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摘 要:本文通过对大体积混凝土裂缝产生的原因进行了深入分析，提出了预防混凝土产生裂缝的预控措施、过程控制措施，并针对不同的裂缝提出了相应的处理纠正措施。
关键词:大体积混凝土;裂缝;成因分析;防治措施
Abstract: This paper analyzes the causes of cracks in mass concrete, the crack prevention of concrete pre-control measures, process control measures, and puts forward the corresponding corrective measures for different crack.
Key words: mass concrete; crack; cause analysis; prevention measures
中图分类号：TV544+.91
0 引言
電力工程建设中会经常涉及到大体积混凝土施工，如汽机房基础、锅炉基础、高层楼房基础及其他大型设备基础等。它主要的特点就是体积大，表面系数小，水化热释放集中，内部温升比较快，容易产生裂缝，从而影响结构安全和正常使用。所以必须从根本上对它进行分析，措施上加以预防，并加强后期维护保养，来保证大体积混凝土建筑物的质量。
1 大体积混凝土的定义及特点
大体积混凝土指的是最小断面尺寸大于1m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。
大体积混凝土与普通混凝土的区别表面上看是厚度不同，但其实质的区别是由于混凝土中水泥水化要产生热量，大体积混凝土内部的热量不如表面的热量散失得快，造成内外温差过大，其所产生的温度应力可能会使混凝土开裂。因此判断是否属于大体积混凝土既要考虑厚度这一因素，又要考虑水泥品种、强度等级、每立方米水泥用量等因素，比较准确的方法是通过计算水泥水化热所引起的混凝土的温升值与环境温度的差值大小来判别。一般来说，当其差值小于25℃时，其所产生的温度应力将会小于混凝土本身的抗拉强度，不会造成混凝土的开裂，当差值大于25℃时，其所产生的温度应力有可能大于混凝土本身的抗拉强度，造成混凝土的开裂。
2 裂缝的类型
按裂缝产生的原因，可分为结构型裂缝和非结构型裂缝两类。结构型裂缝是由外荷载引起的，包括常规计算中的主要应力以及其他的结构次应力造成的受力裂缝，如超载裂缝、沉降裂缝等。非结构型裂缝是由非受力变形变化引起的，主要由温度应力和混凝土的收缩引起的，如温度裂缝、收缩裂缝、钢筋锈蚀裂缝、碱骨料反应裂缝等。
按裂缝深度的不同，可分为贯穿裂缝、深层裂缝及表面裂缝三种。贯穿裂缝是由混凝土表面裂缝发展为深层裂缝，最终形成贯穿裂缝。它切断了结构的断面，可能破坏结构的整体性和稳定性，其危害性是较严重的；而深层裂缝部分地切断了结构断面，也有一定危害性；表面裂缝一般危害性较小。
按裂缝的扩展性，可分为稳定裂缝、活动裂缝、发展裂缝三种。稳定裂缝是指裂缝的宽度、长度保持恒定不变；活动裂缝是指裂缝的宽度和长度随着受荷状态和周围温度、湿度变化而变化；发展裂缝是指裂缝的宽度和长度随着时间增长而增长。钢筋混凝土结构在各种荷载作用下，一般在受拉区允许在裂缝出现下工作，只要裂缝是稳定的，其宽度不大，符合规范要求，并无多大危险，属安全构件。但裂缝随时间不断扩展，说明钢筋应力可能接近或达到极限，对承载力有严重的影响，危险性较大，应及时采取措施。
3 裂缝产生的原因
裂缝的产生原因是设计、施工、材料、环境及管理等相互影响的综合性问题。一般而言，因温度变化、湿度差异、膨胀、收缩、徐变等变形因素引起的裂缝，约占80%以上；因动、静荷载的直接作用产生的裂缝，约占5%-10%；因荷载与变形共同作用引起的裂缝，约占5%-10%；碱骨料反应及膨胀应力及冻胀引起的裂缝约占1%。
3.1温度裂缝产生的原因
温度裂缝是大体积混凝土有别于一般混凝土裂缝的突出特点，也是大体积混凝土质量控制的重点和难点。大体积混凝土施工阶段所产生的温度裂缝，一方面是混凝土内部因素，由于内外温差而产生的；另一方面是混凝土的外部因素，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，混凝土抗压强度较大，但受拉力却很小，所以温度应力一旦超过混凝土能承受的抗拉强度时，即会出现裂缝。产生温度裂缝的内外因素主要有以下三个：
3.1.1水泥水化热
水泥在水化过程中要产生大量的热量，是大体积混凝土内部热量的主要来源。由于大体积混凝土截面厚度大，水化热聚集在结构内部不易散失，使混凝土内部的温度升高。混凝土内部的最高温度，大多发生在浇筑后的3～5d，当混凝土的内部与表面温差过大时，就会产生温度应力和温度变形。温度应力与温差成比，温差越大，温度应力也越大。当混凝土的抗拉强度不足以抵抗该温度应力时，便开始产生温度裂缝。这就是大体积混凝土容易产生裂缝的主要原因。 大体积混凝土典型温度曲线见图3-1。
图3-1
3.1.2外界气温变化
大体积混凝土在施工期间，外界气温的变化对大体积混凝土的开裂有重大影响。混凝土内部温度是由浇筑温度、水泥水化热的绝热温度和混凝土的散热温度三者的叠加。外界温度越高，混凝土的浇筑温度也越高。外界温度下降，尤其是骤降，大大增加外层混凝土与混凝土内部的温度梯度，产生温差应力，造成大体积混凝土出现裂缝。因此控制混凝土表面温度与外界气温温差，也是防止裂缝的重要一环。
3.1.3约束条件
大体积钢筋混凝土与地基浇筑在一起，当早期温度上升时产生的膨胀变形受到下部地基的约束而形成压应力。由于混凝土的弹性模量小，徐变和应力松弛度大，使混凝土与地基连接不牢固，因而压应力较小。但当温度下降时，产生较大的拉应力，若超过混凝土的抗拉强度，混凝土就会出现垂直裂缝。
3.2收缩裂缝产生的原因
混凝土中约20℅的水分是水泥硬化所必须的，而约80℅的水分要蒸发。多余水分的蒸发会引起混凝土体积的收缩。混凝土中多余水分的蒸发是引起混凝土体积收缩的主要原因之一。这种收缩变形不受约束条件的影响，若存在约束，就会产生收缩应力而出现裂缝。如果混凝土收缩后，再处于水饱和状态，还可以恢复膨胀并几乎达到原有的体积。干湿交替会引起混凝土体积的交替变化，这对混凝土是很不利的。
在混凝土收缩种类中，塑性收缩和缩水收缩（干缩）是发生混凝土体积变形的主要原因，另外还有自生收缩和炭化收缩、塑性收缩、缩水收缩（干缩）、自生收缩、炭化收缩。
3.3超载裂缝产生的原因
结构裂缝是由于结构在荷载作用条件下所产生的内力值超过了结构材料的强度允许值。这类裂缝一般可在设计阶段加大荷载标准，放大安全系数、提高安全标准等方面避免结构裂缝的产生。
结构裂缝特征依荷载不同而异呈现不同的特点。这类裂缝多出现在受拉区、受剪区或振动严重部位。但必须指出，如果受压区出现起皮或有沿受压方向的短裂缝，往往是结构达到承载力极限的标志，是结构破坏的前兆，其原因往往是截面尺寸偏小。根据结构不同受力方式，产生的裂缝特征如下：中心受拉、中心受压、受弯、大偏心受压、小偏心受压、受剪、受扭、受冲切、局部受压。
3.4沉降裂缝产生的原因
沉降裂缝的产生是由于结构地基土质不匀、松软或回填土不实或浸水而造成不均匀沉降所致，或者因为模板刚度不足，模板支撑间距过大或支撑底部松动等导致，特别是在冬季，模板支撑在冻土上，冻土化冻后产生不均匀沉降，致使混凝土结构产生裂缝。此类裂缝多为深进或贯穿性裂缝，裂缝呈梭形，其走向与沉陷情况有关，一般沿与地面垂直或呈30～45度角方向发展，较大的沉陷裂缝，往往有一定的错位，裂缝宽度往往与沉降量成正比关系。裂缝宽度宽度0.3～0.4mm，受温度变化的影响较小。地基变形稳定之后，沉陷裂缝也基本趋于稳定。
3.5钢筋锈蚀裂缝产生的原因
钢筋锈蚀引起的裂缝是由于混凝土质量较差或保护层厚度不足，由于锈蚀，使得钢筋有效断面面积减小，钢筋与混凝土握裹力削弱，结构承载力下降，并将诱发其它形式的裂缝，加剧钢筋锈蚀，导致结构破坏。要防止钢筋锈蚀，设计时应根据规范要求控制裂缝宽度、采用足够的保护层厚度（当然保护层亦不能太厚，否则构件有效高度减小，受力时将加大裂缝宽度）；施工时应控制混凝土的水灰比，加强振捣，保证混凝土的密实性，防止氧气侵入，同时严格控制含氯盐的外加剂用量，沿海地区或其它存在腐蚀性强的空气、地下水地区尤其应慎重。
3.6冻胀裂缝产生的原因
大气气温低于零度时，混凝土中膨胀力加大，混凝土强度降低，并导致裂缝出现。尤其是混凝土初凝时受冻最严重，成龄后混凝土强度损失可达30%~50%。温度低于零度和混凝土吸水饱和是发生冻胀破坏的必要条件。冬季施工时，采用电气加热法、暖棚法、地下蓄热法、蒸汽加热法养护以及在混凝土拌和水中掺入防冻剂（但氯盐不宜使用），可保证混凝土在低温或负温条件下硬化。
4 裂缝控制措施
4.1预防控制措施
（1）混凝土的结构配筋除应满足结构强度和构造要求外，还应结合大体积混凝土的特点配置控制温度和收缩的构造钢筋。
（2）合理设置水平或垂直施工缝，或在适当的位置设置施工后浇带，以减少外应力和温度应力，并有利于散热，降低混凝土内部温度。
（3）严格按规范规定在适当的位置设置沉降缝，尽量减小地基的不均匀沉降差，在抗震区适当设置基础梁，合理设置伸缩缝，最大间距不超过50米。
（4）作好地基处理，严格控制地基不均匀沉降，尤其对松软土、填土及湿陷性黄土地基进行必要的夯实和加固处理，避免地基浸水引起不均匀沉降。
（5）优化配合比。大体积混凝土配合比设计除应符合工程设计所规定的强度等级、耐久性、抗渗性、体积稳定性等要求外，还应符合大体积混凝土施工工艺特性的要求，合理使用材料，降低水泥用量。强度等级宜在C25-C40范围内，宜采用混凝土60d/90d强度作为设计强度。
4.2过程控制措施
4.2.1选用合理的原材料
（1）粗骨料宜采用连续级配，细骨料宜采用中砂；
（2）外加剂宜采用缓凝剂、减水剂；掺合料宜采用粉煤灰、矿渣粉等；
（3）大体积混凝土在保证混凝土强度及坍落度要求的前提下，应提高掺合料及骨料的含量，以降低单方混凝土的水泥用量；
（4）水泥应尽量选用水化热低、凝结时间长的水泥，优先采用中热硅酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥、大坝水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥等。
4.2.2采用分层分段法浇筑
分层振捣密实以使混凝土的水化热能尽快散失。还可采用二次振捣的方法，增加混凝土的密实度，提高抗裂能力，使上下两层混凝土在初凝前结合良好。
4.2.3采用跳仓法施工
跳仓的最大分块尺寸不宜大于40m，跳仓间隔施工的时间不宜小于7d，跳仓接缝处按施工缝的要求设置和处理。
4.2.4采用制冷混凝土
在炎热季节施工时，采取降低原材料温度、减少混凝土运输时吸收外界热量等降温措施。
4.2.5严格控制浇筑温度
（1）采用降低石子等原材料的温度的方法降低混凝土出机口温度；
（2）夏季气温较高，为防止太阳的直接照射，可要求商品混凝土供应商在砂、石堆场搭设简易遮阳装置，必要时向骨料喷射水雾或使用前作淋水冲洗；
（3）通过计算混凝土的工程量，做到合理安排施工流程及机械配置，调整浇筑时间为以夜间浇筑为主，少在白天进行，以免因暴晒而影响质量。
4.2.6采取保温保湿养护
混凝土中心温度与表面温度的差值不应大于25℃，混凝土表面温度与大气温度的差值不应大于25℃。养护时间不应少于14d。对大体积混凝土的养护，应根据气候条件采取预埋冷却水管、及时洒水降温等控温措施，并按需要预埋温度计，测定浇筑后的混凝土表面和内部温度。大体积混凝土养护时的温度控制一般有两种方法：
（1）夏季采用降温法，即在混凝土内部预埋管道，浇筑成型后，通过循环冷却水降温，削弱大体积混凝土内部的最高温度，减小混凝土的内外温差。降温速率遵循“前期大后期小”的原则，因养护前期混凝土处于升温阶段，弹性模量、温度应力较小，而抗拉强度增长较快，在保证混凝土表面湿润的基础上应尽量少覆盖，让其充分散热，以降低混凝土的温度，亦即养护前期混凝土降温速率可稍大。养护后期混凝土处于降温阶段，弹性模量增加较快，温度应力较大，应加强保温，控制降温速率。降温速率应控制在1～1.5℃/d，将温差控制在设计要求的范围以内，当设计无具体要求时，内外温差不宜超过25℃。
（2）冬季采用保温法，即混凝土浇筑成型后，通过保温材料、碘钨灯或定时喷浇热水、蓄存热水等办法，提高混凝土表面及四周散热面的温度，从结构物的外部进行温度控制。保温法基本原理是利用混凝土的初始温度加上水泥水化热的温升，在缓慢的散热过程中，使混凝土获得必要的强度。
5 裂缝的处治
5.1表面修补法
表面修补法适用于对承载能力没有影响的表面裂缝的处理，也适用于大面积细裂缝防渗、防漏的处理。可分为表面涂抹水泥砂浆、表面涂抹环氧胶泥、采用环氧粘贴玻璃布、表面涂刷油漆或沥青、表面凿槽嵌補五种处理方法。
5.1.1表面涂抹水泥砂浆
将裂缝附近的混凝土表面凿毛，或沿裂缝凿成深15～20mm，宽150～200mm的凹槽，扫净并洒水湿润，先刷水泥净浆一层，然后用1:2的水泥砂浆分2～3层涂抹，总厚度控制在10～20mm左右，并用铁抹抹平压光。有防水要求时应用2mm厚水泥净浆及5mm厚1:2的水泥砂浆交替抹压4～5层，刚性防水层涂抹3～4小时后进行覆盖，洒水养护。在水泥砂浆中掺入占水泥重量1～3%的氯化铁防水剂，可起到促凝和提高防水性能的效果。为了使砂浆与混凝土表面结合良好，抹光后的砂浆面应覆盖塑料薄膜，并用支撑模板顶紧加压。见图5-1。
图5-1
5.1.2表面涂抹环氧胶泥
涂抹环氧胶泥前，先将裂缝附近80～100mm宽度范围内的灰尘、浮渣用压缩空气吹净，或用钢丝刷、砂纸、毛刷清除干净并洗净，油污可用二甲苯或丙酮擦洗一遍，如表面潮湿，应用喷灯烘烤干燥、预热，以保证环氧胶泥与混凝土粘结良好。若基层难以干燥，则用环氧煤焦油胶泥涂抹。涂抹时，用毛刷或刮板均匀蘸取胶泥，并涂刮在裂缝表面。
5.1.3采用环氧粘贴玻璃布
玻璃布使用前应在碱水中煮沸30～60分钟，然后用清水漂净并晾干，以除去油脂，保证粘结。一般贴1～2层玻璃布。第二层玻璃布的周边应比下面一层宽10～12mm，以便压边。
5.1.4表面涂刷油漆、沥青
表面涂刷油漆、沥青，涂刷前混凝土表面应干燥。
5.1.5表面凿槽嵌补
沿混凝土裂缝凿一条深槽，槽内嵌水泥砂浆或环氧胶泥、聚氯乙烯胶泥、沥青油膏等，表面作砂浆保护层。槽内混凝土面应修理平整并清洗干净，不平处用水泥砂浆填补，保持槽内干燥，否则应先导渗、烘干，待槽内干燥后再行嵌补。环氧煤焦油胶泥可在潮湿情况下填补，但不能有淌水现象。嵌补前先用素水泥浆或稀胶泥在基层刷一层，然后用抹子或刮刀将砂浆或环氧胶泥、聚氯乙烯胶泥嵌入槽内压实，最后用1:2水泥砂浆抹平压光。在侧面或顶面嵌填时，应使用封槽托板逐段嵌托并压紧，待凝固后再将托板去掉。见图5-2。
图5-2
5.2内部修补法
内部修补法是用压浆泵将胶结料压入裂缝中，由于其凝结、硬化而起到补缝作用，以恢复结构的整体性。这种方法适用于对结构整体性有影响，或有防水、防渗要求的裂缝修补。
常用的灌浆材料有水泥和化学材料，可按裂缝的性质、宽度、施工条件等具体情况选用。一般对宽度大于0.5mm的裂缝，可采用水泥灌浆，对宽度小于0.5mm的裂缝，或较大的温度收缩裂缝，宜采用化学灌浆。
5.2.1水泥灌浆
一般用于大体积混凝土裂缝采用水泥灌浆修补时，主要施工程序是钻孔、冲洗、止浆、堵漏、埋管、试水、灌浆。钻孔采用风钻或打眼机进行，孔距l～1.5m，除浅孔采用骑缝孔外，—般钻孔轴线与裂缝呈30～45度斜角，孔深应穿过裂缝面0.5m以上，当有两排或两排以上的孔时，宜交错或呈梅花形布置，但应注意防止沿裂缝钻孔。冲洗在每条裂缝钻孔完毕后进行，其顺序按竖向排列自上而下逐孔冲洗。止浆及堵漏待缝面冲洗干净后，在裂缝表面用1:2的水泥砂浆或用环氧胶泥涂抹。埋管（一般用直径19～38mm的钢管作灌浆管，钢管上部加工丝扣）安装前应在外壁裹上旧棉絮并用麻丝缠紧，然后旋入孔中，孔口管壁周围的孔隙用旧棉絮或其它材料塞紧，并用水泥砂浆或硫磺砂浆封堵，防止冒浆或灌浆管从孔口脱出。试水是用0.098～0.196MPa压力水作渗水试验，采取灌浆孔压水、排气孔排水的方法，检查裂缝和管路畅通情况，然后关闭排气孔，检查止浆堵漏效果，并湿润缝面以利于粘结。灌浆应采用425号以上的普通水泥，细度要求经6400孔／cm2的标准筛过筛，筛余量在2%以下，可使用2:1、1:1、0.5:1等几种水灰比的水泥净浆或1:0.54:0.3（即水泥：粉煤灰：水）的水泥粉煤灰浆，灌浆压力一般为0.294～0.491MPa，压浆完毕时浆孔内应充满灰浆，并填入湿净砂，用棒捣实，每条裂缝应按压浆顺序依次进行，当出现大量渗漏情况时，应立即停泵堵漏，然后继续压浆。
5.2.2化学灌浆
化学灌浆能控制凝结时间，有较高粘结强度和一定的弹性，恢复结构整体性效果较好，适用于各种情况下的裂缝修补及堵漏、防渗处理。灌浆材料应根据裂缝性质、裂缝宽度和干燥情况选用。常用的灌浆材料有环氧树脂浆液（能修补缝宽0.2mm以下的干燥裂缝）、甲凝（能灌0.03～0.1mm的干燥细微裂缝）、丙凝（用于堵水、止漏及渗水裂缝的修补，能灌0.1mm以下的细裂缝）等。环氧树脂浆液具有粘结强度高、施工操作方便、成本低等优点，应用最广。灌浆操作主要工序是表面处理（布置灌浆嘴和试气）、灌浆、封孔，一般采取骑缝直接用灌浆嘴施灌，不用另外钻孔。配制环氧浆液时，应根据气温控制材料温度和浆液的初凝时间（1小时左右）。灌浆时，操作人员要戴上防毒口罩，以防中毒。见图5-3
图5-3
5.2.3结构加固法
钢筋混凝土结构的加固，应在结构评定的基础上进行，加固的目的有结构强度加固、稳定性加固、刚度加固、抗裂性能加固四种。这四种加固之间既有联系又有区别，最常遇到的是结构强度加固（即结构补强）。结构加固可分为不改变结构受力图形和改变结构受力图形的两种方法，亦可分为非预应力加固和预应力加固两类。对结构或构件存在的强度（拉、压、弯、剪、扭、疲劳）、刚度（挠曲）、裂缝（由受力、温度、沉降、安装引起的）、稳定（由倾斜、偏歪、长细比过小、支撑不妥引起的）、沉降（由不均匀荷重或不均匀地基、淤泥层、大孔土地基、回填土等引起的）、使用（净空尺寸不够、吊车卡轨、振动、钢筋锈蚀，结构腐蚀）等方面的问题，要区分局部性还是全局性的，关键部位还是次要部位的，在分析了问题产生的主要原因后，分别根据处理的原则和界限，视工程具体情况和条件，有针对性地采取适当加固方法。
但是，出现裂缝并不是绝对地影响结构安全，它都有一个最大允许值(见表5-2)。
钢筋混凝土结构最大裂缝宽度的限值
环境类别 室内正常环境 室内潮湿环境、露天环境 滨海室外环境
最大裂缝宽度限值 0.3（0.4）mm 0.2mm 0．2mm
一般当裂缝宽度在0.1～0.2mm时，虽然早期有轻微渗水，但经过一段时间后，裂缝可以自愈。如超过0.2～0.3mm，则渗漏水量将随着裂缝宽度的增加而迅速加大。所以，在地下工程中应尽量避免超过0.3mm贯穿全断面的裂缝。如出現这种裂缝，将大大影响结构的使用，必须进行化学灌浆等方法加固处理。
6 结束语
综上所述，大体积混凝土裂缝的控制是一个综合性的问题，需要经过设计、施工、监理及使用方等多方面的配合。随着当今我们对混凝土耐久性研究的不断深入，材料科学的不断发展和建筑技术水平的不断提高，大体积混凝土裂缝问题将会逐渐得以圆满地解决。
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[3]孙志亮 治理钢混结构裂缝的常用方法 内蒙古水利，2010年第4期
[4]米本红 大体积混凝土裂缝的预防措施 吉林水利，2008年第7期
[5]王宗昌 混凝土结构裂缝的分类特征及密封处理 混凝土，2002年第5期
作者简介：
罗占泽，男，1981年11月出生，汉族，河南南阳人，工程师，2004年毕业于三峡大学经济与管理学院，工程管理专业，现为华润电力（宜昌）有限公司土建专业工程师
关键词:大体积混凝土;裂缝;成因分析;防治措施
Abstract: This paper analyzes the causes of cracks in mass concrete, the crack prevention of concrete pre-control measures, process control measures, and puts forward the corresponding corrective measures for different crack.
Key words: mass concrete; crack; cause analysis; prevention measures
中图分类号：TV544+.91
0 引言
電力工程建设中会经常涉及到大体积混凝土施工，如汽机房基础、锅炉基础、高层楼房基础及其他大型设备基础等。它主要的特点就是体积大，表面系数小，水化热释放集中，内部温升比较快，容易产生裂缝，从而影响结构安全和正常使用。所以必须从根本上对它进行分析，措施上加以预防，并加强后期维护保养，来保证大体积混凝土建筑物的质量。
1 大体积混凝土的定义及特点
大体积混凝土指的是最小断面尺寸大于1m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。
大体积混凝土与普通混凝土的区别表面上看是厚度不同，但其实质的区别是由于混凝土中水泥水化要产生热量，大体积混凝土内部的热量不如表面的热量散失得快，造成内外温差过大，其所产生的温度应力可能会使混凝土开裂。因此判断是否属于大体积混凝土既要考虑厚度这一因素，又要考虑水泥品种、强度等级、每立方米水泥用量等因素，比较准确的方法是通过计算水泥水化热所引起的混凝土的温升值与环境温度的差值大小来判别。一般来说，当其差值小于25℃时，其所产生的温度应力将会小于混凝土本身的抗拉强度，不会造成混凝土的开裂，当差值大于25℃时，其所产生的温度应力有可能大于混凝土本身的抗拉强度，造成混凝土的开裂。
2 裂缝的类型
按裂缝产生的原因，可分为结构型裂缝和非结构型裂缝两类。结构型裂缝是由外荷载引起的，包括常规计算中的主要应力以及其他的结构次应力造成的受力裂缝，如超载裂缝、沉降裂缝等。非结构型裂缝是由非受力变形变化引起的，主要由温度应力和混凝土的收缩引起的，如温度裂缝、收缩裂缝、钢筋锈蚀裂缝、碱骨料反应裂缝等。
按裂缝深度的不同，可分为贯穿裂缝、深层裂缝及表面裂缝三种。贯穿裂缝是由混凝土表面裂缝发展为深层裂缝，最终形成贯穿裂缝。它切断了结构的断面，可能破坏结构的整体性和稳定性，其危害性是较严重的；而深层裂缝部分地切断了结构断面，也有一定危害性；表面裂缝一般危害性较小。
按裂缝的扩展性，可分为稳定裂缝、活动裂缝、发展裂缝三种。稳定裂缝是指裂缝的宽度、长度保持恒定不变；活动裂缝是指裂缝的宽度和长度随着受荷状态和周围温度、湿度变化而变化；发展裂缝是指裂缝的宽度和长度随着时间增长而增长。钢筋混凝土结构在各种荷载作用下，一般在受拉区允许在裂缝出现下工作，只要裂缝是稳定的，其宽度不大，符合规范要求，并无多大危险，属安全构件。但裂缝随时间不断扩展，说明钢筋应力可能接近或达到极限，对承载力有严重的影响，危险性较大，应及时采取措施。
3 裂缝产生的原因
裂缝的产生原因是设计、施工、材料、环境及管理等相互影响的综合性问题。一般而言，因温度变化、湿度差异、膨胀、收缩、徐变等变形因素引起的裂缝，约占80%以上；因动、静荷载的直接作用产生的裂缝，约占5%-10%；因荷载与变形共同作用引起的裂缝，约占5%-10%；碱骨料反应及膨胀应力及冻胀引起的裂缝约占1%。
3.1温度裂缝产生的原因
温度裂缝是大体积混凝土有别于一般混凝土裂缝的突出特点，也是大体积混凝土质量控制的重点和难点。大体积混凝土施工阶段所产生的温度裂缝，一方面是混凝土内部因素，由于内外温差而产生的；另一方面是混凝土的外部因素，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，混凝土抗压强度较大，但受拉力却很小，所以温度应力一旦超过混凝土能承受的抗拉强度时，即会出现裂缝。产生温度裂缝的内外因素主要有以下三个：
3.1.1水泥水化热
水泥在水化过程中要产生大量的热量，是大体积混凝土内部热量的主要来源。由于大体积混凝土截面厚度大，水化热聚集在结构内部不易散失，使混凝土内部的温度升高。混凝土内部的最高温度，大多发生在浇筑后的3～5d，当混凝土的内部与表面温差过大时，就会产生温度应力和温度变形。温度应力与温差成比，温差越大，温度应力也越大。当混凝土的抗拉强度不足以抵抗该温度应力时，便开始产生温度裂缝。这就是大体积混凝土容易产生裂缝的主要原因。 大体积混凝土典型温度曲线见图3-1。
图3-1
3.1.2外界气温变化
大体积混凝土在施工期间，外界气温的变化对大体积混凝土的开裂有重大影响。混凝土内部温度是由浇筑温度、水泥水化热的绝热温度和混凝土的散热温度三者的叠加。外界温度越高，混凝土的浇筑温度也越高。外界温度下降，尤其是骤降，大大增加外层混凝土与混凝土内部的温度梯度，产生温差应力，造成大体积混凝土出现裂缝。因此控制混凝土表面温度与外界气温温差，也是防止裂缝的重要一环。
3.1.3约束条件
大体积钢筋混凝土与地基浇筑在一起，当早期温度上升时产生的膨胀变形受到下部地基的约束而形成压应力。由于混凝土的弹性模量小，徐变和应力松弛度大，使混凝土与地基连接不牢固，因而压应力较小。但当温度下降时，产生较大的拉应力，若超过混凝土的抗拉强度，混凝土就会出现垂直裂缝。
3.2收缩裂缝产生的原因
混凝土中约20℅的水分是水泥硬化所必须的，而约80℅的水分要蒸发。多余水分的蒸发会引起混凝土体积的收缩。混凝土中多余水分的蒸发是引起混凝土体积收缩的主要原因之一。这种收缩变形不受约束条件的影响，若存在约束，就会产生收缩应力而出现裂缝。如果混凝土收缩后，再处于水饱和状态，还可以恢复膨胀并几乎达到原有的体积。干湿交替会引起混凝土体积的交替变化，这对混凝土是很不利的。
在混凝土收缩种类中，塑性收缩和缩水收缩（干缩）是发生混凝土体积变形的主要原因，另外还有自生收缩和炭化收缩、塑性收缩、缩水收缩（干缩）、自生收缩、炭化收缩。
3.3超载裂缝产生的原因
结构裂缝是由于结构在荷载作用条件下所产生的内力值超过了结构材料的强度允许值。这类裂缝一般可在设计阶段加大荷载标准，放大安全系数、提高安全标准等方面避免结构裂缝的产生。
结构裂缝特征依荷载不同而异呈现不同的特点。这类裂缝多出现在受拉区、受剪区或振动严重部位。但必须指出，如果受压区出现起皮或有沿受压方向的短裂缝，往往是结构达到承载力极限的标志，是结构破坏的前兆，其原因往往是截面尺寸偏小。根据结构不同受力方式，产生的裂缝特征如下：中心受拉、中心受压、受弯、大偏心受压、小偏心受压、受剪、受扭、受冲切、局部受压。
3.4沉降裂缝产生的原因
沉降裂缝的产生是由于结构地基土质不匀、松软或回填土不实或浸水而造成不均匀沉降所致，或者因为模板刚度不足，模板支撑间距过大或支撑底部松动等导致，特别是在冬季，模板支撑在冻土上，冻土化冻后产生不均匀沉降，致使混凝土结构产生裂缝。此类裂缝多为深进或贯穿性裂缝，裂缝呈梭形，其走向与沉陷情况有关，一般沿与地面垂直或呈30～45度角方向发展，较大的沉陷裂缝，往往有一定的错位，裂缝宽度往往与沉降量成正比关系。裂缝宽度宽度0.3～0.4mm，受温度变化的影响较小。地基变形稳定之后，沉陷裂缝也基本趋于稳定。
3.5钢筋锈蚀裂缝产生的原因
钢筋锈蚀引起的裂缝是由于混凝土质量较差或保护层厚度不足，由于锈蚀，使得钢筋有效断面面积减小，钢筋与混凝土握裹力削弱，结构承载力下降，并将诱发其它形式的裂缝，加剧钢筋锈蚀，导致结构破坏。要防止钢筋锈蚀，设计时应根据规范要求控制裂缝宽度、采用足够的保护层厚度（当然保护层亦不能太厚，否则构件有效高度减小，受力时将加大裂缝宽度）；施工时应控制混凝土的水灰比，加强振捣，保证混凝土的密实性，防止氧气侵入，同时严格控制含氯盐的外加剂用量，沿海地区或其它存在腐蚀性强的空气、地下水地区尤其应慎重。
3.6冻胀裂缝产生的原因
大气气温低于零度时，混凝土中膨胀力加大，混凝土强度降低，并导致裂缝出现。尤其是混凝土初凝时受冻最严重，成龄后混凝土强度损失可达30%~50%。温度低于零度和混凝土吸水饱和是发生冻胀破坏的必要条件。冬季施工时，采用电气加热法、暖棚法、地下蓄热法、蒸汽加热法养护以及在混凝土拌和水中掺入防冻剂（但氯盐不宜使用），可保证混凝土在低温或负温条件下硬化。
4 裂缝控制措施
4.1预防控制措施
（1）混凝土的结构配筋除应满足结构强度和构造要求外，还应结合大体积混凝土的特点配置控制温度和收缩的构造钢筋。
（2）合理设置水平或垂直施工缝，或在适当的位置设置施工后浇带，以减少外应力和温度应力，并有利于散热，降低混凝土内部温度。
（3）严格按规范规定在适当的位置设置沉降缝，尽量减小地基的不均匀沉降差，在抗震区适当设置基础梁，合理设置伸缩缝，最大间距不超过50米。
（4）作好地基处理，严格控制地基不均匀沉降，尤其对松软土、填土及湿陷性黄土地基进行必要的夯实和加固处理，避免地基浸水引起不均匀沉降。
（5）优化配合比。大体积混凝土配合比设计除应符合工程设计所规定的强度等级、耐久性、抗渗性、体积稳定性等要求外，还应符合大体积混凝土施工工艺特性的要求，合理使用材料，降低水泥用量。强度等级宜在C25-C40范围内，宜采用混凝土60d/90d强度作为设计强度。
4.2过程控制措施
4.2.1选用合理的原材料
（1）粗骨料宜采用连续级配，细骨料宜采用中砂；
（2）外加剂宜采用缓凝剂、减水剂；掺合料宜采用粉煤灰、矿渣粉等；
（3）大体积混凝土在保证混凝土强度及坍落度要求的前提下，应提高掺合料及骨料的含量，以降低单方混凝土的水泥用量；
（4）水泥应尽量选用水化热低、凝结时间长的水泥，优先采用中热硅酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥、大坝水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥等。
4.2.2采用分层分段法浇筑
分层振捣密实以使混凝土的水化热能尽快散失。还可采用二次振捣的方法，增加混凝土的密实度，提高抗裂能力，使上下两层混凝土在初凝前结合良好。
4.2.3采用跳仓法施工
跳仓的最大分块尺寸不宜大于40m，跳仓间隔施工的时间不宜小于7d，跳仓接缝处按施工缝的要求设置和处理。
4.2.4采用制冷混凝土
在炎热季节施工时，采取降低原材料温度、减少混凝土运输时吸收外界热量等降温措施。
4.2.5严格控制浇筑温度
（1）采用降低石子等原材料的温度的方法降低混凝土出机口温度；
（2）夏季气温较高，为防止太阳的直接照射，可要求商品混凝土供应商在砂、石堆场搭设简易遮阳装置，必要时向骨料喷射水雾或使用前作淋水冲洗；
（3）通过计算混凝土的工程量，做到合理安排施工流程及机械配置，调整浇筑时间为以夜间浇筑为主，少在白天进行，以免因暴晒而影响质量。
4.2.6采取保温保湿养护
混凝土中心温度与表面温度的差值不应大于25℃，混凝土表面温度与大气温度的差值不应大于25℃。养护时间不应少于14d。对大体积混凝土的养护，应根据气候条件采取预埋冷却水管、及时洒水降温等控温措施，并按需要预埋温度计，测定浇筑后的混凝土表面和内部温度。大体积混凝土养护时的温度控制一般有两种方法：
（1）夏季采用降温法，即在混凝土内部预埋管道，浇筑成型后，通过循环冷却水降温，削弱大体积混凝土内部的最高温度，减小混凝土的内外温差。降温速率遵循“前期大后期小”的原则，因养护前期混凝土处于升温阶段，弹性模量、温度应力较小，而抗拉强度增长较快，在保证混凝土表面湿润的基础上应尽量少覆盖，让其充分散热，以降低混凝土的温度，亦即养护前期混凝土降温速率可稍大。养护后期混凝土处于降温阶段，弹性模量增加较快，温度应力较大，应加强保温，控制降温速率。降温速率应控制在1～1.5℃/d，将温差控制在设计要求的范围以内，当设计无具体要求时，内外温差不宜超过25℃。
（2）冬季采用保温法，即混凝土浇筑成型后，通过保温材料、碘钨灯或定时喷浇热水、蓄存热水等办法，提高混凝土表面及四周散热面的温度，从结构物的外部进行温度控制。保温法基本原理是利用混凝土的初始温度加上水泥水化热的温升，在缓慢的散热过程中，使混凝土获得必要的强度。
5 裂缝的处治
5.1表面修补法
表面修补法适用于对承载能力没有影响的表面裂缝的处理，也适用于大面积细裂缝防渗、防漏的处理。可分为表面涂抹水泥砂浆、表面涂抹环氧胶泥、采用环氧粘贴玻璃布、表面涂刷油漆或沥青、表面凿槽嵌補五种处理方法。
5.1.1表面涂抹水泥砂浆
将裂缝附近的混凝土表面凿毛，或沿裂缝凿成深15～20mm，宽150～200mm的凹槽，扫净并洒水湿润，先刷水泥净浆一层，然后用1:2的水泥砂浆分2～3层涂抹，总厚度控制在10～20mm左右，并用铁抹抹平压光。有防水要求时应用2mm厚水泥净浆及5mm厚1:2的水泥砂浆交替抹压4～5层，刚性防水层涂抹3～4小时后进行覆盖，洒水养护。在水泥砂浆中掺入占水泥重量1～3%的氯化铁防水剂，可起到促凝和提高防水性能的效果。为了使砂浆与混凝土表面结合良好，抹光后的砂浆面应覆盖塑料薄膜，并用支撑模板顶紧加压。见图5-1。
图5-1
5.1.2表面涂抹环氧胶泥
涂抹环氧胶泥前，先将裂缝附近80～100mm宽度范围内的灰尘、浮渣用压缩空气吹净，或用钢丝刷、砂纸、毛刷清除干净并洗净，油污可用二甲苯或丙酮擦洗一遍，如表面潮湿，应用喷灯烘烤干燥、预热，以保证环氧胶泥与混凝土粘结良好。若基层难以干燥，则用环氧煤焦油胶泥涂抹。涂抹时，用毛刷或刮板均匀蘸取胶泥，并涂刮在裂缝表面。
5.1.3采用环氧粘贴玻璃布
玻璃布使用前应在碱水中煮沸30～60分钟，然后用清水漂净并晾干，以除去油脂，保证粘结。一般贴1～2层玻璃布。第二层玻璃布的周边应比下面一层宽10～12mm，以便压边。
5.1.4表面涂刷油漆、沥青
表面涂刷油漆、沥青，涂刷前混凝土表面应干燥。
5.1.5表面凿槽嵌补
沿混凝土裂缝凿一条深槽，槽内嵌水泥砂浆或环氧胶泥、聚氯乙烯胶泥、沥青油膏等，表面作砂浆保护层。槽内混凝土面应修理平整并清洗干净，不平处用水泥砂浆填补，保持槽内干燥，否则应先导渗、烘干，待槽内干燥后再行嵌补。环氧煤焦油胶泥可在潮湿情况下填补，但不能有淌水现象。嵌补前先用素水泥浆或稀胶泥在基层刷一层，然后用抹子或刮刀将砂浆或环氧胶泥、聚氯乙烯胶泥嵌入槽内压实，最后用1:2水泥砂浆抹平压光。在侧面或顶面嵌填时，应使用封槽托板逐段嵌托并压紧，待凝固后再将托板去掉。见图5-2。
图5-2
5.2内部修补法
内部修补法是用压浆泵将胶结料压入裂缝中，由于其凝结、硬化而起到补缝作用，以恢复结构的整体性。这种方法适用于对结构整体性有影响，或有防水、防渗要求的裂缝修补。
常用的灌浆材料有水泥和化学材料，可按裂缝的性质、宽度、施工条件等具体情况选用。一般对宽度大于0.5mm的裂缝，可采用水泥灌浆，对宽度小于0.5mm的裂缝，或较大的温度收缩裂缝，宜采用化学灌浆。
5.2.1水泥灌浆
一般用于大体积混凝土裂缝采用水泥灌浆修补时，主要施工程序是钻孔、冲洗、止浆、堵漏、埋管、试水、灌浆。钻孔采用风钻或打眼机进行，孔距l～1.5m，除浅孔采用骑缝孔外，—般钻孔轴线与裂缝呈30～45度斜角，孔深应穿过裂缝面0.5m以上，当有两排或两排以上的孔时，宜交错或呈梅花形布置，但应注意防止沿裂缝钻孔。冲洗在每条裂缝钻孔完毕后进行，其顺序按竖向排列自上而下逐孔冲洗。止浆及堵漏待缝面冲洗干净后，在裂缝表面用1:2的水泥砂浆或用环氧胶泥涂抹。埋管（一般用直径19～38mm的钢管作灌浆管，钢管上部加工丝扣）安装前应在外壁裹上旧棉絮并用麻丝缠紧，然后旋入孔中，孔口管壁周围的孔隙用旧棉絮或其它材料塞紧，并用水泥砂浆或硫磺砂浆封堵，防止冒浆或灌浆管从孔口脱出。试水是用0.098～0.196MPa压力水作渗水试验，采取灌浆孔压水、排气孔排水的方法，检查裂缝和管路畅通情况，然后关闭排气孔，检查止浆堵漏效果，并湿润缝面以利于粘结。灌浆应采用425号以上的普通水泥，细度要求经6400孔／cm2的标准筛过筛，筛余量在2%以下，可使用2:1、1:1、0.5:1等几种水灰比的水泥净浆或1:0.54:0.3（即水泥：粉煤灰：水）的水泥粉煤灰浆，灌浆压力一般为0.294～0.491MPa，压浆完毕时浆孔内应充满灰浆，并填入湿净砂，用棒捣实，每条裂缝应按压浆顺序依次进行，当出现大量渗漏情况时，应立即停泵堵漏，然后继续压浆。
5.2.2化学灌浆
化学灌浆能控制凝结时间，有较高粘结强度和一定的弹性，恢复结构整体性效果较好，适用于各种情况下的裂缝修补及堵漏、防渗处理。灌浆材料应根据裂缝性质、裂缝宽度和干燥情况选用。常用的灌浆材料有环氧树脂浆液（能修补缝宽0.2mm以下的干燥裂缝）、甲凝（能灌0.03～0.1mm的干燥细微裂缝）、丙凝（用于堵水、止漏及渗水裂缝的修补，能灌0.1mm以下的细裂缝）等。环氧树脂浆液具有粘结强度高、施工操作方便、成本低等优点，应用最广。灌浆操作主要工序是表面处理（布置灌浆嘴和试气）、灌浆、封孔，一般采取骑缝直接用灌浆嘴施灌，不用另外钻孔。配制环氧浆液时，应根据气温控制材料温度和浆液的初凝时间（1小时左右）。灌浆时，操作人员要戴上防毒口罩，以防中毒。见图5-3
图5-3
5.2.3结构加固法
钢筋混凝土结构的加固，应在结构评定的基础上进行，加固的目的有结构强度加固、稳定性加固、刚度加固、抗裂性能加固四种。这四种加固之间既有联系又有区别，最常遇到的是结构强度加固（即结构补强）。结构加固可分为不改变结构受力图形和改变结构受力图形的两种方法，亦可分为非预应力加固和预应力加固两类。对结构或构件存在的强度（拉、压、弯、剪、扭、疲劳）、刚度（挠曲）、裂缝（由受力、温度、沉降、安装引起的）、稳定（由倾斜、偏歪、长细比过小、支撑不妥引起的）、沉降（由不均匀荷重或不均匀地基、淤泥层、大孔土地基、回填土等引起的）、使用（净空尺寸不够、吊车卡轨、振动、钢筋锈蚀，结构腐蚀）等方面的问题，要区分局部性还是全局性的，关键部位还是次要部位的，在分析了问题产生的主要原因后，分别根据处理的原则和界限，视工程具体情况和条件，有针对性地采取适当加固方法。
但是，出现裂缝并不是绝对地影响结构安全，它都有一个最大允许值(见表5-2)。
钢筋混凝土结构最大裂缝宽度的限值
环境类别 室内正常环境 室内潮湿环境、露天环境 滨海室外环境
最大裂缝宽度限值 0.3（0.4）mm 0.2mm 0．2mm
一般当裂缝宽度在0.1～0.2mm时，虽然早期有轻微渗水，但经过一段时间后，裂缝可以自愈。如超过0.2～0.3mm，则渗漏水量将随着裂缝宽度的增加而迅速加大。所以，在地下工程中应尽量避免超过0.3mm贯穿全断面的裂缝。如出現这种裂缝，将大大影响结构的使用，必须进行化学灌浆等方法加固处理。
6 结束语
综上所述，大体积混凝土裂缝的控制是一个综合性的问题，需要经过设计、施工、监理及使用方等多方面的配合。随着当今我们对混凝土耐久性研究的不断深入，材料科学的不断发展和建筑技术水平的不断提高，大体积混凝土裂缝问题将会逐渐得以圆满地解决。
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[3]孙志亮 治理钢混结构裂缝的常用方法 内蒙古水利，2010年第4期
[4]米本红 大体积混凝土裂缝的预防措施 吉林水利，2008年第7期
[5]王宗昌 混凝土结构裂缝的分类特征及密封处理 混凝土，2002年第5期
作者简介：
罗占泽，男，1981年11月出生，汉族，河南南阳人，工程师，2004年毕业于三峡大学经济与管理学院，工程管理专业，现为华润电力（宜昌）有限公司土建专业工程师