混凝土施工溫度分析與裂縫預防措施

于士玲 王洪霞

（黑龍江省農墾北安建筑安裝總公司，黑龍江 北安 164000）

前言

現(xiàn)代的工程建設中混凝土占有重要地位，而混凝土的裂縫也較為普遍，過寬的裂縫有損結構的美觀，造成使用者的不安全感；同時裂縫也會導致鋼筋混凝土結構剛度減小，盡管在施工中我們采取了各種措施，小心謹慎，但裂縫仍然時有出現(xiàn)。本文僅對施工中混凝土裂縫的成因和處理措施做一探討。

1 裂縫的原因

混凝土中裂縫的產生有多種原因，主要是溫度和濕度的變化，混凝土的脆性和不均勻性，以及結構不合理，原材料不合格（如堿骨料反應），模板變形，基礎不均勻沉降等。

混凝土硬化期間水泥放出大量水化熱，內部溫度不斷上升，在表面引起拉應力。后期在降溫過程中，由于受到基礎或者混凝土的約束，又會在混凝土內部出現(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。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。在素混凝土內或鋼筋混凝土的邊緣部位如果結構內出現(xiàn)了拉應力，則須依靠混凝土自身承擔。一般設計中均要求不出現(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時期的穩(wěn)定溫度，往往在混凝土內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構設計和施工極為重要。

2 溫度應力的分析

根據溫度應力的形成過程可分為以下三個階段：

（1）早期：自澆筑混凝土開始至水泥放熱基本結束，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，二是混凝上彈性模量的急劇變化。由于彈性模量的變化，這一時期在混凝土內形成殘余應力。

（2）中期：自水泥放熱作用基本結束時起至混凝土冷卻到穩(wěn)定溫度時止，這個時期中，溫度應力主要是由于混凝土的冷卻及外界氣溫變化所引起，這些應力與早期形成的殘余應力相疊加，在此期間混凝上的彈性模量變化不大。

（3）晚期：混凝土完全冷卻以后的運轉時期。溫度應力主要是外界氣溫變化所引起，這些應力與前兩種的殘余應力相迭加。根據溫度應力引起的原因可分為兩類：

①自生應力：邊界上沒有任何約束或完全靜止的結構，如果內部溫度是非線性分布的，由于結構本身互相約束而出現(xiàn)的溫度應力。

②約束應力：結構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力。如箱梁頂板混凝土和護欄混凝土。

這兩種溫度應力往往和混凝土的干縮所引起的應力共同作用。要想根據已知的溫度準確分析出溫度應力的分布、大小是一項比較復雜的工作。在大多數情況下，需要依靠模型試驗或數值計算?；炷恋男熳兪箿囟葢τ邢喈敶蟮乃神Y，計算溫度應力時，必須考慮徐變的影響。

3 溫度的控制和防止裂縫的措施

為了防止裂縫的產生，減輕溫度應力可以從控制溫度和改善約束條件兩個方面進行分析。

控制溫度的措施主要有采用改善骨料級配，用干硬性混凝土，摻混合料，加引氣劑或塑化劑等措施以減少混凝土中的水泥用量，拌合混凝土時加水或用水將碎石冷卻以降低混凝土的澆筑溫度，熱天澆筑混凝土時減少澆筑厚度，利用澆筑層面散熱，規(guī)定合理的拆模時間，氣溫驟降時進行表面保溫，以免混凝土表面發(fā)生急劇的溫度梯度；施工中長期暴露的混凝土澆筑塊表面或薄壁結構，在寒冷季節(jié)采取保溫措施等。

改善約束條件的措施是合理地分縫分塊，避免基礎過大起伏，合理的安排施工工序，避免過大的高差和側面長期暴露。

此外，改善混凝土的性能，提高抗裂能力，加強養(yǎng)護，防止表面干縮，特別是保證混凝土的質量對防止裂縫是十分重要，應特別注意避免產生貫穿裂縫，因此施工中應以預防貫穿性裂縫的發(fā)生為主。

在混凝土的施工中，當混凝土溫度高于氣溫時應適當考慮拆模時間，以免引起混凝土表面的早期裂縫。新澆筑早期拆模，在表面引起很大的拉應力，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)，表面引起相當大的拉應力，此時拆除模板，表面溫度驟降，必然引起溫度梯度，在表面附加一拉應力，與水化熱應力迭加，再加上混凝土干縮，表面的拉應力達到很大的數值，就有導致裂縫的危險，但如果在拆除模板后及時在表面覆蓋一輕型保溫材料，如泡沫海棉等，對于防止混凝土表面產生過大的拉應力，具有顯著的效果。

為保證混凝土工程質量，防止開裂，提高混凝土的耐久性，減少開裂的措施之一便是正確使用外加劑，如：水灰比與水泥用量是影響混凝土收縮的重要因素，使用適量的外加劑可以在不改變混凝土強度的條件下使混凝土用水量與水泥用量適量減少，其體積用增加骨料用量來補充。摻加外加劑還可使混凝土密實性好，可有效地提高混凝土的抗碳化性，減少碳化收縮等。許多外加劑都有緩凝、增加和易性、改善塑性的功能，我們在工程實踐中應多進行這方面的實驗對比和研究，比單純的靠改善外部條件，可能會更加簡捷、經濟。

4 混凝土的早期養(yǎng)護

實踐證明，混凝土常見的裂縫，大多數是不同深度的表面裂縫，其主要原因是溫度梯度造成寒冷地區(qū)的溫度驟降也容易形成裂縫。因此說混凝土的保溫對防止表面早期裂縫尤其重要。

從溫度應力觀點出發(fā)，保溫應達到下述要求：

（1）防止混凝土內外溫度差及混凝土表面梯度，防止表面裂縫。

（2）防止混凝土超冷，應該盡量設法使混凝土的施工期最低溫度不低于混凝土使用期的穩(wěn)定溫度。

混凝土早期養(yǎng)護主要目的在于保持適宜的溫濕條件，以達到兩個方面的效果，一方面使混凝土免受不利溫、濕度變形的侵襲，防止有害的冷縮和干縮。一方面使水泥水化作用順利進行，以期達到設計的強度和抗裂能力。

理論上看，新澆混凝土中所含水分完全可以滿足水泥水化的要求而有余。但由于蒸發(fā)等原因常引起水分損失，從而推遲或防礙水泥的水化，表面混凝土最容易而且直接受到這種不利影響。因此混凝土澆筑后的最初幾天是養(yǎng)護的關鍵時期，在施工中應予以重視。

5 結束語

綜上所述，盡管理論上對混凝土裂縫的成因和計算有不同的方法，但對于具體的預防和改善措施意見還是比較統(tǒng)一，同時在實踐中應用效果也是比較理想的，具體施工中要靠我們多觀察、多總結，結合多種預防處理措施，混凝土的裂縫是有望避免的。

[1]趙方冉.《土木工程材料》同濟大學出版社.2004.7.

[2]顧祥林.《混凝土結構基本原理》同濟大學出版社.2004.11.

[3]劉志勇,王軍文.《土木工程結構試驗》中國鐵道出版社.2008.12.

[4]王鐵夢.《工程結構裂縫控制》中國建筑工業(yè)出版社.2002.01.