大体积混凝土指的是最小断面尺寸大于1m的混凝土构件，浇筑完成后凝结硬化放热时间较长，水泥释放的水化热集中在混凝土中心位置，引起混凝土内部温度急剧增加，产生较大的内部与外界温差，大体积混凝土在高层建筑的桩、承台，桥梁的墩、台及水利大坝等各种土木工程中有极为广泛的应用。与普通混凝土不同，大体积混凝土尺寸大，胶凝材料用量相对较多，水化热不易释放出来，内外温差较大，当硬化产生的温度应力超过混凝土受拉强度时就会出现裂缝。裂缝的发生会导致混凝土的不完整和刚度降低，且裂缝会使外界水等有害介质渗入并加速混凝土钢筋腐蚀、受损劣化，危害整个结构的可持续使用。因此，深入揭示大体积混凝土裂缝机理，掌握一套科学有效的防治技术措施，是土木工程质量控制方面的重点和难点。

一、大体积混凝土裂缝的形成机理

大体积混凝土裂缝的出现是材料与施工、大体积混凝土本身的性质等多方面原因共同作用的结果，具体可根据裂缝的产生原因分类归纳为大体积混凝土裂缝的温度、材料、施工和外部因素四大诱因。

（一）温度因素

温度的变化是引起大体积混凝土温度裂缝的直接原因。水泥水化释放出大量的热量，而大体积混凝土的导热系数不大，热量容易集中在混凝土内部，混凝土内部的温度升高后其核心温度一般都能达到60℃～80℃，而表面与外界相接触，热量很容易往外散发，所以大体积混凝土的内部和表面会形成较大温差，当大于温度临界点时，混凝土内部体积膨胀，外部冷却收缩，内外温差形成温度应力，如果温度应力超过混凝土内部的受力极限值，混凝土表面就会产生温度裂缝。除此之外，混凝土降温时其温度渐趋低温，出现内部收缩，地下基底、模板等就会受到这种力的约束，产生收缩应力引发裂缝，使裂缝扩大和发展。

（二）材料因素

混凝土自身材料性能对裂缝的发生产生直接影响。首先，水泥品种的选择和水泥的用量是影响水化放热值最主要的原因。选用水化热量较高类型的水泥比如硅酸盐水泥，或水泥用量过大都会导致水化放热总量和水化放热速度过快，很大部分会增加结构内外温差、增大温度应力。其次，骨料级配不当、骨料质地劣也会影响混凝土性能，骨料级配不标准将会提高胶凝材料用量，间接影响水化热的产生；骨料中泥量超标会降低混凝土强度和耐久性，大幅度降低抗拉强度，抗裂性能大幅下降。最后，混凝土配合比的科学选择也很重要，配制混凝土的水胶比过大会导致混凝土的干燥收缩率增加，在混凝土初凝、干燥过程中容易产生干缩裂纹。

（三）施工因素

施工操作是控制大体积混凝土产生裂缝的关键环节，施工操作不规范则易出现裂缝问题。在浇筑阶段，浇筑过快、浇筑过高易产生大体积混凝土内部分层离析现象，破坏其密实度；浇筑作业间隙时间过长易形成浇筑冷缝，出现冷缝的位置是裂缝进一步延伸和发展的薄弱部位。振捣不充分会产生混凝土内部的孔洞与空隙，削弱混凝土的抗拉强度；而振捣过度会出现骨料下沉、砂浆上浮现象，从而造成混凝土表面出现裂纹。养护阶段，养护不及时、不到位往往导致裂缝现象多发。混凝土浇筑完成不及时覆盖保湿材料进行养护或浇水，会使混凝土的表面水较易蒸发，干缩相对加快，且混凝土的内外温差得不到控制时，将导致发生裂缝。

（四）外部环境因素

外部环境的变化也对大体积混凝土裂缝的萌生和发展产生重要影响。大体积混凝土养护过程中，如果突遇大风、高温、干燥等恶劣天气，影响混凝土蒸发表面水的速率，扩大混凝土干燥变形；当地面温度突变，混凝土内、外温差将大幅度扩大，引出温度应力。而且，如果结构处地面出现不均匀下陷，会给混凝土结构增加附加应力，当附加应力大于混凝土的抗拉强度时即引发下陷裂缝。

二、大体积混凝土裂缝的防治对策

结合上述大体积混凝土裂缝的产生原因，防治需要从考虑冷却措施、材料选择、施工监控和结构形式等方面形成一套体系，达到“自我控制、预防为主”的目的。

（一）材料优选与配合比的科学优化

材料的选择、配合比的优选是防止裂缝的前提。其一，先选用水化热低、凝结时间长的水泥，如矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥等，从源头上控制水化热的释放总量；或在混凝土中掺入粉煤灰、矿渣粉等原料取代一定数量的水泥，既减少胶凝材料用量，又降低水化热释放速度，减小结构整体内外的温差值。其二，选用级配合理、粒度大的粗骨料，降低骨料的比表面积，降低胶凝材料用量；严格控制骨料所含泥量，提高混凝土基体的抗拉强度。其三，优选混凝土配合比，降低混凝土的水胶比，掺入高效减水剂等，在保持工作性能的基础上减少拌制混凝土的用水量，降低干缩率；必要时可用膨胀剂，利用膨胀剂的体积膨胀补偿混凝土产生的收缩变形，抵消裂缝产生的部分温度应力。

（二）精准管控施工全周期的温度

温度的控制是预防大体积混凝土温度裂缝的主要手段。其一，分层浇筑、分层振捣，每层浇筑的厚度控制在300～500mm之间，延长热量扩散的路径，加快内部热量向外面扩散，同时减缓浇筑的速度，防止大量的热量在短时间内集中产生。其二，在混凝土内部埋设冷却管，加入循环的冷却水强制挥发热量，降低混凝土内部的温度，减小混凝土的内外温差；控制混凝土内部循环的冷却水的进水温度及进水流量，保证混凝土内部的监测温度不发生大的变化，防止由于过分的冷却水降温而出现负温差引起温度应力。其三，合理安排混凝土浇筑时间，避开或减少高温时段浇筑，优先在夜间或阴天进行浇筑，降低混凝土入模温度；夏天施工时，可通过预先对骨料浇水降温、搅拌材料时放入冰块降低拌和水温以降低混凝土入模温度等方法降低混凝土的初始温度。

（三）施工养护与后期管理的精细化实施

完善的养护是消除混凝土裂缝的最后一环。混凝土浇筑完毕后要及早在混凝土表面覆盖土工布、塑料薄膜等覆盖材料，减缓表面水分的蒸腾，防止干缩裂缝的产生；受外界环境温度影响，还要覆盖一层保温棉、搭保温棚保温养护，保证混凝土结构内外温差在25℃以内。混凝土养护时间应达到规定要求，时间不宜小于14d，混凝土强度稳定增长，随结构抗拉强度逐步增长。混凝土初凝前还应防止外界荷载施加在混凝土上，避免混凝土结构自身的作用而发生其他裂缝。

（四）结构设计与约束条件的优化改进

设计时，可以通过较好的方案减少裂缝的产生。其一，设计温度后浇带，划分大体积混凝土为一些小块，减少水化热积聚，待混凝土水化热影响后浇筑，后浇带的混凝土将结构连成整体，阻止了混凝土温度应力的产生。其二，布置构造钢筋，在混凝土表面设有温度钢筋网，提高混凝土抗拉强度，限制开裂宽度和延伸距离。其三，改善结构和地基连接形式，削弱地基对混凝土结构的约束程度，减少混凝土因收缩而引起的收缩应力。

三、结语

大体积混凝土裂缝产生的原因是内部温度变化、混凝土特性、施工因素和外界条件等因素互相影响、相互作用的结果，其中温度应力起主导作用。防治大体积混凝土裂缝应“预防为主、综合防治”，在混凝土材料方面配比合理，施工阶段要控制好混凝土温度，严格施工过程的养护管理，重视施工结构方面的处理，综合治理，达到减少温度应力和收缩变形、提高混凝土抗裂能力的目的。同时，针对不同的工程情况、不同的地质条件和不同的工程施工特点制定裂缝控制防治的具体措施；还要加强施工过程的全过程管理工作和动态控制，实时掌握混凝土内部温度，及时调整混凝土施工预防裂控制措施，以防止裂缝产生，保证大体积混凝土施工工程的结构质量和长期稳定服役。

来源：《中国交通建设监理》

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