结构变形的内外约束：
1、内约束：结构变形时，其内部各质点之间产生的约束； 2、外约束：结构变形时，不同结构之间产生的约束。 分为：自由体、全约束、弹性约束（部分约束）
建筑工程中的大体积混凝土，外约束应力占主要 地位
大体积混凝土裂缝产生的原因
主要由温度变形、 收缩变形导致
内约束引起的表面裂缝 外约束引起的深层裂缝
设 计 方 面
3、在底板的地梁、坑 内水沟等键槽部位，可 用厚度为30~50mm的 聚苯乙烯泡沫或沥青木 丝板作垂直隔 离，以缓 和地基对基础收缩时的 侧向压力。(见右图)
聚苯 乙烯 泡沫 设置缓冲层 塑料
4、合理设置施工缝，合理设定温控指标等。
大体积混凝土裂缝的控制
3. 设置滑动层 由于边界存在约束才会产生温度应力，如在与外约束
这些裂缝往往给工程带来不同程度的危害，所以必
须控制温度应力和温度变形裂缝的开展。
通过大量的工程实践证明：
砼的温升和温差与表面系数有关，单面散热的结
构断面最小厚度在75cm以上，双面散热的结构断面
最小厚度在100cm以上，水化热引起的砼内外最大
温差预计可能超过25℃，应按大体积砼施工。

2、合理 选用骨料
3、合理 选用 外加剂
掺加块石。在无筋或少筋的大 块混凝土中，可掺入不超过混 凝土体积的25%的大块石，以 减少水泥用量，降低水化热。
细骨料以中、粗砂为宜。
严格控制砂、石的含泥量。石 子控制在小于1%，黄砂控制在 小于2%。
3.1 在混凝土中加入适量的外加剂，可以改 善混凝土的特性，减少水泥用量，减少混凝 土的温升。同时可降低水化热释放的速度， 延缓温度峰值出现的时间。
的接触面上全部设置滑动层，则可大大减弱外约束。如在
外约束的两端的1／4-1／5的范围内设置滑动层，则结构 的计算长度可折减约一半，为此，遇有约束强的岩石类地
基、较厚的混凝土垫层等时，可在接触面上设置滑动层，
对减少温度应力将起到显著作用。 滑动层的做法有：涂刷两道热沥青加铺一层沥青油毡； 或铺设10-20mm厚的沥青砂；或铺设50mm厚的砂或石屑层 等。
混凝土裂缝产生原因
由外荷载的直接应力（即按常规计算的主要应力）引起的 由结构的次应力（计算未考虑到的结构内部应力）引起的 由变形变化（温度、收缩、不均匀沉降等）引起的
• 大体积混凝土的裂缝 多由上述第三种原因引 起。
• 当变形受到约束产生 的应力超过混凝土的抗 拉强度时，就引起裂缝。
混凝土裂缝产生原因
砼浇筑初期，
其内部与表面温差过大
砼浇筑后期，
砼降温、干缩变形引起的混凝 土内部收缩受到外部约束
采用过高强度等级的混凝土
大 体 积 混 凝 土 产 生 裂 缝 的 原 因
设 计 方 面
（设计强度过高，水泥用量过大）
忽视配置控制温度和收缩变形 的构造钢筋
（温度应力和收缩应力变形不能受到约束）
材料选用不当
大体积混凝土裂缝产生的原因
2、施工方面
大体积混凝土裂缝主要产生于两个阶段：一是混凝土浇捣 后的温升阶段,因混凝土内部与表面温差过大,致使表面产生 较大拉应力,使混凝土表面开裂；二是在混凝土降温阶段， 因混凝土内部降温速率过快，使混凝土内部产生较大拉应力， 从而在混凝土内部产生贯穿性裂缝。 施工段的划分及浇筑顺序不合理，组织安排不周密，模板 使用不当，以及混凝土浇筑过程中配合比、水灰比过大、养 护不当等等，都可能引起大体积混凝土结构的变形裂缝。
合理选用 外加剂
3.2 混凝土中掺入一定量的粉煤灰不仅能改 善混凝土特性，而且能代替部分水泥，减少 水化热。但应注意掺加粉煤灰后混凝土早期 强度有所降低。
大体积混凝土的定义 大体积混凝土裂缝控制 工程实例1 工程实例2
大体积混凝土裂缝控制
混凝土裂缝的类型与产生原因 控制裂缝的措施
设计方面
材料方面
施工方面
混凝土裂缝的类型
裂缝的种类：按裂缝的宽度不同，混凝土裂缝 可分为“微观裂缝”和“宏观裂缝”两种。
微观裂缝（在尚未承受荷载的混凝土结构中存在着肉 眼看不见的微观裂缝其宽度为0.05mm以下）： 粘着裂缝：骨料与水泥石粘结面上的 水泥石裂缝：骨料间水泥浆中的裂缝 骨料裂缝：存在于骨料本身的裂缝
赵勤勇 广西大学土木学院 高级工程师
大体积砼基础
天津117大厦，65000立方米大底板混凝土，民用 建筑最大体积底板混凝土

近几年来，全国各地工程规模日趋扩大， 结构形式日益复杂，工业与民用建筑中大体 积混凝土越来越多。由于其体积大，表面小， 水泥水化热释放比较集中，内部温升比较快， 当混凝土内外温差较大时，会使混凝土产生 温度裂缝和收缩变形裂缝，影响结构安全和 正常使用，所以必须从根本上分析它，来保 证施工的质量。
大体积混凝土裂缝的控制
大体积混凝土裂缝的控制
5. 缓冲层 在高、低底板交接处和底板地梁等处，用30～50mm厚的聚苯 乙烯泡沫塑料做垂直隔离层，如图3所示，以缓冲基础收缩时的 侧向压力。
(a) 高、低底板交接处 缓冲层示意图
(b) 底板地梁处
材 料 选 用 方 面
1、合理 选 水泥品种
选用C3S及C3A含量低的中、低 热水泥。（《规范》P12） 尽量选用粒径较大、级配良好的 石子，以减少用水量和水泥用量、 混凝土的收缩和泌水性。
深层裂缝：表面裂缝发展而成深层裂缝
混凝土裂缝的类型
宏观裂缝是微
观裂缝扩展的结
果。
表面裂缝
混凝土裂缝的类型
大体积混凝土浇筑初期，水泥水化热大量产生，使混凝土 的温度迅速上升。但由于混凝土表面散热条件较好，热量可向 大气中散发，其温度上升较少；而混凝土内部由于散热条件较 差，热量不易散发，其温度上升较多。混凝土内部温度高、表 面温度低，则形成温度梯度，使混凝土内部产生压应力，表面 产生拉应力，当拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时，混凝土 表面就产生裂缝。 表面裂缝虽不属于结构性裂缝，但在混凝土收缩时，由于 表面裂缝处的断面已削弱，易产生应力集中现象，能促使裂缝 进一步开展。 国内外对裂缝宽度都有相应的规定，如我国的混凝土结 构设计规范，对钢筋混凝土结构的最大允许裂缝宽度就有明确 的规定：室内正常环境下的一般构件为0.3mm；露天或室内高 湿度环境下为0.2mm。
混凝土裂缝的类型
深层裂缝
基础约束范围内的混凝土，处在大面积拉应力状态， 在这种区域若产生了表面裂缝，则极有可能发展为深 层裂缝，甚至发展成贯穿性裂缝。 深层裂缝部分切断了结构断面，具有很大的危害性， 施工中是不允许出现的。 如果设法避免基础约束区的表面裂缝，且混凝土内 外温差控制适当，基本上可避免出现深层裂缝和贯穿 裂缝。
尺寸不小于lm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。
大体积砼结构的特点
由于高层基础多为砼体积较大的箱形、筏形和 桩承台较大的基础，这种结构有结构厚、体形大、
钢筋密、混凝土数量多、工程条件复杂和施工技术
要求高等特点。外荷载引起裂缝的可能性很小。但 水泥的水化反应过程中释放的水化热所产生的温度 变化与砼收缩的共同作用，会产生较大温度应力和 收缩应力，是大体积砼结构出现裂缝的主要因素。
• 当裂缝宽度超过0.2～0.3mm时，其渗水量与裂缝宽度呈三 次方增加，必须进行化学注浆处理。
大体积混凝土裂缝的控制
设计方面 保温保湿养护
控制大体积 混凝土裂缝 的措施
材料选用
施工质量
（模板、浇筑）
施工工艺 （技术方案）
大体积混凝土裂缝的控制
1、对于大体积混凝土底板，应在满足抗弯及抗冲切 计算要求的前提下，避免设计上“强度越高越好” 的错误概念，可以利用混凝土60d或90d的后期强度， 尽量采用C25-C40的混凝土，这样可以减少混凝土 中的水泥用量，以降低混凝土浇筑实体的温度升高。
设 计 方 面
（《规范》P11 )
2、大体积混凝土除满足承载力要求外，还应增配承 受因水泥水化热引起的温度应力及控制裂缝开裂的 构造钢筋。温度收缩钢筋可利用原有钢筋贯通布置， 也可另行设置构造钢筋网，与原有钢筋按受拉钢筋 的要求搭接或在周边构件中锚固。
（《规范》P11 )
构 造 钢 筋
2.1 当板的厚度大于2m时， 除应沿板的上、下表面布 置纵、横方向的钢筋外， 尚应沿板的厚度方向间距 不超过lm设置与板面平行 的构造钢筋网片，其直径 宜为φl2—φl6，间距宜为 100—150mm。为防止大 承台水平裂缝，四周宜加 设暗梁。4Ø16~4 Ø 22
混凝土裂缝的类型
贯穿裂缝
大体积混凝土浇筑初期，混凝土处于升温阶段及塑性状 态，弹性模量很小，变形变化所引起的应力很小，温度应力 一般可忽略不计。 混凝土浇筑一定时间后，水泥水化热基本已释放，混凝 土从最高温逐渐降温，降温的结果引起混凝土收缩，再加上 混凝土多余水分蒸发等引起的体积收缩变形，受到地基和结 构边界条件的约束，不能自由变形，导致产生拉应力，当该 拉应力超过混凝土极限抗拉强度时，混凝土整个截面就会产 生贯穿裂缝。 贯穿裂缝切断了结构断面，破坏了结构整体性、稳定性、 耐久性、防水性等，影响正常使用。应当采取一切措施控制 贯穿裂缝的开展。
大体积混凝土裂缝的控制
4. 设置应力缓和沟
设置应力缓和沟，即在结构的表面，每隔一定距
离设一条沟，设置应力缓和沟后，可将结构表面的拉
应力减少20％-50％，可有效地防止表面裂缝。这种 方法是日本清水建筑工程公司研究出的一种防止大体
积混凝土开裂的方法。我国已用于直径 60m、底板厚
3.5-5.0m、容量1.6万m3的地下罐工程，并取得良好效 果。应力缓和沟的形式，如图3-11所示。
增设暗梁
2.2 为了避免结构突变 或断面突变产生应力 集中，转角和孔洞处 应增设构造加强筋。
避免应力集中