混凝土的溫度與裂縫問題初探

倪桂敏

摘 要： 通過幾年的現(xiàn)場觀察，通過查閱有關(guān)混凝土內(nèi)部應力方面的專著，對混凝土溫度裂縫產(chǎn)生的原因、現(xiàn)場混凝土溫度的控制和預防裂縫的措施等進行闡述。

關(guān)鍵詞：混凝土 溫度應力 裂縫 控制

混凝土在現(xiàn)代工程建設(shè)中占有重要地位，而混凝土的裂縫亦較為普遍，在建筑工程中裂縫幾乎無所不在。盡管我們在施工中采取各種措施，小心謹慎，但裂縫仍然時有出現(xiàn)。究其原因，我們對混凝土內(nèi)部應力的變化是其中之一。

在大體積混凝土中，溫度應力及溫度控制具有重要意義，溫度使混凝土內(nèi)應力發(fā)生變化，促使其產(chǎn)生裂縫。在施工中混凝土常常出現(xiàn)的溫度裂縫，直接影響到結(jié)構(gòu)的整體性和耐久性。現(xiàn)就我們遇到的施工中的溫度裂縫和施工中混凝土裂縫的其它成因和處理措施做一探討。

一、混凝土裂縫的原因

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，混凝土的脆性和不均勻性，以及結(jié)構(gòu)不合理，原材料不合格（如堿骨料反應；水泥過期或品種選用不當；外加劑使用不當；水泥水化熱過高等），模板剛度不足，模板支架下沉或失穩(wěn)，過早拆模，基礎(chǔ)不均勻沉降等。

1.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，在表面引起拉應力。后期在降溫過程中，由于受到基礎(chǔ)或老混凝土的約束，又會在混凝土內(nèi)部出現(xiàn)拉應力。氣溫的降低也會在混凝土表面引起很大的拉應力。當這些拉應力超出混凝土的抗裂能力時，即會出現(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)護不周、時干時濕，表面干縮形變受到內(nèi)部混凝土的約束，也往往導致裂縫。混凝土是一種脆性材料，抗拉強度是抗壓強度的1／10左右，短期加荷時的極限拉伸變形只有（0.6～1.0）×104，長期加荷時的極限拉伸變形也只有（1.2～2.0）×104，由于原材料不均勻，水灰比不穩(wěn)定，及運輸和澆筑過程中的離析現(xiàn)象，在同一塊混凝土中其抗拉強度又是不均勻的，存在著許多抗拉能力很低，易于出現(xiàn)裂縫的薄弱部位。在鋼筋混凝土中，拉應力主要是由鋼筋承擔，混凝土只是承受壓應力。在素混凝土內(nèi)或鋼筋混凝土的邊緣部位如果結(jié)構(gòu)內(nèi)出現(xiàn)了拉應力，則須依靠混凝土自身承擔。一般設(shè)計中均要求不出現(xiàn)拉應力或者只出現(xiàn)很小的拉應力。但是在施工中混凝土由最高溫度冷卻到運轉(zhuǎn)時期的穩(wěn)定溫度，往往在混凝土內(nèi)部引起相當大的拉應力。有時溫度應力可超過其它外荷載所引起的應力，因此掌握溫度應力的變化規(guī)律對于進行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工極為重要。

2.溫度應力的分析

自澆筑混凝土開始至水泥放熱基本結(jié)束，一般約30天。這個階段的兩個特征，一是水泥放出大量的水化熱，大約在澆筑后2～7天，水化熱可使大體積混凝土內(nèi)部濕度上升到50℃～70℃，這時應及時養(yǎng)護，如果缺水，極容易產(chǎn)生失水引縮引起的界面裂縫。二是這時的混凝土彈性模量很小，約束應力很小，隨著溫度升至峰值后，水化熱耗盡，開始散溫，溫度下降，可延續(xù)10～30天，這時混凝土的彈性模量隨降溫的時間延長而提高，約束應力隨時間而增長，當約束應務超過混凝土的抗拉強度時，導致混凝土內(nèi)部開裂，內(nèi)部的溫差裂縫與表面干縮裂縫相連接就出現(xiàn)了貫穿全截面的裂縫，它們對結(jié)構(gòu)的安全和正常使用影響較大。

二、控制和防止裂縫的措施

為了防止裂縫，減輕溫度應力可以從設(shè)計、施工、材料三個方面下手。

控制混凝土裂縫的措施如下：

1.在設(shè)計方面

（1）降低結(jié)構(gòu)約束，做好抗與放的良好結(jié)合，包括設(shè)置后澆帶、施工縫及滑動層；

（2）合理確定混凝土的強度等級；

（3）適當?shù)丶訌姌?gòu)造配筋，提高配筋率，尤其是地下室外墻；

（4）確定裂縫控制寬度。

2.在施工方面

（1）控制混凝土坍落度及水灰比；

（2）做好保溫保濕養(yǎng)護的技術(shù)措施；（最好用草簾覆蓋保濕）

（3）和攪拌站進行協(xié)調(diào)，做好混凝土的級配及外加劑的優(yōu)選；

（4）加強和氣象站的聯(lián)系，掌握混凝土澆筑期間的氣候。

3.材料方面

（1）通過混凝土試配，優(yōu)選材料和配合比；

（2）優(yōu)選緩凝型外加劑及摻和料；

（3）選擇合適的骨料品種，控制粗細骨料的含泥量；

（4）做好設(shè)備及計量裝置的檢驗。

三、對混凝土施工的幾點意見

1.混凝土標號與混凝土平均強度及其標準差的關(guān)系

混凝土標號是根據(jù)混凝土標準強度總體分布的平均值減1.645倍標準值確定的。這樣可以保證混凝土確定均有95％的保證率，低于該標準值的概率不大于5％，充分保證了建筑物的安全，從此推定，抽樣檢查的幾組試件的混凝土平均確定一定大于等于混凝土設(shè)計標號，其值大小取決于施工質(zhì)量水平。通過公式計算可以看出，施工人員不但要使混凝土平均確定大于混凝土標號，更重要的是要盡量使混凝土標準差降到較低值，這樣，既保證了工程質(zhì)量，也降低了工程造價。

2.混凝土質(zhì)量控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)

混凝土質(zhì)量控制包含兩個基本內(nèi)容：（1）使混凝土達到設(shè)計要求的質(zhì)量標準。（2）在滿足設(shè)計要求的質(zhì)量指標前提下盡量降低成本，這兩條要求實際上是盡量降低混凝土的標準差?；炷恋膹姸扔幸欢x散性，這是客觀的，但通過科學管理可以控制其達到最小值，因此混凝土標準差能反映施工單位的實際管理水平，管理水平越高，標準差越小?？梢哉f，混凝土質(zhì)量控制實質(zhì)上是標準差的控制。實際上控制標準差應從以下幾個方面入手。

1）設(shè)計合理的混凝土配合比。合理的混凝土配合比由實驗室通過實驗確定，除滿足確定、耐久性要求和節(jié)約原材料外，應該具有施工要求的和易性。因此要實驗室設(shè)計合理的配比，必須提供合格的水泥、砂、石。水泥控制強度，砂控制細度、含水率、含泥量等，石控制含水率及含泥量等。只有材料達到合格要求，才能做出合理的混凝土配合比，才能使施工得以正常合理的進行，達到設(shè)計和驗收標準。

2）加強原材料管理，混凝土材料的變異將影響混凝土強度。因此收料人員應嚴把質(zhì)量關(guān)，不允許不合格品進場。

3）進行混凝土強度的測定，我們以28天強度為準，為施工簡便和質(zhì)量保證，我們一般做7天試塊等，以對混凝土強度盡量根據(jù)其齡期測定其發(fā)展，以明確確定其質(zhì)量。

綜上所述，我們應從各個方面控制混凝土質(zhì)量，以確保整個工程質(zhì)量，提高使用者的生命財產(chǎn)的安全度。