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摘要：本文从大体积混凝土施工中裂缝产生原因分析着手，对大体积混凝土裂缝的预防、控制措施从原材料到施工工艺进行了细致的阐述，同时对大体积混凝土无法避免的裂缝提出了一些修补方法用以借鉴，具有一定的实际意义。
关键词：大体积混凝土 裂缝 预防 控制 修补措施
0 引言
随着人们生活水平的提高与基础设施的不健全矛盾日益加剧，我国在公路、铁路及水利等大型基础设施的大力投入中，越来越多的大体积混凝土涌现，但是，大体积混凝土施工难度比较大，容易产生裂缝，影响结构物的使用效果。
1 大体积混凝土裂缝原因分析
大体积混凝土之所以容易产生裂缝，主要原因是混凝土所承受的拉应力和混凝土本身的抗拉强度之间的矛盾发展的结果，主要反映在以下几点。
1.1 环境影响 在混凝土施工规范中明确规定：在大气干燥（RH<50%），有风，阳光直射，混凝土水胶比≤0.45，日平均气温≥20℃z，混凝土表面的潮湿养护限至少为10天。
产生裂缝的环境影响主要是由于温差较大引起的，一是混凝土中原材料水泥硬化期间产生的大量水化热，致使混凝土内部温度上升，而表面温度（环境温度）变化很小，混凝土在不断上升的情况下，膨胀高于外部，在混凝土的早期抗拉强度很低的情况下，混凝土表面受到较大的拉应力后出现裂缝。这种温差产生的裂缝一般只在接近表面的范围内发生，表面层以下结构仍保持完整，不影响混凝土结构本身强度。二是结构温差较大，当大体积混凝土浇筑过程中受到外界约束力时没有采取有效地技术措施放松或取消约束，从而产生裂缝，这种裂缝会逐渐深入，直至形成贯穿混凝土结构的温度裂缝。
1.2 水泥的安定性 水泥的安定性是指水泥出炉后必须存放一段时间后（一般必须大于7天）才能施工使用，其主要目的是使新制水泥充分反应达到稳定状态。如果水泥刚出炉未过安定期就进行使用是大体积混凝土初凝前收光时出现混凝土开裂的最主要原因，对混凝土养护中出现的裂缝也有相当的影响。
1.3 混凝土及混凝土的坍落度 目前多数混凝土搅拌中均掺加粉煤灰，粉煤灰在混凝土中只是作为填充物并不与水泥发生凝结反应，这就使得这种混凝土与常规混凝土相比更容易出现裂缝现象。混凝土的坍落度一般对施工后的混凝土强度影响很大，但落坍度过大的混凝土造成承台表面浮浆较厚，浮浆中粉煤灰含量较大，终凝后没有强度，当不再进行养护后就会出现开裂。
1.4 施工过程控制 施工过程不规范也是造成混凝土裂缝的主要原因之一，具体表现在一是混凝土振捣不密实，致使混凝土密度不足，粗骨料下沉，浮浆过多；二是混凝土浇筑后，初凝前的没有及时二次拌压和抹压；三是养护不到位，不及时洒水，表面不覆盖或者不及时覆盖，水分很快散失，产生干缩而导致开裂。
1.5 混凝土养护 多数混凝土开裂的主要原因是混凝土养护的不及时和不到位是不无关系的。
2 大体积混凝土裂缝预防
由以上裂缝产生原因可以得出，除了受到施工过程不规范的影响外，主要原因在于混凝土的温度变化和受约束程度有关，减少和避免混凝土开裂的主要预防措施应在提高混凝土的抗裂能力、削减温度变化因素、减少混凝土结构中的约束力和变形、尽量防止环境因素的影响等方向上进行预防。
2.1 选择优质的混凝土原材料 ①选择合适水泥：优先采用低热、收缩性小的高标号水泥，以减少水泥用量，减少水化热，目的是降低混凝土结构的内部温升值，消除或者削减混凝土结构自身产生的温差。另外使用的水泥必须过了自身的安定期。②选用优质骨料：粗骨料优先选用连续的级配碎石，如果工程所在区域内难以购置到合适的级配碎石，可通过试验采用多种粒径碎石进行复配；细骨料优先选用细度模数2.80-3.00的中砂。粗细骨料含泥量控制在1%以内，不得混有有机质等杂物，杜绝使用海砂。③选择适当的外加剂：根据实际情况及混凝土的特殊要求，可在混凝土中掺加一定用量外加剂，如防水剂、膨胀剂、减水剂、缓凝剂等外加剂。掺入外加剂能提高混凝土的和易性，可减少20%左右的用水量，减小水灰比，初凝延长到5h左右。
2.2 精心设计配合比 通过选用良好级配的粗细骨料，严格控制砂石质量，降低水灰比，并在混凝土中掺加粉煤灰和外加剂等，以降低水泥用量，减少水化热，以降低混凝土温升，从而可以降低混凝土所受的拉应力。
在保证混凝土质量要求的情况下，设计混凝土配合比时，采用“三低二掺一高”的设计准则，生产出“高强、高韧性、高极拉值、中弹和低热”的抗裂混凝土。所谓的三低是指低砂率、低坍落度、低水胶比；二掺是指掺高效减水剂和高效引气剂；一高是指高粉煤灰掺量。
2.3 加强混凝土的测温工作 为消除和削减裂缝现象，混凝土的测温工作必不可少，有效地在混凝土结构内埋设若干个测温点，以利于掌握混凝土内部温升与表面温度的变化值。测温频次为：第1-5天按照1次/2h测温，第6天后每1次/4h测温，测至温度稳定为止。按照以前施工经验，混凝土内部温升的高峰值一般在4天内产生，3～4天内温度可上升到或接近最大温升，内外温差值可达到20℃左右，发现异常现象及时处理。
3 大体积混凝土裂缝控制措施
3.1 采用合理的浇筑工艺 大体积混凝土一般都是采用泵送工艺施工，根据其特点，采用“分段定点，一个坡度，薄层浇筑，循序推进，一次到顶”的方法。
这种方法可使混凝土在自然流淌状况下形成斜坡，可较好地适应泵送工艺，避免经常拆除、冲洗和接长混凝土输送管道，简化混凝土的泌水處理，提高泵送效率，同时需要保证混凝土上下层浇筑间隔不超过初凝时间。在浇筑带的前后应布置两道振动器，第一道布置在混凝土出料口，主要解决上部混凝土的振实；第二道布置在混凝土坡脚处，以确保下部混凝土密实。随着混凝土浇筑的高度的上升，振动器也相应进行调整，以确保混凝土的整体质量。
大体积混凝土表面水泥浆一般都比较厚，浇筑时可适当的抬高混凝土标高，浇筑结束后刮刀挂掉部分多余的表面水泥浆保证混凝土表面是真正的含有骨料的混凝土，在初凝前用铁滚筒碾压数遍并压实，以减少混凝土的收水裂缝。 3.2 控制入模温度 大体积混凝土春秋季施工最好，春秋两季环境温度可以降低混凝土入模温度。
如果必须在夏季施工，需要采取降低入模温度的措施，例如：混凝土拌合前可对碎石洒水降温；保证水泥、粉煤灰及粗细骨料仓库通风良好；自来水预先放入地下蓄水池中降溫；搭设遮阳棚保证混凝土浇筑时不在太阳下直接暴晒或者直射等等。
在浇筑混凝土过程中，采用温度传感片和测温仪，从浇筑开始进行入模温度和环境温度的测温工作，根据温度变化情况适时调整浇筑方法；浇筑完成后及时收面抹压，根据温控指标，及时调整养护方案。
3.3 适当增加预埋件 ①在混凝土结构中易产生裂缝的部位埋设应力应变传感片，直接测试拉应力，以便更直接控制混凝土的温度梯度，确保混凝土不易产生裂缝。②在混凝土表面增加一些铁丝网（小直径钢筋网），以增强混凝土表面抗裂性，减少表面裂缝发生的几率。③在工期允许的情况下，可采用“水平分层间隙”施工方法，分多层进行浇筑，间隙时间7d以上，在每层混凝土上表面增设抗缩钢筋网。这种施工方法可降低混凝土内部最高温升、减少材料及机械设备的投入。
3.4 加强混凝土后期保温保湿养护 ①混凝土保温保湿养护的最有效方法是在混凝土浇筑后尽快回填土，并在土中渗入水，回填土对混凝土预防裂缝也是非常有效的。②蓄水法保温养护，在混凝土浇筑期间可在内部设置冷却循环管并通水冷却混凝土内部热量，加快混凝土的热量散发，这种方法多用于夏季施工。③内散外蓄法综合养护，可有效降低混凝土的温升值，且可大大缩短养护周期，这种方法对于超厚大体积混凝土尤其适用。④特殊情况下的养护，秋冬季混凝土养护应加盖草袋、海绵；气候干燥多风地区拆模后及时采取防风，保湿措施，这些方法对温度影响系数的改变是相当有效的。
3.5 加强项目技术质量管理 严格加强控制原材料的检验工作，施工交底和方案必须详细明确，以数据说话，明确分工，责任到人，认真落实施工方案，严格按照交底组织实施施工。定时检查计量监测工作，并做好计量详细记录。在混凝土变截面施工前，一定要加强预测，并采取措施予以防范。
4 大体积混凝土裂缝的处理措施
大体积混凝土裂缝既然是混凝土结构中普遍存在的一种现象，目前仍无法完全避免，而它的出现不仅会降低混凝土结构的抗渗能力，影响结构的使用功能，而且可能会引起钢筋锈蚀、混凝土碳化，降低材料耐久性，影响结构物的承载能力，因此出现裂缝后该如何处理，笔者将近几年曾使用过的方法介绍如下，愿对同仁们有所帮助。
4.1 表面修补法 主要适用于稳定和对结构承载力没有影响的表面裂缝以及深进裂缝的处理。处理方法为：在裂缝表面涂抹水泥浆、环氧胶泥或在混凝土表面涂刷油漆、沥青等防腐材料，在防护同时为了防止混凝土受各种作用影响继续开裂，可在裂缝表面粘贴玻璃纤维布等措施。
4.2 低压注浆法（灌浆、嵌缝封堵法） 该法主要适用于对结构整体性有影响或有防渗要求的混凝土裂缝修补，它是利用压力设备将胶结材料压入混凝土的裂缝中，胶结材料硬化后与混凝土形成一个整体，从而起到封堵加固的目的。修补工序如下：裂缝清理——粘贴注浆嘴和封闭裂缝——试漏——配制注浆液——压力注浆——二次注浆——清理表面。
4.3 开槽填补法（混凝土置换法） 该法是处理严重损坏混凝土的一种游侠方法，此方法是先将损坏混凝土剔除，然后置换新的混凝土或其他材料。常用的置换材料有：普通混凝土或水泥砂浆、聚合物或改性聚合物混凝土或砂浆，工序为：开槽——涂刷界面处理浆——置换新的材料——养护。
4.4 结构加固法 当裂缝影响到混凝土结构性能时，采用加固法对混凝土结构进行处理。处理方法主要有：加大混凝土截面面积，在构件的角部外包型钢、采用预应力法加固、粘贴钢板加固、增设支点加固以及喷射混凝土补强加固等。
5 结论
通过对裂缝产生的原因、机理的分析，采取一定的针对性的措施，大体积混凝土的裂缝是可以减少到合理范围的。但由于裂缝产生的原因很复杂，要做到完全避免裂缝的产生还有一定的难度，还需要大量的研究和实践。作为技术人员应注意以下两点。
①影响大体积混凝土裂缝的因素虽很多，但主要原因是温度应力。作为工程技术人员，应了解混凝土内部的温度变化规律，合理选择水泥品种，严格控制水泥用量，掺加适量的混合材料和外加剂，优化混凝土配合比，合理施工，实时监测，加强养护。②要对混凝土的裂缝进行认真研究、区分对待，采用合理的方法进行处理，并在施工中采取各种有效的预防措施来预防裂缝的出现和发展，保证结构物的安全和稳定性，切忌不能碰到裂缝部分析原因或者原因不分析清楚盲目处理造成不可挽回的损失。
关键词：大体积混凝土 裂缝 预防 控制 修补措施
0 引言
随着人们生活水平的提高与基础设施的不健全矛盾日益加剧，我国在公路、铁路及水利等大型基础设施的大力投入中，越来越多的大体积混凝土涌现，但是，大体积混凝土施工难度比较大，容易产生裂缝，影响结构物的使用效果。
1 大体积混凝土裂缝原因分析
大体积混凝土之所以容易产生裂缝，主要原因是混凝土所承受的拉应力和混凝土本身的抗拉强度之间的矛盾发展的结果，主要反映在以下几点。
1.1 环境影响 在混凝土施工规范中明确规定：在大气干燥（RH<50%），有风，阳光直射，混凝土水胶比≤0.45，日平均气温≥20℃z，混凝土表面的潮湿养护限至少为10天。
产生裂缝的环境影响主要是由于温差较大引起的，一是混凝土中原材料水泥硬化期间产生的大量水化热，致使混凝土内部温度上升，而表面温度（环境温度）变化很小，混凝土在不断上升的情况下，膨胀高于外部，在混凝土的早期抗拉强度很低的情况下，混凝土表面受到较大的拉应力后出现裂缝。这种温差产生的裂缝一般只在接近表面的范围内发生，表面层以下结构仍保持完整，不影响混凝土结构本身强度。二是结构温差较大，当大体积混凝土浇筑过程中受到外界约束力时没有采取有效地技术措施放松或取消约束，从而产生裂缝，这种裂缝会逐渐深入，直至形成贯穿混凝土结构的温度裂缝。
1.2 水泥的安定性 水泥的安定性是指水泥出炉后必须存放一段时间后（一般必须大于7天）才能施工使用，其主要目的是使新制水泥充分反应达到稳定状态。如果水泥刚出炉未过安定期就进行使用是大体积混凝土初凝前收光时出现混凝土开裂的最主要原因，对混凝土养护中出现的裂缝也有相当的影响。
1.3 混凝土及混凝土的坍落度 目前多数混凝土搅拌中均掺加粉煤灰，粉煤灰在混凝土中只是作为填充物并不与水泥发生凝结反应，这就使得这种混凝土与常规混凝土相比更容易出现裂缝现象。混凝土的坍落度一般对施工后的混凝土强度影响很大，但落坍度过大的混凝土造成承台表面浮浆较厚，浮浆中粉煤灰含量较大，终凝后没有强度，当不再进行养护后就会出现开裂。
1.4 施工过程控制 施工过程不规范也是造成混凝土裂缝的主要原因之一，具体表现在一是混凝土振捣不密实，致使混凝土密度不足，粗骨料下沉，浮浆过多；二是混凝土浇筑后，初凝前的没有及时二次拌压和抹压；三是养护不到位，不及时洒水，表面不覆盖或者不及时覆盖，水分很快散失，产生干缩而导致开裂。
1.5 混凝土养护 多数混凝土开裂的主要原因是混凝土养护的不及时和不到位是不无关系的。
2 大体积混凝土裂缝预防
由以上裂缝产生原因可以得出，除了受到施工过程不规范的影响外，主要原因在于混凝土的温度变化和受约束程度有关，减少和避免混凝土开裂的主要预防措施应在提高混凝土的抗裂能力、削减温度变化因素、减少混凝土结构中的约束力和变形、尽量防止环境因素的影响等方向上进行预防。
2.1 选择优质的混凝土原材料 ①选择合适水泥：优先采用低热、收缩性小的高标号水泥，以减少水泥用量，减少水化热，目的是降低混凝土结构的内部温升值，消除或者削减混凝土结构自身产生的温差。另外使用的水泥必须过了自身的安定期。②选用优质骨料：粗骨料优先选用连续的级配碎石，如果工程所在区域内难以购置到合适的级配碎石，可通过试验采用多种粒径碎石进行复配；细骨料优先选用细度模数2.80-3.00的中砂。粗细骨料含泥量控制在1%以内，不得混有有机质等杂物，杜绝使用海砂。③选择适当的外加剂：根据实际情况及混凝土的特殊要求，可在混凝土中掺加一定用量外加剂，如防水剂、膨胀剂、减水剂、缓凝剂等外加剂。掺入外加剂能提高混凝土的和易性，可减少20%左右的用水量，减小水灰比，初凝延长到5h左右。
2.2 精心设计配合比 通过选用良好级配的粗细骨料，严格控制砂石质量，降低水灰比，并在混凝土中掺加粉煤灰和外加剂等，以降低水泥用量，减少水化热，以降低混凝土温升，从而可以降低混凝土所受的拉应力。
在保证混凝土质量要求的情况下，设计混凝土配合比时，采用“三低二掺一高”的设计准则，生产出“高强、高韧性、高极拉值、中弹和低热”的抗裂混凝土。所谓的三低是指低砂率、低坍落度、低水胶比；二掺是指掺高效减水剂和高效引气剂；一高是指高粉煤灰掺量。
2.3 加强混凝土的测温工作 为消除和削减裂缝现象，混凝土的测温工作必不可少，有效地在混凝土结构内埋设若干个测温点，以利于掌握混凝土内部温升与表面温度的变化值。测温频次为：第1-5天按照1次/2h测温，第6天后每1次/4h测温，测至温度稳定为止。按照以前施工经验，混凝土内部温升的高峰值一般在4天内产生，3～4天内温度可上升到或接近最大温升，内外温差值可达到20℃左右，发现异常现象及时处理。
3 大体积混凝土裂缝控制措施
3.1 采用合理的浇筑工艺 大体积混凝土一般都是采用泵送工艺施工，根据其特点，采用“分段定点，一个坡度，薄层浇筑，循序推进，一次到顶”的方法。
这种方法可使混凝土在自然流淌状况下形成斜坡，可较好地适应泵送工艺，避免经常拆除、冲洗和接长混凝土输送管道，简化混凝土的泌水處理，提高泵送效率，同时需要保证混凝土上下层浇筑间隔不超过初凝时间。在浇筑带的前后应布置两道振动器，第一道布置在混凝土出料口，主要解决上部混凝土的振实；第二道布置在混凝土坡脚处，以确保下部混凝土密实。随着混凝土浇筑的高度的上升，振动器也相应进行调整，以确保混凝土的整体质量。
大体积混凝土表面水泥浆一般都比较厚，浇筑时可适当的抬高混凝土标高，浇筑结束后刮刀挂掉部分多余的表面水泥浆保证混凝土表面是真正的含有骨料的混凝土，在初凝前用铁滚筒碾压数遍并压实，以减少混凝土的收水裂缝。 3.2 控制入模温度 大体积混凝土春秋季施工最好，春秋两季环境温度可以降低混凝土入模温度。
如果必须在夏季施工，需要采取降低入模温度的措施，例如：混凝土拌合前可对碎石洒水降温；保证水泥、粉煤灰及粗细骨料仓库通风良好；自来水预先放入地下蓄水池中降溫；搭设遮阳棚保证混凝土浇筑时不在太阳下直接暴晒或者直射等等。
在浇筑混凝土过程中，采用温度传感片和测温仪，从浇筑开始进行入模温度和环境温度的测温工作，根据温度变化情况适时调整浇筑方法；浇筑完成后及时收面抹压，根据温控指标，及时调整养护方案。
3.3 适当增加预埋件 ①在混凝土结构中易产生裂缝的部位埋设应力应变传感片，直接测试拉应力，以便更直接控制混凝土的温度梯度，确保混凝土不易产生裂缝。②在混凝土表面增加一些铁丝网（小直径钢筋网），以增强混凝土表面抗裂性，减少表面裂缝发生的几率。③在工期允许的情况下，可采用“水平分层间隙”施工方法，分多层进行浇筑，间隙时间7d以上，在每层混凝土上表面增设抗缩钢筋网。这种施工方法可降低混凝土内部最高温升、减少材料及机械设备的投入。
3.4 加强混凝土后期保温保湿养护 ①混凝土保温保湿养护的最有效方法是在混凝土浇筑后尽快回填土，并在土中渗入水，回填土对混凝土预防裂缝也是非常有效的。②蓄水法保温养护，在混凝土浇筑期间可在内部设置冷却循环管并通水冷却混凝土内部热量，加快混凝土的热量散发，这种方法多用于夏季施工。③内散外蓄法综合养护，可有效降低混凝土的温升值，且可大大缩短养护周期，这种方法对于超厚大体积混凝土尤其适用。④特殊情况下的养护，秋冬季混凝土养护应加盖草袋、海绵；气候干燥多风地区拆模后及时采取防风，保湿措施，这些方法对温度影响系数的改变是相当有效的。
3.5 加强项目技术质量管理 严格加强控制原材料的检验工作，施工交底和方案必须详细明确，以数据说话，明确分工，责任到人，认真落实施工方案，严格按照交底组织实施施工。定时检查计量监测工作，并做好计量详细记录。在混凝土变截面施工前，一定要加强预测，并采取措施予以防范。
4 大体积混凝土裂缝的处理措施
大体积混凝土裂缝既然是混凝土结构中普遍存在的一种现象，目前仍无法完全避免，而它的出现不仅会降低混凝土结构的抗渗能力，影响结构的使用功能，而且可能会引起钢筋锈蚀、混凝土碳化，降低材料耐久性，影响结构物的承载能力，因此出现裂缝后该如何处理，笔者将近几年曾使用过的方法介绍如下，愿对同仁们有所帮助。
4.1 表面修补法 主要适用于稳定和对结构承载力没有影响的表面裂缝以及深进裂缝的处理。处理方法为：在裂缝表面涂抹水泥浆、环氧胶泥或在混凝土表面涂刷油漆、沥青等防腐材料，在防护同时为了防止混凝土受各种作用影响继续开裂，可在裂缝表面粘贴玻璃纤维布等措施。
4.2 低压注浆法（灌浆、嵌缝封堵法） 该法主要适用于对结构整体性有影响或有防渗要求的混凝土裂缝修补，它是利用压力设备将胶结材料压入混凝土的裂缝中，胶结材料硬化后与混凝土形成一个整体，从而起到封堵加固的目的。修补工序如下：裂缝清理——粘贴注浆嘴和封闭裂缝——试漏——配制注浆液——压力注浆——二次注浆——清理表面。
4.3 开槽填补法（混凝土置换法） 该法是处理严重损坏混凝土的一种游侠方法，此方法是先将损坏混凝土剔除，然后置换新的混凝土或其他材料。常用的置换材料有：普通混凝土或水泥砂浆、聚合物或改性聚合物混凝土或砂浆，工序为：开槽——涂刷界面处理浆——置换新的材料——养护。
4.4 结构加固法 当裂缝影响到混凝土结构性能时，采用加固法对混凝土结构进行处理。处理方法主要有：加大混凝土截面面积，在构件的角部外包型钢、采用预应力法加固、粘贴钢板加固、增设支点加固以及喷射混凝土补强加固等。
5 结论
通过对裂缝产生的原因、机理的分析，采取一定的针对性的措施，大体积混凝土的裂缝是可以减少到合理范围的。但由于裂缝产生的原因很复杂，要做到完全避免裂缝的产生还有一定的难度，还需要大量的研究和实践。作为技术人员应注意以下两点。
①影响大体积混凝土裂缝的因素虽很多，但主要原因是温度应力。作为工程技术人员，应了解混凝土内部的温度变化规律，合理选择水泥品种，严格控制水泥用量，掺加适量的混合材料和外加剂，优化混凝土配合比，合理施工，实时监测，加强养护。②要对混凝土的裂缝进行认真研究、区分对待，采用合理的方法进行处理，并在施工中采取各种有效的预防措施来预防裂缝的出现和发展，保证结构物的安全和稳定性，切忌不能碰到裂缝部分析原因或者原因不分析清楚盲目处理造成不可挽回的损失。