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摘要：在高层建筑基础工程、水利水电工程、桥梁工程等施工中，需要一次性浇筑大体积混凝土，大体积混凝土施工时, 由于水泥水化过程中释放大量的水化热, 使混凝土结构的温度梯度过大, 从而导致混凝土结构出现度裂缝。本文简要地探讨了大体积混凝土施工在建筑工程中的技术应用,并对其所产生裂缝的原因进行了一定的分析,从而相应地提出了几点混凝土施工过程中的结构性裂缝防治措施。
关键词；大体积混凝土 温度裂缝 控制措施
中图分类号：TU37文献标识码： A1 裂缝产生的原因
1.1水泥的水化热
大体积混凝土结构断面尺寸较大，导热性能差。在升温阶段，由于内部水化热升温，大体积混凝土的内外形成温差，冷缩的外部收到内部热膨胀约束而处于受控状态，当拉应力超过混凝土极限抗拉强度时，会在表面产生裂缝，这是大体积混凝土产生裂缝的最主要因素。
1.2地基和相邻部件的作用力
大体积混凝土结构在降温开始冷缩阶段，由于受到基础和相邻部件的约束，会在内部形成拉应力，当拉应力超过其极限抗拉强度时，从约束面产生垂直裂缝。
1.3 外界气温的变化大体积混凝土在施工期间, 其内部温度取决于浇注温度、水泥水化温度和散热温度，当外界温度骤然变化时，就会迅速增加大体积混凝土内外温差，产生较大的温度应力，导致大体积混凝土结构出现裂缝。
1.4 混凝土收缩变形 混凝土中的拌合用水只有少量的参与和水泥水化反应，大部分被蒸发, 蒸发这部分水是引起混凝土收缩的主要原因之一用水量和水泥用量越高, 混凝土的收缩就越大，当收缩受到约束力时，因收缩应力引起收缩裂缝。
2 裂缝的控制措施
大体积混凝土很难完全防止裂缝的发生，只能控制裂缝，但是如果重视温度设计和各种影响因素，可以最大限度的减少裂缝发生。
2.1设计方面
混凝土的设计不仅要考虑荷载的作用，还要考虑结构变形的问题。对于大体积混凝土，温度收缩应力的影响比荷载效应影响较大。大部分裂缝都是由于降温收缩导致的，目前工程中在设计方面采取多种方法抑制混凝土的收缩，从而减少裂缝的发生。
2.1.1配合比的设计
对配合比的要求是：既要保证其强度，又要大幅降低水化热，还要有良好的和易性、可保性、又要降低水泥和水的用量。
混凝土的热量主要来自水泥水化热，因而选用低水化热的矿渣硅酸盐水泥配置混凝土较好；精心设计混凝土配合比，采用参加粉煤灰和减水剂的“双参”技术，减少每立方米的水泥用量，已达到减低水化热的目的。
2.1.2加入膨胀剂
为了控制裂缝，施工中采取加入膨胀剂老补偿混凝土收缩的措施，来减小混凝土收缩开裂问题。目前有三类膨胀剂，硫酸铝钙类、氧化钙和氧化镁类膨胀剂。硫酸铝钙类膨化剂水化较快，膨胀主要发生在15天前，其膨胀原因是钙矾石在70e～80e左右可产生分解，氧化钙类膨胀剂水化也较快，在水压力下容易产生分解。氧化镁类膨胀剂物理化学性质较稳定，其膨胀主要发生在大体积混凝土的降温收缩阶段，以用于水下等大体积混凝土。
2.1.3 基础上设置滑动层
滑动层这个概念在国家标准中已经采用。依据平面建筑的布置，在基础或者旧混凝土上设置滑动层，减少对结构的约束力，从而降低温度产生的应力。一般柔性防水层都可以做滑动层。像碎石垫层、沥青砂可以起到一定
2.1.4 掺加纤维
纤维具备独特的抗拉强度和分散性，能够三维分散在砂浆、水泥混凝土中，抑制混凝土的早起塑性收缩和裂缝的扩展，大大提高混凝土的各项力学指标， 工程常用的是钢纤维、聚丙烯纤维和玻璃纤维，增强混凝土的抗裂性。大量的研究表明，碳纤维能显著改善混凝土是我力学性能和电学性能，具备自感知内部应力、应变和损伤程度的功能，可实现桥梁、大坝等土木工程的监测和损伤评估，三峡大坝围堰已经使用过。
2.1.5设计温度钢筋
依据规范温度裂缝的控制标准，按建筑对裂缝的控制等级要求不同，分为两类：一是不允许出现裂缝；二是允许开裂，但是对裂缝有所限制。配置温度钢筋的目的是限制裂缝，这类在工程中常用。对于一般的大体积混凝土，配筋率低的，在大体积混凝土基础表面及内部设置必要的温度配筋, 以改善应力分布, 防止裂缝的出现。3材料的选取
合适的原材料决定了混凝土的力学性能，也影响温控的难易程度，。理想的材料是导热系数大、收缩小，碱反应和水化热小，抗拉强度好的骨料和水泥。对于大体积混凝土，选用水化热低的水泥，避免采用产生水化热高降低的早强水泥。在满足强度的同时掺入适量的粉煤灰减少水泥用量，降低水化热。使用合适的减水剂，降低拌合用水量，减少收缩。
3.1控制集料含泥量
砂、石含泥量过大, 不仅增加混凝土的收缩, 而且降低混凝土的抗拉强度, 对混凝土的抗裂十分不利。因此在混凝土拌制时必须严格控制砂、石的含泥量,将石子含泥量控制在1%以下, 中砂含泥量控制在2%以下, 减少因砂、石含泥量过大对混凝土抗裂的不利影响;。
3.2选用适宜的骨料
施工中根据现场条件尽量选用粒径较大，级配良好的粗骨料；选用中粗砂，改善混凝土和易性，并充分利用混凝土的后期强度，减少用水量。
4施工工艺
对于大体积混凝土施工，为了防治裂缝，可从施工工艺着手，减少温差，，降低温度应力，从而达到控制裂缝的目的。
4.1设置冷却管
在大体积混凝土中间预设蛇形冷却管，强制降低混凝土的水化热温度；冷却管Φ32mm的薄壁钢管，按照蛇形布置。每次冷却管间距为1m，同一层每根水管间距为1m，外侧水管距混凝土外边缘按0.5m控制。冷却管使用前应进行水压试验，防止管道漏水，阻水；黁凝土浇筑到各层冷却水管标高后既可开始通水，各层混凝土峰值过后即可停止通水，通水流量应达到25L/min,通水时间根据测温结果确定；严格控制进出水温度，在保证冷却水管进水温度与混凝土内部的最高温度之差不超过30℃条件下，尽量使进水温度最低；在水管冷却全部结束后，应采用同标水泥浆或者砂浆封堵冷却水管。
4.2分层分块施工和避开雨季、高温和低温季节
4.2.1 大体积混凝土可采用分层分块的浇筑方法，降低浇注温度和浇筑层的厚度，利用浇筑面散热，合理安排施工工序，避免多大的高差.
4.2.2 施工现场应严格控制混凝土的水灰比和塌落度，保证振捣质量，不应在雨中浇灌混凝土，提高混凝土的浇筑质量；根据施工季节，采取不同的控制温度，如在夏季施工，尽可能早、晚或者夜间施工。如在冬季施工，尽量避开冬季最低气温的施工，可以采用蓄热法或者暖棚法施工。
4.3预测温度、设计养护方案
在约束条件和补偿收缩措施确定的前提下，大体积混凝土的降温收缩应力取决于降温至值和降温速度。降温值=浇注温度+水化热温升至-环境温度。为了防治大体积混凝土裂缝的发生，通过计算预测混凝土的浇筑温度，混凝土温升值的可能产生应力，并据此制定降低混凝土温差的控制措施，预先制定减缓温度降温速率的方案，和一旦出现意外情况的应急措施。
4.3.1计算混凝土内最大温升：理论计算公式和经验公式分别为：ΔTmax=WC×Q×(1-e-π)×ξ (1)
ΔTmax=WC/10+FA/50 (2)
其中，WC为混凝土级配中水泥用量，Q为水化热值；ξ为散热系数；FA为粉煤灰质量。
当混泥土厚度超过3m时，计算值与实际值偏差过大，建議把（2）式改为：ΔTmax=WC×Q×0.83/C+FA/50 (3)如果计算
三个公式有三种不同的计算结果，在实际施工时要考虑具体情况。在考虑施工、养护方案时，均按最不利的情况考虑。
4.3.2混凝土中心温度值：T1=T2+ΔT（t）,如果ΔT（t）计算温度较高，夏季的浇注温度T1应采取措施降下来。可采取的措施：依据浇筑温度，料石场子进仓前用冷水冲洗，水泥在仓内存放15天以上，晴天泵管用湿棉被包裹，气温高时可以加冰拌合，其中，拌合水中加冰效果最好。国外也有液氮冷却混凝土的实例，成本高一般不用。
5结束语
大体积混凝土在目前建筑工程中应用越来越广，因此如何防止大体积混凝土生产裂缝成为日益紧迫的研究课题。针对裂缝产生的原因，本文总结目前工程中应用的温度控制的方法，包括设计、材料、施工工艺三个大的方面。对症下药制定出合理控制措施并结合实际灵活运用。可以有效预防裂缝的发生。
参考文献：
[1] 宣善宏.大体积混凝土裂缝控制的施工技术措施[J]. 工程与建设2010，24（5）；671-673.
[2] 路璐，李兴贵.大体积混凝土裂缝控制的研究与进展[J]. 水利与建筑工程学报2011，10（1）；671-673.
[3] 吴红燕，李兴贵，曹学仁.大体积混凝土温度裂缝观测与分析[J]. 水利与建筑工程学报2011，9（2）；40-43.
[4] 王铁梦.建筑物裂缝控制[M]. 上海：上海科技出版社，1981.
[5] 赵国藩.钢筋混凝土结构裂缝控制[M]. 北京：海洋出版社，1991.
[6] 吴胜兴，任旭华.混凝土结构温度裂缝的特点及其配筋控制[J]. 水利水电科技进展，1996，16（5）；10-13.
[7] 彭立海，阎士勤，等.大体积混凝土温控与防裂[M]. 郑州：黄河水利出版社，1991.
[8] 高培伟，卢小琳，唐明述，等.膨胀剂对混凝土变形性能的影响[J]. 南京航空航天大学报，2006，38（2）；251-255.
[9] 何渝轩.大体积混凝土温度裂缝的施工控制技术[J]. 工程与建设，2008，22（2）；257-261.
[10] 尚建丽，邢琳琳，梁航，等.钢纤维混混凝土抗裂性能的试验研究[J].混凝土，2011，（7）；59-61.
[11] 张登祥，杨伟军，.外加剂及聚丙烯纤维对混混凝早起裂缝影响实验研究[J].长沙交通学院学报，2008，21（5）；42-45.
[12] 莫立武，邓敏.氧化镁膨胀剂的研究现状[J].膨胀剂与膨胀混凝土，2010，（1）；2-9.
作者简介：陈保柱（1981年8月），男，山东菏泽人。毕业于石家庄铁道大学，土木工程及市政工程专业，从事施工、设计、工程管理工作十多年，现任山西平朔低热值煤新建发电項目土建专业技术负责人。
关键词；大体积混凝土 温度裂缝 控制措施
中图分类号：TU37文献标识码： A1 裂缝产生的原因
1.1水泥的水化热
大体积混凝土结构断面尺寸较大，导热性能差。在升温阶段，由于内部水化热升温，大体积混凝土的内外形成温差，冷缩的外部收到内部热膨胀约束而处于受控状态，当拉应力超过混凝土极限抗拉强度时，会在表面产生裂缝，这是大体积混凝土产生裂缝的最主要因素。
1.2地基和相邻部件的作用力
大体积混凝土结构在降温开始冷缩阶段，由于受到基础和相邻部件的约束，会在内部形成拉应力，当拉应力超过其极限抗拉强度时，从约束面产生垂直裂缝。
1.3 外界气温的变化大体积混凝土在施工期间, 其内部温度取决于浇注温度、水泥水化温度和散热温度，当外界温度骤然变化时，就会迅速增加大体积混凝土内外温差，产生较大的温度应力，导致大体积混凝土结构出现裂缝。
1.4 混凝土收缩变形 混凝土中的拌合用水只有少量的参与和水泥水化反应，大部分被蒸发, 蒸发这部分水是引起混凝土收缩的主要原因之一用水量和水泥用量越高, 混凝土的收缩就越大，当收缩受到约束力时，因收缩应力引起收缩裂缝。
2 裂缝的控制措施
大体积混凝土很难完全防止裂缝的发生，只能控制裂缝，但是如果重视温度设计和各种影响因素，可以最大限度的减少裂缝发生。
2.1设计方面
混凝土的设计不仅要考虑荷载的作用，还要考虑结构变形的问题。对于大体积混凝土，温度收缩应力的影响比荷载效应影响较大。大部分裂缝都是由于降温收缩导致的，目前工程中在设计方面采取多种方法抑制混凝土的收缩，从而减少裂缝的发生。
2.1.1配合比的设计
对配合比的要求是：既要保证其强度，又要大幅降低水化热，还要有良好的和易性、可保性、又要降低水泥和水的用量。
混凝土的热量主要来自水泥水化热，因而选用低水化热的矿渣硅酸盐水泥配置混凝土较好；精心设计混凝土配合比，采用参加粉煤灰和减水剂的“双参”技术，减少每立方米的水泥用量，已达到减低水化热的目的。
2.1.2加入膨胀剂
为了控制裂缝，施工中采取加入膨胀剂老补偿混凝土收缩的措施，来减小混凝土收缩开裂问题。目前有三类膨胀剂，硫酸铝钙类、氧化钙和氧化镁类膨胀剂。硫酸铝钙类膨化剂水化较快，膨胀主要发生在15天前，其膨胀原因是钙矾石在70e～80e左右可产生分解，氧化钙类膨胀剂水化也较快，在水压力下容易产生分解。氧化镁类膨胀剂物理化学性质较稳定，其膨胀主要发生在大体积混凝土的降温收缩阶段，以用于水下等大体积混凝土。
2.1.3 基础上设置滑动层
滑动层这个概念在国家标准中已经采用。依据平面建筑的布置，在基础或者旧混凝土上设置滑动层，减少对结构的约束力，从而降低温度产生的应力。一般柔性防水层都可以做滑动层。像碎石垫层、沥青砂可以起到一定
2.1.4 掺加纤维
纤维具备独特的抗拉强度和分散性，能够三维分散在砂浆、水泥混凝土中，抑制混凝土的早起塑性收缩和裂缝的扩展，大大提高混凝土的各项力学指标， 工程常用的是钢纤维、聚丙烯纤维和玻璃纤维，增强混凝土的抗裂性。大量的研究表明，碳纤维能显著改善混凝土是我力学性能和电学性能，具备自感知内部应力、应变和损伤程度的功能，可实现桥梁、大坝等土木工程的监测和损伤评估，三峡大坝围堰已经使用过。
2.1.5设计温度钢筋
依据规范温度裂缝的控制标准，按建筑对裂缝的控制等级要求不同，分为两类：一是不允许出现裂缝；二是允许开裂，但是对裂缝有所限制。配置温度钢筋的目的是限制裂缝，这类在工程中常用。对于一般的大体积混凝土，配筋率低的，在大体积混凝土基础表面及内部设置必要的温度配筋, 以改善应力分布, 防止裂缝的出现。3材料的选取
合适的原材料决定了混凝土的力学性能，也影响温控的难易程度，。理想的材料是导热系数大、收缩小，碱反应和水化热小，抗拉强度好的骨料和水泥。对于大体积混凝土，选用水化热低的水泥，避免采用产生水化热高降低的早强水泥。在满足强度的同时掺入适量的粉煤灰减少水泥用量，降低水化热。使用合适的减水剂，降低拌合用水量，减少收缩。
3.1控制集料含泥量
砂、石含泥量过大, 不仅增加混凝土的收缩, 而且降低混凝土的抗拉强度, 对混凝土的抗裂十分不利。因此在混凝土拌制时必须严格控制砂、石的含泥量,将石子含泥量控制在1%以下, 中砂含泥量控制在2%以下, 减少因砂、石含泥量过大对混凝土抗裂的不利影响;。
3.2选用适宜的骨料
施工中根据现场条件尽量选用粒径较大，级配良好的粗骨料；选用中粗砂，改善混凝土和易性，并充分利用混凝土的后期强度，减少用水量。
4施工工艺
对于大体积混凝土施工，为了防治裂缝，可从施工工艺着手，减少温差，，降低温度应力，从而达到控制裂缝的目的。
4.1设置冷却管
在大体积混凝土中间预设蛇形冷却管，强制降低混凝土的水化热温度；冷却管Φ32mm的薄壁钢管，按照蛇形布置。每次冷却管间距为1m，同一层每根水管间距为1m，外侧水管距混凝土外边缘按0.5m控制。冷却管使用前应进行水压试验，防止管道漏水，阻水；黁凝土浇筑到各层冷却水管标高后既可开始通水，各层混凝土峰值过后即可停止通水，通水流量应达到25L/min,通水时间根据测温结果确定；严格控制进出水温度，在保证冷却水管进水温度与混凝土内部的最高温度之差不超过30℃条件下，尽量使进水温度最低；在水管冷却全部结束后，应采用同标水泥浆或者砂浆封堵冷却水管。
4.2分层分块施工和避开雨季、高温和低温季节
4.2.1 大体积混凝土可采用分层分块的浇筑方法，降低浇注温度和浇筑层的厚度，利用浇筑面散热，合理安排施工工序，避免多大的高差.
4.2.2 施工现场应严格控制混凝土的水灰比和塌落度，保证振捣质量，不应在雨中浇灌混凝土，提高混凝土的浇筑质量；根据施工季节，采取不同的控制温度，如在夏季施工，尽可能早、晚或者夜间施工。如在冬季施工，尽量避开冬季最低气温的施工，可以采用蓄热法或者暖棚法施工。
4.3预测温度、设计养护方案
在约束条件和补偿收缩措施确定的前提下，大体积混凝土的降温收缩应力取决于降温至值和降温速度。降温值=浇注温度+水化热温升至-环境温度。为了防治大体积混凝土裂缝的发生，通过计算预测混凝土的浇筑温度，混凝土温升值的可能产生应力，并据此制定降低混凝土温差的控制措施，预先制定减缓温度降温速率的方案，和一旦出现意外情况的应急措施。
4.3.1计算混凝土内最大温升：理论计算公式和经验公式分别为：ΔTmax=WC×Q×(1-e-π)×ξ (1)
ΔTmax=WC/10+FA/50 (2)
其中，WC为混凝土级配中水泥用量，Q为水化热值；ξ为散热系数；FA为粉煤灰质量。
当混泥土厚度超过3m时，计算值与实际值偏差过大，建議把（2）式改为：ΔTmax=WC×Q×0.83/C+FA/50 (3)如果计算
三个公式有三种不同的计算结果，在实际施工时要考虑具体情况。在考虑施工、养护方案时，均按最不利的情况考虑。
4.3.2混凝土中心温度值：T1=T2+ΔT（t）,如果ΔT（t）计算温度较高，夏季的浇注温度T1应采取措施降下来。可采取的措施：依据浇筑温度，料石场子进仓前用冷水冲洗，水泥在仓内存放15天以上，晴天泵管用湿棉被包裹，气温高时可以加冰拌合，其中，拌合水中加冰效果最好。国外也有液氮冷却混凝土的实例，成本高一般不用。
5结束语
大体积混凝土在目前建筑工程中应用越来越广，因此如何防止大体积混凝土生产裂缝成为日益紧迫的研究课题。针对裂缝产生的原因，本文总结目前工程中应用的温度控制的方法，包括设计、材料、施工工艺三个大的方面。对症下药制定出合理控制措施并结合实际灵活运用。可以有效预防裂缝的发生。
参考文献：
[1] 宣善宏.大体积混凝土裂缝控制的施工技术措施[J]. 工程与建设2010，24（5）；671-673.
[2] 路璐，李兴贵.大体积混凝土裂缝控制的研究与进展[J]. 水利与建筑工程学报2011，10（1）；671-673.
[3] 吴红燕，李兴贵，曹学仁.大体积混凝土温度裂缝观测与分析[J]. 水利与建筑工程学报2011，9（2）；40-43.
[4] 王铁梦.建筑物裂缝控制[M]. 上海：上海科技出版社，1981.
[5] 赵国藩.钢筋混凝土结构裂缝控制[M]. 北京：海洋出版社，1991.
[6] 吴胜兴，任旭华.混凝土结构温度裂缝的特点及其配筋控制[J]. 水利水电科技进展，1996，16（5）；10-13.
[7] 彭立海，阎士勤，等.大体积混凝土温控与防裂[M]. 郑州：黄河水利出版社，1991.
[8] 高培伟，卢小琳，唐明述，等.膨胀剂对混凝土变形性能的影响[J]. 南京航空航天大学报，2006，38（2）；251-255.
[9] 何渝轩.大体积混凝土温度裂缝的施工控制技术[J]. 工程与建设，2008，22（2）；257-261.
[10] 尚建丽，邢琳琳，梁航，等.钢纤维混混凝土抗裂性能的试验研究[J].混凝土，2011，（7）；59-61.
[11] 张登祥，杨伟军，.外加剂及聚丙烯纤维对混混凝早起裂缝影响实验研究[J].长沙交通学院学报，2008，21（5）；42-45.
[12] 莫立武，邓敏.氧化镁膨胀剂的研究现状[J].膨胀剂与膨胀混凝土，2010，（1）；2-9.
作者简介：陈保柱（1981年8月），男，山东菏泽人。毕业于石家庄铁道大学，土木工程及市政工程专业，从事施工、设计、工程管理工作十多年，现任山西平朔低热值煤新建发电項目土建专业技术负责人。