淺談混凝土溫度裂縫產(chǎn)生原因及防裂措施

摘要：通過(guò)多年的現(xiàn)場(chǎng)觀察，查閱有關(guān)混凝土內(nèi)部應(yīng)力方面的專(zhuān)著，對(duì)混凝土溫度裂縫產(chǎn)生的原因、現(xiàn)場(chǎng)混凝土溫度的控制和預(yù)防裂縫的措施等進(jìn)行闡述。

關(guān)鍵詞：混凝土；溫度應(yīng)力；裂縫；控制

目前以鋼筋混凝土為主要結(jié)構(gòu)材料的建筑物大量出現(xiàn)，對(duì)現(xiàn)代化建設(shè)起到了重要的促進(jìn)作用。但在混凝土施工中很容易出現(xiàn)溫度裂縫。其中表面裂縫又占絕大多數(shù)，而表面裂縫在一定條件下可能繼續(xù)發(fā)展成貫穿性裂縫，將嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)性能和使用功能。因此，合理地確定建筑物溫度控制方法，采取必要的防裂措施，對(duì)于減少表面裂縫，保證建筑物的整體性和耐久性，確保工程的質(zhì)量和安全，是至關(guān)重要的。盡管我們?cè)谑┕ぶ胁扇「鞣N措施，但裂縫仍然時(shí)有出現(xiàn)。究其原因，我們對(duì)混凝土溫度應(yīng)力的變化不夠注意是其中之一。

在大體積混凝土中，溫度應(yīng)力及溫度控制具有重要意義。這主要是由于兩方面的原因。首先，在施工中混凝土常常出現(xiàn)溫度裂縫，影響到結(jié)構(gòu)的整體性和耐久性。其次，在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，溫度變化對(duì)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)具有顯著的不容忽視的影響。我們遇到的主要是施工中的溫度裂縫，因此僅對(duì)施工中混凝土裂縫的成因和處理措施做探討。

1 裂縫產(chǎn)生原因

混凝土中產(chǎn)生裂縫有多種原因，主要是溫度和濕度的變化，混凝土養(yǎng)護(hù)不當(dāng)，以及結(jié)構(gòu)不合理，原材料不合格（如堿骨料反應(yīng)），模板變形，基礎(chǔ)不均勻沉降等。

混凝土硬化期間水泥放出大量水化熱，內(nèi)部溫度不斷上升，尤其是大體積混凝土內(nèi)部熱量不易散發(fā)，溫度峰值在45-550C，而表面因受大氣溫度影響，散熱較快，形成內(nèi)外溫差，若表面養(yǎng)護(hù)不好，將導(dǎo)致混凝土表面急劇的溫度變化而產(chǎn)生較大的降溫收縮，此時(shí)表面受到內(nèi)部混凝土的約束，將產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力（內(nèi)部降溫慢，受自約束而產(chǎn)生壓應(yīng)力），而混凝土早期抗拉強(qiáng)度低，因而出現(xiàn)裂縫。

在混凝土降溫階段，混凝土逐漸冷卻，加上混凝土本身的收縮，當(dāng)受到外部（巖基或厚大老混凝土基層或外圍結(jié)構(gòu)）的約束產(chǎn)生內(nèi)部裂縫。氣溫的降低也會(huì)在混凝土表面引起很大的拉應(yīng)力。當(dāng)這些拉應(yīng)力超出混凝土的抗裂能力時(shí)，即會(huì)出現(xiàn)裂縫。許多混凝土的內(nèi)部濕度變化很小或變化較慢，但表面濕度可能變化較大或發(fā)生劇烈變化。如養(yǎng)護(hù)不周、時(shí)干時(shí)濕，表面干縮形變受到內(nèi)部混凝土的約束，也往往導(dǎo)致裂縫。

2 溫度應(yīng)力的分析

根據(jù)溫度應(yīng)力的形成過(guò)程可分為以下三個(gè)階段：

早期：自澆筑混凝土開(kāi)始至水泥放熱基本結(jié)束，一般約30天。這個(gè)階段的兩個(gè)特征，一是水泥放出大量的水化熱，二是混凝上彈性模量的急劇變化。由于彈性模量的變化，這一時(shí)期在混凝土內(nèi)形成殘余應(yīng)力。中期：自水泥放熱作用基本結(jié)束時(shí)起至混凝土冷卻到穩(wěn)定溫度時(shí)止，這個(gè)時(shí)期中，溫度應(yīng)力主要是由于混凝土的冷卻及外界氣溫變化所引起，這些應(yīng)力與早期形成的殘余應(yīng)力相疊加，在此期間混凝上的彈性模量變化不大。晚期：混凝土完全冷卻以后的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)期。溫度應(yīng)力主要是外界氣溫變化所引起，這些應(yīng)力與前兩種的殘余應(yīng)力相迭加。

根據(jù)溫度應(yīng)力引起的原因可分為兩類(lèi)：

自生應(yīng)力：邊界上沒(méi)有任何約束或完全靜止的結(jié)構(gòu)，如果內(nèi)部溫度是非線性分布的，由于結(jié)構(gòu)本身互相約束而出現(xiàn)的溫度應(yīng)力。例如，大體積混凝土基礎(chǔ)，結(jié)構(gòu)尺寸相對(duì)較大，混凝土冷卻時(shí)表面溫度低，內(nèi)部溫度高，在表面出現(xiàn)拉應(yīng)力，在中間出現(xiàn)壓應(yīng)力。

約束應(yīng)力：結(jié)構(gòu)的全部或部分邊界受到外界的約束，不能自由變形而引起的應(yīng)力。

這兩種溫度應(yīng)力往往和混凝土的干縮所引起的應(yīng)力共同作用。

要想根據(jù)已知的溫度準(zhǔn)確分析出溫度應(yīng)力的分布、大小是一項(xiàng)比較復(fù)雜的工作。在大多數(shù)情況下，需要依靠模型試驗(yàn)或數(shù)值計(jì)算?；炷恋男熳兪箿囟葢?yīng)力有相當(dāng)大的松馳，計(jì)算溫度應(yīng)力時(shí)，必須考慮徐變的影響，具體計(jì)算就不再細(xì)述。

3溫度的控制和防止裂縫的措施

配制混凝土?xí)r，嚴(yán)格控制水灰比和水泥用量，應(yīng)盡量選用低熱或中熱水泥（如礦渣水泥、粉煤灰水泥）拌制混凝土，或混摻適量粉煤灰、減水劑，或利用混凝土后期強(qiáng)度（60-90d），降低水泥用量以減少水化熱量；選擇級(jí)配良好的骨料，減少空隙率和砂率，控制砂石含泥量，降低水灰比，加強(qiáng)振搗，提高混凝土密實(shí)性和抗拉強(qiáng)度。

盡量避開(kāi)炎熱天氣澆筑大體積混凝土，必要時(shí)可采冰水拌制混凝土，或?qū)橇线M(jìn)行噴水預(yù)冷卻，以降低澆筑溫度。

分層澆灌混凝土，減少澆筑厚度，每層厚度不大于300mm，大體積基礎(chǔ)，采取分塊分層間隔澆筑（間接時(shí)間為5~7d），分塊厚度1.0~1.5m，以利水化熱散發(fā)和減少約束作用，或每隔20~30m留一條0.7~1.0m寬后澆帶，42d后再填筑，以減少溫度收縮應(yīng)力。加強(qiáng)灑水養(yǎng)護(hù)，夏季應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間，冬季適當(dāng)延緩保溫和脫模時(shí)間，緩慢降溫。規(guī)定合理的拆模時(shí)間，氣溫驟降時(shí)進(jìn)行表面保溫，以免混凝土表面發(fā)生急劇的溫度梯度；拆模時(shí)混凝土表面溫度與環(huán)境溫度差控制不大于250C 。在巖石或厚大混凝土墊層上，澆筑大體積混凝土?xí)r，可鋪二層瀝青卷材作隔離層，以減少熱作用。蒸汽養(yǎng)護(hù)構(gòu)件時(shí)，控制升溫速度不大于250c/h，降溫速度不大于200c/h，并緩慢揭蓋，及時(shí)脫模，避免引起過(guò)大的溫度應(yīng)力。

施工中長(zhǎng)期暴露的混凝土澆筑塊表面或薄壁結(jié)構(gòu)，在寒冷季節(jié)采取保溫措施。

改善約束條件的措施是：

合理地分縫分塊;避免基礎(chǔ)過(guò)大起伏;合理的安排施工工序，避免過(guò)大的高差和側(cè)面長(zhǎng)期暴露。

此外，改善混凝土的性能，提高抗裂能力，加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，防止混凝土表面出現(xiàn)塑性收縮、沉降收縮、凝縮、干燥收縮等裂縫和溫度裂縫，特別是保證混凝土的質(zhì)量對(duì)防止裂縫是十分重要，應(yīng)特別注意避免產(chǎn)生貫穿溫度裂縫，因此施工中應(yīng)以預(yù)防貫穿性裂縫的發(fā)生為主。

在混凝土的施工中，當(dāng)混凝土溫度高于氣溫時(shí)應(yīng)適當(dāng)考慮拆模時(shí)間，以免引起混凝土表面的早期裂縫。新澆筑混凝土早期拆模，在表面引起很大的拉應(yīng)力，出現(xiàn)\"溫度沖擊\"現(xiàn)象。在混凝土澆筑初期，由于水化熱的散發(fā)，表面引起相當(dāng)大的拉應(yīng)力，此時(shí)表面溫度亦較氣溫為高，此時(shí)拆除模板，表面溫度驟降，必然引起溫度梯度，從而在表面附加一拉應(yīng)力，與水化熱應(yīng)力迭加，再加上混凝土干縮，表面的拉應(yīng)力達(dá)到很大的數(shù)值，就有導(dǎo)致裂縫的危險(xiǎn)，但如果在拆除模板后及時(shí)在表面覆蓋一輕型保溫材料，對(duì)于防止混凝土表面產(chǎn)生過(guò)大的拉應(yīng)力，具有顯著的效果。

加筋對(duì)大體積混凝土的溫度應(yīng)力影響很小，因?yàn)榇篌w積混凝土的含筋率不高。只是對(duì)一般鋼筋混凝土有影響。在溫度不太高及應(yīng)力低于屈服極限的條件下，鋼的各項(xiàng)性能是穩(wěn)定的，而與應(yīng)力狀態(tài)、時(shí)間及溫度無(wú)關(guān)。鋼的線脹系數(shù)與混凝土線脹系數(shù)相差很小，在溫度變化時(shí)兩者間只發(fā)生很小的內(nèi)應(yīng)力。由于鋼的彈性模量為混凝土彈性模量的7~15倍，當(dāng)混凝土應(yīng)力達(dá)到抗拉強(qiáng)度而開(kāi)裂時(shí)，鋼筋的應(yīng)力將不超過(guò)100~200kg／cm2..因此，在混凝土中想要利用鋼筋來(lái)防止細(xì)小裂縫的出現(xiàn)很困難。但加筋后結(jié)構(gòu)內(nèi)的裂縫一般就變得數(shù)目多、間距小、寬度與深度較小了。而且如果鋼筋的直徑細(xì)而間距密時(shí)，對(duì)提高混凝土抗裂性的效果較好。混凝土和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的表面常常會(huì)發(fā)生細(xì)而淺的裂縫，其中大多數(shù)屬于干縮裂縫。雖然這種裂縫一般都較淺，但它對(duì)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和耐久性仍有一定的影響。

為保證混凝土工程質(zhì)量，防止開(kāi)裂，提高混凝土的耐久性，正確使用外加劑也是減少開(kāi)裂的措施之一。

結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)混凝土的溫度控制與防裂措施關(guān)系進(jìn)行了初步探討，雖然對(duì)于混凝土裂縫的成因和計(jì)算方法有不同的理論，但對(duì)于具體的預(yù)防和改善措施意見(jiàn)還是基本一致，同時(shí)在實(shí)踐中的應(yīng)用效果也是比較好的，我們?cè)诠こ淌┕r(shí)要多觀察、多比較，根據(jù)施工實(shí)際情況對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題多分析研究、多總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合多種預(yù)防處理措施，避免混凝土的裂縫。