题 目 ：
水工大体积混凝土裂缝原因及防治措施研究
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专 业： 水利水电工程
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内容摘要
由于水泥的水化热和大体积混凝土的温度场梯度大，混凝土的“内热外冷”
使混凝土表面产生较大的拉应力，容易开裂。裂缝控制是一项复杂的技术。规范的
相关规定不完善。工程实践中存在的许多问题只能靠经验来解决，而且经验与实
践往往存在一定的偏差，使得大体积混凝土的质量控制效果不是很理想。
本文以大体积混凝土施工阶段的裂缝控制为研究对象。首先，分析了大体积
混凝土裂缝的类型和原因。在了解大体积混凝土产生原因的基础上，介绍了混凝
土裂缝的预防措施。最后，结合实例分析了水工大体积混凝土的应用。以及大体积
混凝土在施工和管理过程中的裂缝控制措施。
关键词： 水工大体积混凝土；水化热；裂缝控制；温度应力
I
目 录
内容摘要 ............................................................................................................................I
引 言 ................................................................................................................................1
1 水工大体积混凝土的应用 ...........................................................................................3
1.1 水工大体积混凝土的应用 .................................................................................3
1.2 大体积混凝土裂缝的危害 .................................................................................3
1.3 研究课题的提出 .................................................................................................4
2 水工大体积混凝土裂缝产生原因 ...............................................................................5
2.1 温度裂缝 .............................................................................................................5
2.1.1 裂缝产生机理 ...........................................................................................5
2.1.2 温度裂缝的特征 .......................................................................................6
2.2 干缩裂缝 .............................................................................................................6
2.2.1 干缩裂缝产生机理 ...................................................................................6
2.2.2 干缩裂缝的特征 .......................................................................................7
2.3 沉降裂缝 .............................................................................................................8
2.3.1 沉降裂缝产生机理 ...................................................................................8
2.3.2 沉降裂缝的特征 .......................................................................................8
3 水工大体积混凝土裂缝防治措施 ...............................................................................9
3.1 温度裂缝防治措施 .............................................................................................9
3.1.1 选择合理原材料和配合比 .......................................................................9
3.1.2 控制混凝土的出机温度和浇筑前后温度的变化 ...................................9
3.1.3 改进施工工艺 .........................................................................................10
3.2 收缩裂缝防治措施 ...........................................................................................11
3.2.1 选用合适的水化热水泥 ........................................................................11
3.2.2 掺加减水剂或缓凝型减水剂 ................................................................11
3.2.3 选择较低温度时段浇筑混凝土及快速浇筑 ........................................11
3.3 沉降裂缝防治措施 ...........................................................................................12
3.3.1 设计阶段解决沉降裂缝的预防措施 ....................................................12
3.3.2 在施工阶段解决沉降裂缝的预防措施 ................................................12
4 水工大体积混凝土应用案例分析 .............................................................................14
4.1 工程概况 ...........................................................................................................14
II
4.2 水工大体积混凝土应用情况分析 ...................................................................14
4.3 水工大体积混凝土裂缝防治 ...........................................................................15
4.3.1 温控设计 ................................................................................................15
4.3.2 大坝混凝土施工 ....................................................................................15
4.3.3 养护与保温 .............................................................................................16
4.3. 4 冷却通水 ................................................................................................16
5 结论与展望 .................................................................................................................18
参考文献 .........................................................................................................................19
III
引 言
一般认为，现浇混凝土尺寸较大，必须采取措施处理水泥水化热产生的热量
及随后的体积变化，以尽量减少温度裂缝。日本建筑学会标准的定义是 : “结构截
面最小尺寸大于 800mm 。”水化热引起的混凝土内部最高温度与外界温度的差值
预计超过混凝土的 25 ℃，称为大体积混凝土 [1] 。美国混凝土协会（ American
Concrete Institute ， ACI ）规定，“任何大体积混凝土在浇筑时都必须有一定的体
积，必须采取措施解决水化热和随之而来的体积变形问题，以最大限度地减少开
裂。”它规定，我国《大体积混凝土施工规范》（ GB50496-2009 ）规定，大体积混
凝土是指“混凝土结构最小几何尺寸不小于 1m ，或由于温度变化和收缩预期会
产生有害裂缝的大体积混凝土”。通过混凝土中胶凝材料的水化作用。为了修建水
利，防止水的破坏，人们以前就开始修建水坝。早期的水坝包括土坝、 石 坝、 堆石
坝和 木 坝。混凝土大坝的建 造 始于 20 世纪初 [2] 。由于混凝土是一 种脆性 材料， 其抗
拉 强 度 远远 小于 抗压强 度，因 此如 何在混凝土大坝施工中防止裂缝一 直 是一 个难
题。大体积混凝土水工建筑 物 ， 如 大坝、 闸门 、 泄洪 建筑 物 、 电厂等 ，体积大、结构
复杂。混凝土浇筑后，由于水泥在水化凝结过程中会 释放 大量的水化热，混凝土
体积会 膨胀 。 等达到 最高温度后，会以热量的形 式散失到 外部介质中，温度 下 降
到具 有最高温度的 稳 定温度或 稳 定温度场， 造成 温差。 如 果浇 注 温度大于 稳 定温
度（或准 稳 定温度场）， 则 温差较大。 此 时混凝土会因冷却而 发 生体积收缩和水
化热过程。一般浇 注 后 约 3 ~ 5d [3] 。 此 时，由于体积 膨胀 ， 将 会有一 个 小的 压 应力，
当 基 岩受到 基 岩 （因为 初 始浇 注 混凝土的变形 模 量很小， 仍然 在 塑性 阶段）， 直
到 混凝土最高温度开始 下 降，因为混凝土是热的不 良导 体，要 达到 一 个稳 定的温
度 需 要很 长 时 间 ，几 年 ， 甚至 几 十年 。在基 岩 中， 受 基 岩约束 的混凝土收缩会产
生较大的拉应力（因为混凝土的变形 模 量随 着龄 期的 增 加而 迅 速 增 加）。 如 果超
过混凝土的 极 限 抗 拉 强 度，地基就会出现裂缝。在基 岩约束 部分， 如 果混凝土与
外部介质的最高温度温差过大， 则 内部热混凝土制 约 外部冷混凝土的收缩， 即 内
部温度场 呈 现 非线性 分 布 ， 深 裂 纹 或表面裂 纹也可 能出现。最 可 能和最危 险 的情
况是，早期的表面裂缝 将 在大坝表面产生 弱点 ，随 着 冷却的 继续 ， 这些弱点 最容
易 受到 破坏 性 裂缝的 影响 [4] 。
一般来 说 ，混凝土的 主 要特 点 是结构截面大，混凝土用量大，内部 散 热 困难 。
浇筑后 两三天 内，混凝土的 弹性模 量较低，基本处于 塑性 和 弹塑性状态 ， 约束 应
1
力很低。 当 水化热温度 达到峰 值时，水化热 耗 尽 并继续受 热，随 着 温度的降低和
时 间 的 推移 ，水化热 逐渐 减 弱 ， 持续 10 ~ 30 天 [5] 。在混凝土冷却阶段， 弹性模 量
迅 速 增 大， 约束 拉应力 也 随时 间增 大。 如 果混凝土的 抗 拉 强 度超过，在一定时 间
内就会出现 透 裂。为了控制有害 层 混凝土裂缝度在 允 许的范 围 内，我们必须首先
理解混凝土的 物 理力学 性 质， 探讨 裂缝产生的原因，通过大量的工程实践，不 断
总 结，不 断探索 、改进和 创新 现有理论的基础上。
2
1 水工大体积混凝土的应用
1.1 水工大体积混凝土的应用
水工大体积混凝土结构作为一 种常见 的水利工程结构，在国内外建筑 物 中 广
泛 应用， 如 水 电站 、水 闸 、水 闸 、 泵站 、 桥梁等 。大体积混凝土在我国水利工程中应
用 广泛 ，最 具代 表 性 的工程是 三峡 大坝。 三峡 大坝的建 成 表 明 ，大体积混凝土浇
筑技术在水工建筑 物 中的应用 已 经 成熟 。在 三峡 工程混凝土大坝的施工中， 从 原
料选择、配合比 优 化、人工 砂骨 料生产、高 强 混凝土大坝施工技术与工艺、大体积混
凝土温控裂缝控制 等方 面进 行 了研究。混凝土浇筑生产及 运输等 。“一 站式 ” 综 合
监测 技术进 行 了一 系列 技术 创新 ，对提高工程质量、加快工程进度起 到 了很大作
用。 芦滩 大坝为 碾压 混凝土 重 力坝，坝高 965m ，坝高 881m ，坝高 84m ，坝 宽
6.5m 。摘要 雷达滩 水 电站 大坝大体积混凝土施工 方 案和技术措施的制定和实施，
始 终坚持 质量、 安全 、进 步 、效 益 的原 则 ， 吸 收 常 规 方法 的 优点 。 同 时， 根据 积 累 的
经验，对一 些 技术 方法 进 行 了改进和改进， 达到 了预期的效果。摘要 汝江口 水 电
站 坝 址属亚 热 带季风气候区 ， 气候 温和 湿润 。 江口 水 电站 大坝大体积混凝土的施
工，应合理采用配合比，选择合适的原材料， 充 分利用混凝土后期 强 度，降低水
泥的水化热和温度应力。在混凝土浇筑施工过程中，应采取 严格 的施工温度控制
措施，合理的浇筑时 间 和合理的施工工艺，以降低混凝土温 升 ， 达到 较 好 的温控
效果。关地水 电站 坝体为 碾压式重 力坝，坝高 1334.00m ，最小基础高程 1166m ，
最大坝高 168.0m ，最大坝 底宽 153.2m ，最大坝 顶轴线长 516m 。 主 要工程混凝土
体积 约 360 万立方米 ， 其 中 碾压 混凝土 292 万立方米 ， 占 混凝土体积的 81% [6] 。 碾
压 混凝土坝施工 具 有 连续 、高速施工的特 点 ，是 层间粘 结质量的 根 本保 证 。在本项
目 施工过程中， 从 混凝土 搅拌强 度、 储 存 手 段、机 械 设 备 、施工管理、施工工艺、施
工 优 化、高温 条件下 的 碾压 混凝土 连续 施工 等方 面，对 碾压 混凝土快速施工技术
进 行 了改进。
1.2 大体积混凝土裂缝的危害
裂缝是大体积混凝土中 普遍 存在的问题， 其 对混凝土结构的破坏 也十 分 严重 。
在温度应力和温度 骤 降引起的外力作用 下 ，混凝土表面早期裂缝 可扩 展为破坏 性
透 裂缝和 深层 裂缝。 穿透性 裂缝和 深 裂缝会破坏结构的完 整性 ，改变混凝土的 受
力 条件 ， 可 能会破坏 局 部 甚至整个 结构， 严重影响 施工质量和 运行安全 。大体积
混凝土 常 用于建筑 物 基础、大坝 等重 要结构中 [7] 。一 旦 出现裂缝， 损失可 能会 更严
重 。
3
混凝土裂缝会 导致漏 水和水工构筑 物漏 水。一 方 面，裂缝在 承压 水的作用 下
逐渐扩 大和 发 展； 另 一 方 面， 当 水 渗入 混凝土时，首先会引起水解破坏， 可 能 导
致 混凝土结构的破坏。
混凝土裂缝的存在会使 空气 中的 二氧 化 碳 容易 渗透到 混凝土中，与水泥的 某
些 水化产 物 相 互 作用形 成碳酸钙 ，通 常 称为混凝土 碳 化。混凝土 碳 化会 增 加混凝
土的收缩和开裂， 导致 混凝土结构的破坏。在 潮湿 的 环境 中， 二氧 化 碳 会与水泥
中的化学 成 分相 互 作用，降低混凝土的 碱 度，破坏 钢筋净 化 膜 。 当 水和 空气同 时
渗透 时，加 固层 就会生 锈 。
混凝土裂缝 也 会 削弱 混凝土对 钢筋 的保护作用。裂 纹 处水力 性 能减 弱 ，裂 纹
进一 步扩 展，形 成更 大的危害 [8] 。
综 上 所述 ，大体积混凝土有害裂缝易 发 生、 难 控制、 难 修复。混凝土裂缝的特
性直接影响到 混凝土结构的 强 度和 稳 定 性 。会降低混凝土结构的结构 强 度和 整 体
稳 定 性 。 轻微影响 建筑 物 的外 观 和 正常 使用， 严重 的 穿透 裂缝 甚至可 能 导致 混凝
土结构完 全损 坏。
1.3 研究课题的提出
由于水泥的水化热和大体积混凝土的温度场梯度大，混凝土的“内热外冷”
使混凝土表面产生较大的拉应力，容易开裂。大体积混凝土结构的裂缝是由建筑
结构、建筑材料、施工 环境 、施工工艺、 岩 土 等诸 多因 素 引起的。裂缝控制是一项复
杂的技术，相关规范的 覆盖也 不完善。工程实践中的许多问题只能靠经验来解决
而且经验与实践往往存在一定的偏差，使得大体积混凝土质量控制的效果不是很
理想。
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