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【摘 要】当前，随着我国房屋建筑规模的不断扩大，大体积混凝土施工越来越多。由于大体积混凝土具有施工难度高、体积庞大、施工提交复杂和结构厚实等特点，这使得体积混凝土在施工中极易受到施工不当、收缩变形和水热化等因素的影响，从而引发工程项目质量问题，这样不但为大体积混凝土结构带来了更大的安全隐患，而且也会影响到建筑的耐久性能。
【关键词】大体积混凝土；施工技术；质量控制
一、大体积混凝土裂缝产生的原因、危害
（一）荷载引起的裂缝
（1）直接应力裂缝是指外荷载引起的直接应力产生的裂缝。设计计算阶段，结构计算时不计算或部分漏算；计算模型不合理；结构受力假设与实际受力不符；荷载少算或漏算；内力与配筋计算错误。结构设计时不考虑施工的可能性；设计断面不足；结构刚度不足；构造处理不当；设计图纸交代不清等。施工阶段，不加限制地堆放施工机具、材料；不按设计图纸施工；擅自更改结构施工顺序；改变结构受力模式等。使用阶段，超出设计载荷；发生大风、大雪、地震、爆炸等。
（2）次应力裂缝是指由外荷载引起的次生应力产生裂缝。在设计外荷载作用下，由于建筑物的实际工作状态同常规计算有出入或计算不考虑，从而在某些部位引起次应力导致结构开裂。实际工程中，次应力裂缝是产生荷载裂缝的最常见原因。在设计上，应注意避免结构突变，当不能回避时，应做局部处理。
（二）收缩裂缝
混凝土的收缩引起收缩裂缝。收缩的主要影响因素是混凝土中的用水量和水泥用量，混凝土中的用水量和水泥用量越高，混凝土的收缩就越大。选用水泥品种的不同，干缩、收缩的量也不同。收缩量较小的水泥为中低热水泥和粉煤灰水泥。混凝土的逐渐散热和硬化过程引起的收缩，会产生很大的收缩应力，如果产生的收缩应力超过当时的混凝土极限抗拉强度，就会在混凝土中产生收缩裂缝。人们对收缩给予了很大的关注，但引人关注的并不是收缩本身，而是由于它会引起开裂。混凝土的收缩现象有好几种，比较熟悉的是干燥收缩和温度收缩。
（三）温差裂缝
混凝土内部和外部的温差过大会产生裂缝。温差裂缝的主要影响因素是水泥水化热引起的混凝土内部和混凝土表面的温差过大，特别是大体积混凝土更易发生此类裂缝。大体积混凝土结构一般要求一次性整体浇筑，浇筑后，水泥因水化引起水化热，由于混凝土体积大，聚集在内部的水泥水化热不容易散发，混凝土内部温度将显著升高，而混凝土表面土则散热较快，形成了较大的温度差，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力，此时，混凝土龄期短，抗拉强度很低。当温差产生的表面抗拉应力超过混凝土极限抗拉强度，则会在混凝土的表面产生裂缝。大体积混凝土施工，由于混凝土内部与表面散热速率不一样，在其表面形成較大的温度梯度，从而引起较大的表面拉应力。同时，此时混凝土的龄期很短，抗拉强度很低，温差产生的表面拉应力，超过此时的混凝土极限抗拉强度，就会在混凝土表面产生表面裂缝。此种裂缝一般产生在混凝土浇筑后的第3天（升温阶段）。混凝土降温阶段，由于逐渐降温而产生收缩，再加上混凝土硬化过程中，由于混凝土内部拌合水的水化和蒸发以及胶质体的胶凝等作用，促使混凝土硬化时收缩。这两种收缩由于受到基底或结构本身的约束，也会产生很大的拉应力，直至出现收缩裂缝。
（四）施工材料不合格引起的
混凝土的原材料砂、石含泥量超标，级配较差，水泥安定性存在问题，引起混凝土开裂并且严重影响其强度。
二、大体积混凝土裂缝的防治和质量控制措施
从微观方面分析，混凝土有裂缝是绝对的，没有裂缝是相对的。所以混凝土建筑物裂缝的防治，就是为了将其对建筑物的危害程度控制在允许范围内。为此，在实际工程中应从设计和施工两方面着手预防和控制混凝土建筑物裂缝。
（一）设计方面
（1）减少地基的不均匀沉降
基础设计方面可以采取调整基础的埋置深度、地基计算强度、垫层厚度等方法来控制地基的不均匀变形。同一软弱土地基上，应尽量采用同一种类型的基础，否则容易造成沉降量大小不均匀，从而产生危害性裂缝。
（2）合理设置结构缝
设置结构缝的位置和缝宽的选定要适当，构造要合理。可以把伸缩缝、沉降缝和抗震缝合并设置。按照设计规范要求设置伸缩缝，但应考虑高温、冬期、长期暴露在大气中的建筑物，承受反复的温差，骤冷骤热，反复的干湿作用，结构内部不断产生裂缝和裂缝扩展等因素。当结构体型突变或者设置的伸缩缝间距偏大，超出规范要求时应采取有效的防开裂措施，如增大配筋率、通长配筋、设置后浇带、改善混凝土级配等。
（3）避免应力集中，合理增配构造钢筋提高抗裂能力
尽量避免结构断面突变产生应力集中，在易产生应力集中的薄弱环节采取加强措施，适当增加附加筋，以增强其抗裂能力。设计人员应重视构造钢筋的配置，选择构造钢筋的直径和数量要适宜。从设计上说，构造钢筋很重要，结构设计经常忽略结构约束性质，从而产生构造性裂缝。所以，配筋不但要满足结构承载的要求，而且还要满足混凝土正常使用的要求，合理增配构造钢筋有利于提高抗裂能力。
（4）加大保护层厚度
适当加大保护层厚度，可以提高保护层的质量以及密实性，降低其渗透性，予以阻止或者延缓混凝土的碳化速度，提高劈裂强度。地下结构保护层厚，要加钢丝网；楼板要布设设备管，也要适当增加楼板厚度。
（5）加设次梁减少裂缝
在现代设计中，现浇板的宽度越来越大，长度越来越长，而楼板的厚度却不能太大，如果在板下面的适当部位增加次梁，就可以增加板的刚度，减少板的挠曲变形，从而达到不出现危害性裂缝的目的。没有条件设置次梁时，可以在易裂的边缘部位设置暗梁，提高该部位的配筋率，从而提高混凝土的极限拉伸，有效地防止裂缝的产生。
（二）施工方面 （1）严格控制混凝土原材料质量
尽量采用粒径级配良好的石子及中、粗砂，以减少混凝土的用水量，使混凝土的收缩和泌水随之减少，同时应控制含泥量不能超过规范要求。水泥宜选择低水化热、低收缩质量稳定的普通硅酸盐水泥。外加剂和掺合料必须性能可靠，有利于降低混凝土凝固过程的水化热。
水泥用量也是混凝土收缩率的重要因素，掺加减水防裂剂的混凝土在保持混凝土强度的条件下可减少15%的水泥用量，其体积用增加骨料用量来补充。高性能外加剂的一个重要指标是收缩率比。普通外加剂的收缩比为135%，那么高性能外加剂的收缩率比应小于等于100%。也就是说，添加外加剂的混凝土收缩性能起码要与普通混凝土相当，而不能低于普通混凝土。在混凝土中掺加抗裂性能好的活性掺合料，不仅可以降低水泥用量，减少混凝土收缩、耐用，可以缓解混凝土早期开裂的危险性。因为掺加抗裂性能好的活性掺合料可以降低混凝土早期强度，减少混凝土的早期收缩，从而缓解混凝土早期开裂的危险性。并能增进混凝土的后期强度。
（2）降低水泥水化热
降低水泥水化热主要通过以下几种方式实现：选用低水化热或水化热的水泥品种配制混凝土，如矿渣硅酸盐水泥。充分利用混凝土的后期强度，减少水泥用量。尽量选用粒径较大，级配良好的粗骨料。因为增大骨料粒径，可减少用水量而使混凝土的收缩和泌水随之减少；同时亦可减少水泥用量从而使水泥的水化热减少，最终降低了混凝土的温升。施工时掺入相应的减水剂、缓凝剂，改善混凝土和易性，从而降低水灰比，以达到减少水泥用量、降低水化热的目的。掺和粉煤灰等掺合料。混凝土内掺加一定数量的粉煤灰不仅可代替部分水泥，而且由于粉煤灰颗粒呈球形，具有一定的活性可改善混凝土的粘塑性，增加混凝土的和易性，有效降低混凝土的水化热反应。预埋冷却水管强制降温，但必须注意严格控制进出口水温温差，一般不超过250C。控制拌合用水温度，防水泥水化热峰值提前上升。
（3）使混凝土配合比有利于减少和避免裂缝
配合比中，在满足配合比规范和混凝土技术指标前提下，宜适当减少水泥用量和用水量，降低水灰比，提高和易性。对泵送混凝土，不能单纯用增加单位用水量的方法，来满足泵送混凝土的可泵性要求。这样不仅多用水泥，增加混凝土的收缩，而且还会使水化热升高，易引起裂缝。为此，在施工中可渗入适量的粉煤灰或减水剂（如木质磺酸钙、MF等），以进一步改善混凝土的特性。
（4）合理设置后浇带
对于大型混凝土建筑物，合理的设置后浇带有利于控制施工期的温差与收缩应力，减少裂缝。后浇带设置时，要遵循“数量适当，位置合理”的原则。后浇带一般间距为30～50m，并应贯穿整个底板斷面。后浇带内填筑的混凝土应用微膨胀水泥或无收缩水泥，混凝土强度应比原结构强度提高一级。
（5）控制入模坍落度，做好浇筑振捣工作
在满足混凝土运输和布放要求前提下，要尽可能减小入模坍落度。混凝土入模后，要及时振捣，并做到不漏振，不过振。对重点部位可在混凝土振捣界限以前给予二次振捣，再次排除因泌水在粗集料，水平钢筋下部生成的水分和空隙，提高混凝土的握裹力，并在混凝土初凝后、终凝前进行混凝土表面多次抹压，防止因混凝土的表面收缩而出现的细微裂缝，增加混凝土密实度。提高混凝土抗压强度和抗裂强度。
（6）避免混凝土结构内外温差过大
①首先，降低混凝土的入模温度，且不应大于25℃，使混凝土凝固时，其内部在较低的温度起升点升温，从而避免混凝土内部温度过高。其次，采取延长拆模时间和外保温等措施，使内外温差控制在一定范围之内，降低水化热降温引起的拉应力，减少温度裂缝。加强温度监测与管理，实行信息化控制，随时控制混凝土内温度变化，及时调整保温及养护措施。
②改善约束条件，减少温度应力。可采用分层或分块浇筑大体积混凝土，合理设置水理或垂直施工缝，或在适当的位置设置施工后浇带，以放松约束程度，减少每次浇筑长度的蓄热量，以防止水化热的积聚，减少温应力。
（7）加强混凝土养护
在每次混凝土浇筑完毕后，应及时按温控技术措施的要求进行保温养护。不同施工季节应选择不同的混凝土养护方法。夏季施工时，要采用草帘覆盖、蓄水、洒水、喷水等温降方法进行养护；正常气温时，可喷刷养生液养护；冬季施工时，可使用保温材料来提高混凝土的表面温度，也可用薄膜养生液、塑料薄膜等封闭料对混凝土保温、保湿，在寒冷季节可搭设挡风保温棚。混凝土的养护时间根据水泥的品种确定，一般来讲，普通水泥的养护时间为14天，矿渣水泥、粉煤灰粉水泥、火山灰水泥及掺加掺和料后的混凝土的养护时间为21天。
结语
综上所述，在大体积混凝土施工中，不同的影响因素会致使不同程度的裂缝病害出现。为了避免出现裂缝病害，施工企业必须要在施工中正确选择施工材料，优化混凝土配合比和供应，运用科学先进的方法加强施工管理，做好大体积混凝土的制作和养护工作，通过各个施工环节的有效控制，来提升大体积混凝土的质量，避免裂缝病害出现。在实际施工过程中，施工人员要通过仔细的观察和比较来对大体积混凝土的性状进行检验，一旦发现问题必须要进行全面的分析和讨论，结合预防处理措施来制定出切实有效的处理措施，从而降低病害出现的几率，为大体积混凝土施工质量的提升提供主观支持。
参考文献：
[1]朱伯芳，侯文倩，李玥.混凝土高坝仿真分析的混合算法[J].水利水电技术.2013（09）
[2]朱伯芳.关于“混凝土高坝温度应力仿真分析的三分区算法”的讨论[J].水利学报.2013（12）
[3]张国新，刘毅，李松辉，朱伯芳.“九三一”温度控制模式的研究与实践[J].水力发电学报.2014（02）
【关键词】大体积混凝土；施工技术；质量控制
一、大体积混凝土裂缝产生的原因、危害
（一）荷载引起的裂缝
（1）直接应力裂缝是指外荷载引起的直接应力产生的裂缝。设计计算阶段，结构计算时不计算或部分漏算；计算模型不合理；结构受力假设与实际受力不符；荷载少算或漏算；内力与配筋计算错误。结构设计时不考虑施工的可能性；设计断面不足；结构刚度不足；构造处理不当；设计图纸交代不清等。施工阶段，不加限制地堆放施工机具、材料；不按设计图纸施工；擅自更改结构施工顺序；改变结构受力模式等。使用阶段，超出设计载荷；发生大风、大雪、地震、爆炸等。
（2）次应力裂缝是指由外荷载引起的次生应力产生裂缝。在设计外荷载作用下，由于建筑物的实际工作状态同常规计算有出入或计算不考虑，从而在某些部位引起次应力导致结构开裂。实际工程中，次应力裂缝是产生荷载裂缝的最常见原因。在设计上，应注意避免结构突变，当不能回避时，应做局部处理。
（二）收缩裂缝
混凝土的收缩引起收缩裂缝。收缩的主要影响因素是混凝土中的用水量和水泥用量，混凝土中的用水量和水泥用量越高，混凝土的收缩就越大。选用水泥品种的不同，干缩、收缩的量也不同。收缩量较小的水泥为中低热水泥和粉煤灰水泥。混凝土的逐渐散热和硬化过程引起的收缩，会产生很大的收缩应力，如果产生的收缩应力超过当时的混凝土极限抗拉强度，就会在混凝土中产生收缩裂缝。人们对收缩给予了很大的关注，但引人关注的并不是收缩本身，而是由于它会引起开裂。混凝土的收缩现象有好几种，比较熟悉的是干燥收缩和温度收缩。
（三）温差裂缝
混凝土内部和外部的温差过大会产生裂缝。温差裂缝的主要影响因素是水泥水化热引起的混凝土内部和混凝土表面的温差过大，特别是大体积混凝土更易发生此类裂缝。大体积混凝土结构一般要求一次性整体浇筑，浇筑后，水泥因水化引起水化热，由于混凝土体积大，聚集在内部的水泥水化热不容易散发，混凝土内部温度将显著升高，而混凝土表面土则散热较快，形成了较大的温度差，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力，此时，混凝土龄期短，抗拉强度很低。当温差产生的表面抗拉应力超过混凝土极限抗拉强度，则会在混凝土的表面产生裂缝。大体积混凝土施工，由于混凝土内部与表面散热速率不一样，在其表面形成較大的温度梯度，从而引起较大的表面拉应力。同时，此时混凝土的龄期很短，抗拉强度很低，温差产生的表面拉应力，超过此时的混凝土极限抗拉强度，就会在混凝土表面产生表面裂缝。此种裂缝一般产生在混凝土浇筑后的第3天（升温阶段）。混凝土降温阶段，由于逐渐降温而产生收缩，再加上混凝土硬化过程中，由于混凝土内部拌合水的水化和蒸发以及胶质体的胶凝等作用，促使混凝土硬化时收缩。这两种收缩由于受到基底或结构本身的约束，也会产生很大的拉应力，直至出现收缩裂缝。
（四）施工材料不合格引起的
混凝土的原材料砂、石含泥量超标，级配较差，水泥安定性存在问题，引起混凝土开裂并且严重影响其强度。
二、大体积混凝土裂缝的防治和质量控制措施
从微观方面分析，混凝土有裂缝是绝对的，没有裂缝是相对的。所以混凝土建筑物裂缝的防治，就是为了将其对建筑物的危害程度控制在允许范围内。为此，在实际工程中应从设计和施工两方面着手预防和控制混凝土建筑物裂缝。
（一）设计方面
（1）减少地基的不均匀沉降
基础设计方面可以采取调整基础的埋置深度、地基计算强度、垫层厚度等方法来控制地基的不均匀变形。同一软弱土地基上，应尽量采用同一种类型的基础，否则容易造成沉降量大小不均匀，从而产生危害性裂缝。
（2）合理设置结构缝
设置结构缝的位置和缝宽的选定要适当，构造要合理。可以把伸缩缝、沉降缝和抗震缝合并设置。按照设计规范要求设置伸缩缝，但应考虑高温、冬期、长期暴露在大气中的建筑物，承受反复的温差，骤冷骤热，反复的干湿作用，结构内部不断产生裂缝和裂缝扩展等因素。当结构体型突变或者设置的伸缩缝间距偏大，超出规范要求时应采取有效的防开裂措施，如增大配筋率、通长配筋、设置后浇带、改善混凝土级配等。
（3）避免应力集中，合理增配构造钢筋提高抗裂能力
尽量避免结构断面突变产生应力集中，在易产生应力集中的薄弱环节采取加强措施，适当增加附加筋，以增强其抗裂能力。设计人员应重视构造钢筋的配置，选择构造钢筋的直径和数量要适宜。从设计上说，构造钢筋很重要，结构设计经常忽略结构约束性质，从而产生构造性裂缝。所以，配筋不但要满足结构承载的要求，而且还要满足混凝土正常使用的要求，合理增配构造钢筋有利于提高抗裂能力。
（4）加大保护层厚度
适当加大保护层厚度，可以提高保护层的质量以及密实性，降低其渗透性，予以阻止或者延缓混凝土的碳化速度，提高劈裂强度。地下结构保护层厚，要加钢丝网；楼板要布设设备管，也要适当增加楼板厚度。
（5）加设次梁减少裂缝
在现代设计中，现浇板的宽度越来越大，长度越来越长，而楼板的厚度却不能太大，如果在板下面的适当部位增加次梁，就可以增加板的刚度，减少板的挠曲变形，从而达到不出现危害性裂缝的目的。没有条件设置次梁时，可以在易裂的边缘部位设置暗梁，提高该部位的配筋率，从而提高混凝土的极限拉伸，有效地防止裂缝的产生。
（二）施工方面 （1）严格控制混凝土原材料质量
尽量采用粒径级配良好的石子及中、粗砂，以减少混凝土的用水量，使混凝土的收缩和泌水随之减少，同时应控制含泥量不能超过规范要求。水泥宜选择低水化热、低收缩质量稳定的普通硅酸盐水泥。外加剂和掺合料必须性能可靠，有利于降低混凝土凝固过程的水化热。
水泥用量也是混凝土收缩率的重要因素，掺加减水防裂剂的混凝土在保持混凝土强度的条件下可减少15%的水泥用量，其体积用增加骨料用量来补充。高性能外加剂的一个重要指标是收缩率比。普通外加剂的收缩比为135%，那么高性能外加剂的收缩率比应小于等于100%。也就是说，添加外加剂的混凝土收缩性能起码要与普通混凝土相当，而不能低于普通混凝土。在混凝土中掺加抗裂性能好的活性掺合料，不仅可以降低水泥用量，减少混凝土收缩、耐用，可以缓解混凝土早期开裂的危险性。因为掺加抗裂性能好的活性掺合料可以降低混凝土早期强度，减少混凝土的早期收缩，从而缓解混凝土早期开裂的危险性。并能增进混凝土的后期强度。
（2）降低水泥水化热
降低水泥水化热主要通过以下几种方式实现：选用低水化热或水化热的水泥品种配制混凝土，如矿渣硅酸盐水泥。充分利用混凝土的后期强度，减少水泥用量。尽量选用粒径较大，级配良好的粗骨料。因为增大骨料粒径，可减少用水量而使混凝土的收缩和泌水随之减少；同时亦可减少水泥用量从而使水泥的水化热减少，最终降低了混凝土的温升。施工时掺入相应的减水剂、缓凝剂，改善混凝土和易性，从而降低水灰比，以达到减少水泥用量、降低水化热的目的。掺和粉煤灰等掺合料。混凝土内掺加一定数量的粉煤灰不仅可代替部分水泥，而且由于粉煤灰颗粒呈球形，具有一定的活性可改善混凝土的粘塑性，增加混凝土的和易性，有效降低混凝土的水化热反应。预埋冷却水管强制降温，但必须注意严格控制进出口水温温差，一般不超过250C。控制拌合用水温度，防水泥水化热峰值提前上升。
（3）使混凝土配合比有利于减少和避免裂缝
配合比中，在满足配合比规范和混凝土技术指标前提下，宜适当减少水泥用量和用水量，降低水灰比，提高和易性。对泵送混凝土，不能单纯用增加单位用水量的方法，来满足泵送混凝土的可泵性要求。这样不仅多用水泥，增加混凝土的收缩，而且还会使水化热升高，易引起裂缝。为此，在施工中可渗入适量的粉煤灰或减水剂（如木质磺酸钙、MF等），以进一步改善混凝土的特性。
（4）合理设置后浇带
对于大型混凝土建筑物，合理的设置后浇带有利于控制施工期的温差与收缩应力，减少裂缝。后浇带设置时，要遵循“数量适当，位置合理”的原则。后浇带一般间距为30～50m，并应贯穿整个底板斷面。后浇带内填筑的混凝土应用微膨胀水泥或无收缩水泥，混凝土强度应比原结构强度提高一级。
（5）控制入模坍落度，做好浇筑振捣工作
在满足混凝土运输和布放要求前提下，要尽可能减小入模坍落度。混凝土入模后，要及时振捣，并做到不漏振，不过振。对重点部位可在混凝土振捣界限以前给予二次振捣，再次排除因泌水在粗集料，水平钢筋下部生成的水分和空隙，提高混凝土的握裹力，并在混凝土初凝后、终凝前进行混凝土表面多次抹压，防止因混凝土的表面收缩而出现的细微裂缝，增加混凝土密实度。提高混凝土抗压强度和抗裂强度。
（6）避免混凝土结构内外温差过大
①首先，降低混凝土的入模温度，且不应大于25℃，使混凝土凝固时，其内部在较低的温度起升点升温，从而避免混凝土内部温度过高。其次，采取延长拆模时间和外保温等措施，使内外温差控制在一定范围之内，降低水化热降温引起的拉应力，减少温度裂缝。加强温度监测与管理，实行信息化控制，随时控制混凝土内温度变化，及时调整保温及养护措施。
②改善约束条件，减少温度应力。可采用分层或分块浇筑大体积混凝土，合理设置水理或垂直施工缝，或在适当的位置设置施工后浇带，以放松约束程度，减少每次浇筑长度的蓄热量，以防止水化热的积聚，减少温应力。
（7）加强混凝土养护
在每次混凝土浇筑完毕后，应及时按温控技术措施的要求进行保温养护。不同施工季节应选择不同的混凝土养护方法。夏季施工时，要采用草帘覆盖、蓄水、洒水、喷水等温降方法进行养护；正常气温时，可喷刷养生液养护；冬季施工时，可使用保温材料来提高混凝土的表面温度，也可用薄膜养生液、塑料薄膜等封闭料对混凝土保温、保湿，在寒冷季节可搭设挡风保温棚。混凝土的养护时间根据水泥的品种确定，一般来讲，普通水泥的养护时间为14天，矿渣水泥、粉煤灰粉水泥、火山灰水泥及掺加掺和料后的混凝土的养护时间为21天。
结语
综上所述，在大体积混凝土施工中，不同的影响因素会致使不同程度的裂缝病害出现。为了避免出现裂缝病害，施工企业必须要在施工中正确选择施工材料，优化混凝土配合比和供应，运用科学先进的方法加强施工管理，做好大体积混凝土的制作和养护工作，通过各个施工环节的有效控制，来提升大体积混凝土的质量，避免裂缝病害出现。在实际施工过程中，施工人员要通过仔细的观察和比较来对大体积混凝土的性状进行检验，一旦发现问题必须要进行全面的分析和讨论，结合预防处理措施来制定出切实有效的处理措施，从而降低病害出现的几率，为大体积混凝土施工质量的提升提供主观支持。
参考文献：
[1]朱伯芳，侯文倩，李玥.混凝土高坝仿真分析的混合算法[J].水利水电技术.2013（09）
[2]朱伯芳.关于“混凝土高坝温度应力仿真分析的三分区算法”的讨论[J].水利学报.2013（12）
[3]张国新，刘毅，李松辉，朱伯芳.“九三一”温度控制模式的研究与实践[J].水力发电学报.2014（02）