陈凌江, 杨云舒，陈静
（南通大学杏林学院，江苏南通，226000）
摘要：随着经济发展与生产力的提高，我国新建了很多大型复杂的建筑设施，混凝土作为一种性能较好普遍使用的优良材料，得到了充分的利用，如何控制好大体积混凝土的裂缝，如何进行大体积混凝土组织施工，是我们主要研究的内容。
关键词：大体积；混凝土；裂缝控制
1大体积混凝土
1.1大体积混凝土的定义
《大体积混凝土施工规范（GB50496-2009）》[1]中明确规定：混凝土结结构物实体最小几何尺寸不小于1m的大体量混凝土，或预计会因混凝土中胶凝材料水化引起的温度变化和收缩而导致有害裂缝产生的混凝土，称之为大体积混凝土。
1.2混凝土温度裂缝的成因
大体积混凝土温度裂缝的形成有很多原因，混凝土在硬化时产生大量的热，混凝土内部温度不断上升，在表面产生拉应力。在降温过程中，当受到基础的拉应力超过混凝土的抗裂能力时出现裂缝。
由于原料材质地不均匀，水灰比较不稳定，发生离析现象，存在着很多抗拉能力比较低，容易出现裂缝的薄弱部位。
内部湿度变化较小，变化较慢，表面适度变化较大或者剧烈变化，时而干时而湿，收到内部混凝土体的约束，也会产生裂缝。
2混凝土温度裂缝处理的国内外现状
2.1国内外已有成果
在有关大体积混凝土温度裂缝控制的研究中[2]，不难发现，温度长的数值模拟表明混凝土结构的应力场受多种因素的影响，其中包括材料的热参数和建筑工地。温度导电性好，导热性好，导热参数、表面传热系数和不同混凝土的绝热温度不尽相同。即使是同样的混凝土在不同的情况下包括不同的空气温度、湿度、风等，会使一些热参数发生变化。
工程中的许多案例都能真实反映工程师们对于混凝土温度裂缝的研究。像在地下结构中，岩石壁挂混凝土吊车梁在工程中广泛应用。其实，裂缝混凝土梁一直以来是设计和施工的难题，工程上并未给出良好的解决措施。减小梁的长度是一种有效解决混凝土开裂的方法，但是在一些梁比较短的工程中，裂缝依旧存在。事实上，热应力是裂缝存在非常重要的潜在性因素。研究控制裂缝的方案中，少不了对于热参数的分析。在以反映真实的温度场和应力场，对于混凝土吊车梁来说，得到它是非常必要的，通过现场测量获得准确的热参数和反分析，研究中采用改进的加速遗传算法进行反向分析[3]-[4]。
为了控制混凝土的温度裂缝，除了用一系列数学的模拟计算之外，由科学家还发现为了防止其温度裂缝，使管道冷却应用比较广泛，比如在核电结构上的植物[5]，并用于民用建筑混凝土结构空调或其他用途[6]。但是，包括冷却管在内的非稳态温度场，是一个很难模拟的问题。
除此之外，三维有限元是一种新型的有限元方法，其方法可以有效解决温度裂缝的问题。早期研究表明，伪三维的开发也是基于三维有限元进行研究，并且持续了很长一段时间[7]-[8]。然而，伪三维的建立方法仅仅只是一个从简单的二位分析方法拓展而来，并不能够正确应用边界大气和冷却水的条件对流。
早在北美的大坝施工中，人们就已经意识到水化热导致温度上升，从而产生明显的开裂，针对这一无法避免的裂缝，刚开始，在施工现场通常会根据经验采用浇水、潮湿覆盖养护混凝土等来暂缓裂缝带来的影响。随着时间的推移，越来越多的科学家对早期混凝土的早期力学性能或多或少进行了自己的研究，不过由于他们的试验方法比较个性化，所以对于早期混凝土的开裂并没有很深刻的认识，导致解决方案很难得出一个准确的结论。
中国的工程院院长朱伯芳曾提出有关水库湿度的相关研究，例如热源水管冷却、基础梁、重力坝等温度应力，建立了有限元应力算法和模型，他所提出拱坝的数字化模型和高效解法，已经被我国的建筑设计规范所纳入，并且应用于实际工程，取得了显著的成效。除此之外，我国的工程师还在混凝土的温度应力场和徐变等特征提出了一系列的计算模型，例如，提出了求解非线性微分方程的解析迭代法来计算混凝土的加载计算温度、温度应力场和裂缝的产生和发展。清华大学的研究者们围绕有关混凝土早期混凝土开裂的性能进行研究，最后得出的成果是将混凝土实际开裂时的温度或对其进行人工降温时的开裂温度作为早期混凝土开裂敏感性的指标。
我国著名工程师王铁梦曾对这一问题进行过深入的思考，他在大量的实验中，运用一系列综合的方法，结合图纸设计、现场施工、施工环境等，最早提出“抗”与“放”的设计原则，并且提出伸缩缝的间距和裂缝控制的计算，不过最为惊人的还是他提出的“跳仓法”。
经过三十年以来的经验和积累研究，他将这一技术开始结合设计施工和科研。“跳仓法”施工技术与工程结构裂缝控制联系起来，以“跳仓法”施工永远取代永久性变形缝和后浇带的有效技术措施，并用“抗与放”的理论加以说明。并将这一技术推广到国内一些重大民用超长超厚大体积混凝土工程中去，并初步取得了良好的裂缝控制效果，取消了温度后浇带和沉降后浇带，尽管出现了一些轻微的裂缝，但经过处理，还是可以完全满足承载力、正常使用及耐用性要求[9]。
除此之外，混凝土温度裂缝控制的常见方法还有降低混凝土温度浇筑，采用低热化混凝土，预埋水管等。
2.2现存的问题
截至到现在，对于超长结构混凝土的温度裂缝尚且还没有完全成熟的解决方案，但是在众多方法中，最有前景的就是间歇法了。间歇法的理论已经成型，但是在实际工程中的应用却存在一个致命的问题，就是间歇法的时间。间歇的时间是整个方法的关键，若是时间把控的不到位，温度裂缝就无法得到很好的解决。关于间歇时间，已有的成果中并没有提出一个准确的理论计算公式，一般情况下还仅仅只是凭着施工人员的经验去判定。
由于温度裂缝一直都是工程中很热门的常见问题，所以对于温度裂缝需要我们进一步进行模拟试验，试验过程中温度场的模拟，实际参数的确定以及混凝土干缩等的考虑都是模拟试验的各大难题，需要研究者进行一次次的尝试和探究。
3结语：
通过了解国内外处理温度裂缝的不同做法，我们提出可以通过间歇法来解决温度裂缝的问题。间歇法的关键在于怎么处理时间，一般来说7-10天。通过结合大量的工程资料和现场研究得到较为准确的结论，提高混凝土的质量，产生良好的经济效益和社会效益。
参考文献：
[1]GB50496-2009，大体积混凝土施工规范[S].北京：中国计划出版社，2009.
[2]J H Hattel, J A Thorborg. “A numerical model for predicting the thermo mechanical conditions during hydration of early-age concrete”. Applied Mathematical Modeling, vol. 27, pp. 1-26, 2003.
[3] B F Zhu. Thermal Stresses and Temperature Control of Mass Concrete. Second ed. Beijing:China Electric Power Press, 1999, pp.8-17.
[4] Y F Ma, Y M Zhu, Y Z Liu. “Feedback study of temperature control and crack prevention of Jiangtanghu pump concrete sluice during construction”. Water Power, vol. 32, pp. 33-35, January 2006.
[5] Y M Zhu, Y J Liu. “Determination of thermal parameters of concrete by reverse analysis of test results”. Chinese Journal of Geotechnical Engineering, vol. 24, pp. 175-177, February 2002.
[6] Dundulis G., Uspuras E. and et al. “Evaluation of pipe whip impacts on neighboring piping and walls of the Ignalina Nuclear Power Plant”, Nuclear Engineering and Design. Vol. 237, pp. 848–857, 2007.
[7] Kawaraba H., Kanokogi T., Tanabe T. “Development of the FEM program for the analysis of pipe cooling effects on the thermal stress of massive concrete”, Transactions of the Japan Concrete Institute. Vol. 8, pp. 125-130, 1986.
[8] Machida N, Uehara K. “Nonlinear thermal stress analysis of a massive concrete structure”, Computers & Structures. Vol. 26, pp. 287-296, 1987.
[9]王铁梦，工程结构裂缝控制“抗与放”的设计原则及其在“跳仓法”施工中的应用[J].中国建筑工业出版社，2006.