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本 科 生 毕 业 论 文（设 计）
题 目： 浅析大体积混凝土裂缝
学习中心：
层 次： 专科起点本科
专 业： 土木工程
年 级： 年 季
学 号：
学 生：
指导教师：
完成日期： 2021 年02月27日
近些年，我国经济实力不断提高，对基础设施的投入力度的不断加大，我国的大型、特大型工程日益增多，大体积混凝土工程也越来越多。其中，在水利水电工程中大体积混凝土的应用非常广泛，而大体积混凝土裂缝控制是施工的一个技术难题，因此其对大结构、大体积混凝土结构的质量保证也越来越重要。本文就以水工大体积混凝土裂缝为研究对象，详细介绍了水工大体积混凝土的应用，提出预防和处理水工大体积混凝土施工裂缝的有效措施；比较分析了水工大体积混凝土由于混凝土收缩和由于温度变化引起的混凝土开裂机理。希望本文能为今后我国水工大体积混凝土研究做一些经验上的借鉴。
关键词：水工；大体积混凝土；裂缝；处理措施
目 录
1915年，美国在爱德荷州建成了世界上第一座高于100m的混凝土坝，在施工中，开始使用坍落度、抗压强度这两个指标，但是由于对混凝土的认识存在局限性，混凝土坝出现了温度裂缝。1930年后，裂缝问题进一步引起重视。到1933年，美国开始修建世界上第一座高于200m的胡佛坝，并且首次采用温控制措施，结果表明这些温控防裂措施是可行的。前苏联在1977年修建了托克托古尔电站，也形成了一套行之有效的大体积混凝土温控防裂措施，即托克托古尔法。
我国大体积混凝土工程的建设起步比较晚，从20世纪中叶开始研究混凝土的裂缝问题。初期修建丹江口工程时，混凝土出现了大量裂缝，后经过停工整顿，在现场进行了历时数年的调查研究工作，总结了设计、施工方面的经验，提出了防裂措施，复工后，没有出现严重危害性的贯穿裂缝或较深层裂缝。表面裂缝也很少出现，为以后防裂技术奠定了基础。随后，水工方面防裂技术发展迅速、日趋成熟。跨世纪宏伟工程三峡大坝能够顺利建设的前提之一正是大体积混凝土防裂技术的成熟。
George Earl Troxelle和Harmer E.Davis在1956年研究了水泥的矿物成分（水泥的品种）对混凝土绝热温升的影响，认为细水泥的发热速率比粗水泥快，而水泥细度对最终发热量没有影响。J.J.Brooks和A F.AI-kaisi研究了波兰特水泥和矿渣水泥在升温后浇筑的早期强度发展规律。
大体积混凝土裂缝问题是当前混凝土施工的一个普遍现象，裂缝形成以后不但会降低混凝土的强度、抗冻性、抗渗性和耐久性都有一定的影响，大体积混凝土裂缝问题的研究已经成为建筑施工的一门重要课题，也是大体积混凝土施工的核心。混凝土是以胶凝材料、细骨料、粗骨料，必要时掺入外加剂和矿物混合材料，按一定的比例，经过均匀的拌制、密实成型及养护硬化而成的人工石材。
时至今日，不管是国内还是国外对混凝的研究一直就没有停止过，如美国、前苏联等大国。他们的认识都是有建造大坝的时候发现浇筑混凝土，特别是大体积混凝土在浇筑终凝的时候多多少少的都出现了裂缝，甚至影响到使用功能，这就不迫使工程师和专家们不得不对这个课题经行深入的研究，并且取得了较好的效果，不仅完善了施工技术同样也挽回了一些不必要的损失。
而我国的起步相对较晚，但是通过借鉴了他国的经验和与自身项目特点相结合的办法取得了阶段性的成功，三峡大坝和超高层建筑就是最好的证明。
由于混凝土施工、本身的变形和约束等各种因素影响，导致混凝土结构容易出现各种类型的裂缝,近代科学对于混凝土结构的宏微观研究、以及大量工程实践所提供的经验都说明，混凝土产生裂缝是不可避免的，但在实际工程施工中，应将其有害程度控制在工程允许范围内，或者不影响结构的耐久性。根据裂缝的宽度可分为围观裂缝和宏观裂缝，其中微观裂缝指得是肉眼看不见的而是混凝土内部固有的一种裂缝，并且不是连贯的，宽度一般在0.05mm以下。这种混凝土固有的微观裂缝，在荷载不超过设计规定的条件下，一般视为无害而不作处理。宏观裂缝的宽度一般在0.05mm以上。但是我们在工程实际中认为宽度小于0.3mm的裂缝是无害的，前提是在裂缝不在扩展，为最终宽度。
混凝土裂缝是个从未间断的通病，对于它的研究颇受各方关注，本文以实际工程为背景，对混凝土裂缝的成因进行分析，提出处理方法，解决工程施工问题，为今后相似类似的工程提供一些经验，由于该工程的一个重要分部分项是大地下室筏板施工，又处于炎热夏季，所以大体积混凝土的施工前准备显得尤为重要，本论文从以下六个方面研究大体积混凝土温度裂缝的控制措施。
（1）对混凝土原材料进行选择，因为原材料是混凝土质量的根本所在。
（2）研究适合于工程施工的合理混凝土配合比，关键在于质量、工作性、耐久性的前提下，尽量降低单位水泥的用量，从而降低混凝土自身产生的水化热。
（3）研究现场浇筑、振捣等施工方法，合理的浇筑顺序和振捣工艺是保证混凝土质量的有效措施。
（4）研究冷却水管布置等控制混凝土结构内部温度的措施，对于大体积混凝土施工冷却水管要根据建筑物主体结构的实际情况合理分布，从而有效的降低混凝土自身的水化热。
（5） 研究大体积混凝土的养护方法，其养护是非常重要的且关键，特别是前期，要根据温度测试记录，及时的采取正确的养护方法，避免温度过度集中而导致裂缝。
（6） 研究混凝土裂缝修补措施，因为正确的修补措施能够很好的阻止已有裂缝的产生，从而保证了混凝土的有效寿命符合设计要求，减少不必要的损失。
当然，不同工程的预防措施有差别，在我们的实际操作中要具体情况具体对待，制定行之有效，针对性强的预控措施，减少有害裂缝的产生，做优质工程。
1 大体积混凝土及其开裂机理分析
1.1 大体积混凝土概述
大体积混凝土通常是指结 构 断 面 最 小 尺 寸 在 8 0 c m 以 上 ， 水 化 热 引 起 混 凝 土 内 最 高 温 度 与 外 界 气 温 之 差 预 计 超 过 2 5 ℃ 的 混 凝 土 , 在 引 言 中 我 们 已 经 详 细 介 绍 了 。 目 前 我 国 高 层 建 筑 的 地 下 室 基 础 一 般 是 由 箱 形 和 片 筏 形 基 础 形 式 组 成 ， 它 们 都 具 有 厚 而 大 的 特 点 ， 底 板 混 凝 土 表 面 系 数 较 小 ， 强 度 较 高 ， 水 泥 用 量 多 ， 而 且 尚 有 水 密 性 、 防 腐 蚀 性 等 要 求 。 据 资 料 统 计 ， 国 内 高 层 建 筑 基 础 底 板 的 厚 度 大 多 在 0 . 7 m ～ 3 m 范 围 。 大 体 积 钢 筋 混 凝 土 最 大 的 施 工 质 量 问 题 是 裂 缝 问 题 ， 一 旦 出 现 裂 缝 不 仅 影 响 结 构 的 稳 定 性 而 且 会 使 整 个 构 件 的 受 力 体 系 发 生 改 变 。 如 果 是 通 缝 还 会 加 剧 其 腐 蚀 程 度 ， 使 用 寿 命 将受严重影响。
大体积混凝土结构中，由 于 结 构 截 面 大 ， 水 泥 用 量 多 ， 水 泥 水 化 所 释 放 的 水 化 热 会 产 生 较 大 的 温 度 变 化 和 收 缩 作 用 ， 由 此 形 成 的 温 度 收 缩 应 力 是 导 致 钢 筋 混 凝 土 产 生 裂 缝 的 主 要 原 因 。 这 种 裂 缝 有 表 面 裂 缝 和 贯 通 裂 缝 两 种 。 表 面 裂 缝 是 由 于 混 凝 土 表 面 和 内 部 的 散 热 条 件 不 同 ， 温 度 外 低 内 高 ， 形 成 了 温 度 梯 度 ， 使 混 凝 土 内 部 产 生 压 应 力 ， 表 面 产 生 拉 应 力 ， 表 面 的 拉 应 力 超 过 混 凝 土 抗 拉 强 度 而 引 起 的 。 贯 通 裂 缝 是 由 于 大 体 积 混 凝 土 在 强 度 发 展 到 一 定 程 度 ， 混 凝 土 逐 渐 降 温 ， 这 个 降 温 差 引 起 的 变 形 加 上 混 凝 土 失 水 引 起 的 体 积 收 缩 变 形 ， 受 到 地 基 和 其 他 结 构 边 界 条 件 的 约 束 时 引 起 的 拉 应 力 ， 超 过 混 凝 土 抗 拉 强 度 时 所 可 能 产 生 的 贯 通 整 个 截 面 的 裂 缝 。 这 两 种 裂 缝 不 同 程 度 上 ， 都属有害裂缝。
高强度的混凝土早期收 缩 较 大 ， 这 是 由 于 高 强 混 凝 土 中 以 30%-60%矿 物 细 掺 合 料 替 代 水 泥 ， 高 效 减 水 剂 掺 量 为 胶 凝 材 料 总 量 的 1%-2%， 水 胶 比 为 0.25-0.40， 改 善 了 混 凝 土 的 微 观 结 构 ， 给 高 强 混 凝 土 带 来 许 多 优 良 特 性 ， 但 其 负 面 效 应 最 突 出 的 是 混 凝 土 收 缩 裂 缝 几 率 增 多 。 高 强 混 凝 土 的 收 缩 ， 主 要 是 干 燥 收 缩 、 温 度 收 缩 、 塑 性 收 缩 、 化 学 收 缩 和 自 收 缩 。 混 凝 土 初 现 裂 纹 的 时 间 可 以 作 为 判 断 裂 纹 原 因 的 参 考 ： 塑 性 收 缩 裂 纹 大 约 在 浇 筑 后 几 小 时 到 十 几 小 时 出 现 ； 温 度 收 缩 裂 纹 大 约 在 浇 筑 后 2 到 1 0 d 出 现 ； 自 收 缩 主 要 发 生 在 混 凝 土 凝 结 硬 化 后 的 几 天 到 几 十 天 ； 干 燥 收 缩 裂 纹 出 现 在 接 近 1 年龄期内。
1.2 大体积混凝土开裂机理分析
1.2.1 主要原因
1.水泥的水化热原因
大体积混 凝 土 在 浇 筑 凝 结 后 ， 水 泥 在 水 化 过 程 中 会 释 放 大 量 的 水 化 热 。 而 大 体 积 混 凝 土 结 构 物 断 面 尺 寸 较 大 较 厚 ， 水 泥 释 放 的 热 量 聚 集 在 混 凝 土 内 部 不 易 散 发 ， 使 结 构 物 内 部 温 度 急 剧 升 高 ， 通 常 在 3 - 5 日 内 温 度 达 到 最 高 值 。 温 度 变 化 产 生 体 积 胀 缩 ， 受 到 约 束 而 产 生 压 应 力 。 混 凝 土 在 浇 筑 初 期 ， 由 于 它 是 热 的 不 良 导 体 ， 其 强 度 和 弹 性 模 量 都 很 低 ， 对 水 化 热 引 起 的 急 剧 温 变 约 束 不 大 ， 相 应 的 温 度 应 力 也 小 。 随 着 混 凝 土 龄 期 的 增 长 、 弹 性 模 量 和 强 度 的 提 高 ， 对 混 凝 土 内 部 降 温 收 缩 的 约 束 愈 来 愈 大 ， 以 致 产 生 很 大 的 拉 应 力 。 拉 应 力 超 过 此 时 混 凝 土 的 极 限 抗 拉 强 度 就 产 生 温 度 裂缝。
2.约束条件原因
在大体积混 凝 土 中 ， 一 般 有 内 部 约 束 和 外 部 约 束 两 种 情 况 。 内 部 约 束 是 由 于 内 部 水 泥 水 化 热 不 易 散 发 ， 表 面 则 易 散 发 ， 使 表 面 温 度 低 于 内 部 ， 即 由 温 差 形 成 。 相 对 而 言 ， 内 部 体 积 膨 胀 受 表 面 约 束 处 于 受 压 状 态 ， 表 面 体 积 则 收 缩 （ 特 别 是 遇 气 温 骤 降 ， 或 过 水 ） 受 内 部 约 束 ， 产 生 拉 应 力 [ 1 2 ] 。 浇 筑 在 基 岩 或 老 混 凝 土 上 的 混 凝 土 ， 在 逐 步 降 温 的 过 程 中 ， 将 会 冷 缩 ， 但 由 于 受 到 基 岩 或 老 混 凝 土 的 约 束 ， 将 会 产 生 拉 应 力 。 当 其 超 过 混 凝 土 的 极 限 抗 拉 强 度 时 ， 就 可 能 出 现 贯 穿 性 裂 缝 。 这 种 温 度 变 形 约 束 是 外 部 约 束。
3.环境温度的变化
大体积混凝土结构在 施 工 阶 段 ， 受 外 界 气 温 的 变 化 影 响 很 大 。 外 界 气 温 愈 高 ， 混 凝 土 的 浇 筑 温 度 也 愈 高 ； 如 外 界 温 度 下 降 ， 又 增 加 混 凝 土 的 降 温 幅 度 ， 特 别 是 气 温 骤 降 会 大 大 增 加 外 层 混 凝 土 与 内 部 混 凝 土 的 温 度 梯 度 ， 这 对 大 体 积 混 凝 土 极 为 不 利 。 混 凝 土 的 内 部 温 度 是 浇 筑 温 度 、 水 化 热 的 绝 热 温 度 和 结 构 散 热 降 温 等 各 种 温 度 的 叠 加 之 和 ， 而 温 度 应 力 则 是 由 温 差 所 引 起 的 温 度 变 形 造 成 的 ， 温 差 愈 大 ， 温 度 应 力 也 愈 大 。 同 时 ， 在 高 温 条 件 下 ， 大 体 积 混 凝 土 不 易 散 热 。 混 凝 土 内 部 的 最高温度一般可达60-65℃[13]，防止混凝土内外温差引起的过大温度应力就显得更为重要。
4.混凝土的收缩变形
混凝土的拌 和 水 中 ， 约 2 0 % 的 水 分 是 水 泥 硬 化 所 必 需 的 ， 其 余 8 0 % 的 水 分 要 蒸 发 [ 1 4 ] 。 混 凝 土 水 化 作 用 时 产 生 的 体 积 变 形 称 为 “ 自 身 体 积 变 形 ” 。 该 变 形 多 数 是 收 缩 变 形 ， 少 数 是 膨 胀 变 形 ， 这 主 要 取 决 于 胶 泥 材 料 的 性 质 。 混 凝 土 中 多 余 水 分 的 蒸 发 是 引 起 结 构 体 积 干 缩 变 形 开 裂 的 主 要原因之一[14]。
1.2.2 其他原因
1.收缩裂缝
干燥收缩：当混凝土在不饱和空气中失去内部毛细孔和凝胶孔的吸附水时，就会产生干缩，高性能混凝土的孔隙率比普通混凝土低，故干缩率也低。
塑性收缩：塑性收缩发生在混凝土硬化前的塑性阶段。高强混凝土的水胶比低，自由水分少，矿物细掺合料对水有更高的敏感性，高强混凝土基本不泌水，表面失水更快，所以高强混凝土塑性收缩比普通混凝土更容易产生。
自收缩：密闭的混凝土内部相对湿度随水泥水化的进展而降低，称为自干燥。自干燥造成毛细孔中的水分不饱和而产生负压，因而引起混凝土的自收缩。高强混凝土由于水胶比低，早期强度较快的发展，会使自由水消耗快，致使孔体系中相对湿度低于80%，而高强混凝土结构较密实，外界水很难渗入补充，导致混凝土产生自收缩。高强混凝土的总收缩中，干缩和自收缩几乎相等，水胶比越低，自收缩所占比例越大。与普通混凝土完全不同，普通混凝土以干缩为主，而高强混凝土以自收缩为主。
温度收缩：对于强度要求较高的混凝土，水泥用量相对较多，水化热大，温升速率也较大，一般可达35~40℃，加上初始温度可使最高温度超过70~80℃。一般混凝土的热膨胀系数为10×10-6/℃，当温度下降20~25℃时造成的冷缩量为2~2.5×10-4，而混凝土的极限拉伸值只有1~1.5×10-4，因而冷缩常引起混凝土开裂。
化学收缩：水泥水化后，固相体积增加，但水泥-水体系的绝对体积则减小，形成许多毛细孔缝，高强混凝土水胶比小，外掺矿物细掺合料，水化程度受到制约，故高强混凝土的化学收缩量小于普通混凝土。
当混凝土发生收缩并受到外部或内部约束时，就会产生拉应力，并有可能引起开裂。对于高强混凝土虽然有较高的抗拉强度，可是弹性模量也高，在相同收缩变形下，会引起较高的拉应力，而由于高强混凝土的徐变能力低，应力松弛量较小，所以抗裂性能差。
2.结构裂缝
结构裂缝一般分为结 构 沉 陷 裂 缝 和 由 荷 载 计 算 差 错 引 起 的 。 由 于 基 础 沉 降 和 模 板 支 设 等 原 因 产 生 的 结 构 裂 缝 较 荷 载 计 算 差 错 的 产 生 的 裂 缝 多 ， 这 种 结 构 性 裂 缝 一 般 不 会 发 生 ， 但 如 果 发 生 ， 后 果将是不堪设想。
沉陷裂缝的产生是由于 结 构 地 基 土 质 不 匀 、 松 软 ， 或 回 填 土 不 实 或 浸 水 而 造 成
