各類結構的地基條件、變形縫和施工縫的設置以及混凝土標號和配筋率等進行必要研究和試驗，從而采取出相應的技術措施，以允許混凝土在溫度變化影響下，有一個較大的變動范圍。
　　綜上所述，大體積混凝土裂縫產生主因是內外變形不同步，故在施工中應從內部和結構物外部兩方面進行綜合研究，著力完善和開發大體積混凝土的施工技術，盡量采取可靠措施，使混凝土內外變形基本同步，只有這樣才能有可能或減少混凝土裂縫機會。
　　【參考文獻】：
　　1.《全國一級建造師執業資格考試用書（公路工程管理實務）》作者：編寫委員會中國建筑工業出版社2007年3月
　　2.《建筑工程施工》作者：葉琳昌中國建筑工業出版社2007年3月