淺談混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件溫度裂縫的形成機(jī)理

陳嵐嵐 陳友愛

（1、浙江省園林集團(tuán)有限公司，浙江 杭州 310016 2、浙江新誠(chéng)信工程咨詢有限公司，浙江 杭州 31000）

1 混凝土溫度裂縫的機(jī)理

因?yàn)榱芽p本身是混凝土變形不協(xié)調(diào)的產(chǎn)物，引起溫度變化和差異的原因是熱量，混凝土中熱量的來(lái)源有兩個(gè)途徑，因此溫度裂縫就有兩種類型。

（1）水泥的水化熱

水泥膠體在水化-結(jié)晶而成為水泥石的過(guò)程中，由于水化反應(yīng)還會(huì)釋放出熱量，每1kg水泥水化時(shí)的發(fā)熱量大約在300kJ左右。如果混凝土體積較大，這些熱量難以散失，積聚起來(lái)就可能造成結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度升高，形成表里的溫度差異，從而導(dǎo)致溫度裂縫。大體積混凝土的裂縫多是由于水化熱造成的溫度裂縫。

（2）外界環(huán)境溫度的變化

處于大氣環(huán)境中的混凝土結(jié)構(gòu)，其溫度受到外界氣候的影響，例如季節(jié)變化、日曬、雨淋等。由于使用及暴露條件的差異，混凝土結(jié)構(gòu)的不同區(qū)域和不同部位就可能產(chǎn)生溫度差。這就必須會(huì)在超靜定的混凝土結(jié)構(gòu)中引起約束作用，從而導(dǎo)致裂縫。這就是暴露結(jié)構(gòu)混凝土的季節(jié)溫差裂縫。

2 表層溫度裂縫

（1）大體積混凝土的表層裂縫

大體積混凝土中的水泥在水化過(guò)程中，釋放了大量的水化熱。由于混凝土是熱的不良導(dǎo)體，這些熱量往往積聚在結(jié)構(gòu)的內(nèi)部而難以在短時(shí)期內(nèi)散出。而結(jié)構(gòu)表層的混凝土，卻因?yàn)槿菀咨岫杆倮鋮s，由此造成了大體積混凝土溫度場(chǎng)中的內(nèi)外溫差。表層混凝土冷卻收縮受阻于內(nèi)部受熱混凝土的膨脹，由此導(dǎo)致外層混凝土的約束受拉變形，并形成裂縫。

通常體積較大的基礎(chǔ)混凝土中容易產(chǎn)生此類裂縫。在其接觸大氣環(huán)境的表面，由于溫差和干燥造成的裂縫更為常見。裂縫形態(tài)多為表層不規(guī)則的龜裂狀裂縫，有時(shí)在側(cè)邊中部也有深度較大的垂直于邊棱的橫向裂縫。隨著時(shí)間推移，待大體積混凝土水化熱慢慢散盡以后，溫度就會(huì)逐漸趨于穩(wěn)定。溫度差消失以后，溫度裂縫發(fā)展收斂，不會(huì)無(wú)限制地持續(xù)下去。

（2）季節(jié)溫差引起的裂縫

環(huán)境變化引起的溫差往往隨季節(jié)變化，逐年循環(huán)而呈現(xiàn)很明顯的周期性。由此而引起的溫度裂縫隨季節(jié)而變化；冬天裂縫寬度較大，而夏季寬度變小，甚至基本閉合?；炷恋乃苄孕熳兒屠瓚?yīng)力的松弛，可以在很大程度上緩解這種溫差變形引起的約束作用，加上保溫、隔熱等做法的緩解，在一般結(jié)構(gòu)中這種裂縫較少出現(xiàn)。

（3）驟然溫差引起的裂縫

夏季烈日暴曬下的混凝土結(jié)構(gòu)表面受到驟雨的沖淋，混凝土在短時(shí)間內(nèi)就可能產(chǎn)生幾十度的溫差。從而因驟然溫差、冷熱不均而導(dǎo)致裂縫，這里裂縫多呈不規(guī)則龜裂狀態(tài)。驟然溫差裂縫多見于建筑物的屋蓋結(jié)構(gòu)表面；溫差較大的西山墻上也時(shí)有發(fā)生，這都屬于表層裂縫。

3 混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的溫度裂縫

3.1 暴露結(jié)構(gòu)的裂縫

混凝土一般作為建筑物受力的載體而被圍護(hù)在人工控溫的室內(nèi)環(huán)境中，因此不易發(fā)生溫度裂縫。但對(duì)于陽(yáng)臺(tái)、雨罩、檐口、挑檐等室外構(gòu)件，就直接暴露在大氣環(huán)境中，季節(jié)變化、晝夜交替引起的溫度差異就在所難免、這些暴露在主體結(jié)構(gòu)以外的構(gòu)件盡管數(shù)量不多、體量不大，對(duì)結(jié)構(gòu)性能的影響也不大。但其支承部分卻都會(huì)依附在主體結(jié)構(gòu)上面受到強(qiáng)大的約束。外界環(huán)境巨大的溫度變化所引起的約束變形，就足以在其單薄的截面上引起裂縫。

（1）懸挑板的溫度裂縫。暴露在大氣中的通長(zhǎng)陽(yáng)臺(tái)、雨罩和檐口板最容易發(fā)生這種溫度裂縫。由于這類構(gòu)件的伸縮縫間距多隨主體結(jié)構(gòu)布置，通常長(zhǎng)達(dá)幾十米，完全無(wú)法適應(yīng)露天環(huán)境巨大的溫差變化，因此幾乎沒有不裂縫的情況。只是由于不處在結(jié)構(gòu)的主體部位，往往被忽略。

（2）廊柱的溫度裂縫。一些仿歐式建筑往往在建筑物外部布置一列廊柱，這種混凝土結(jié)構(gòu)的柱體通常比較修長(zhǎng)，且主要作修飾，配筋也不太多。由于完全暴露在大氣中，隨季節(jié)變化經(jīng)受幾十度的溫差而引起很大的伸縮變形。由于這類廊柱上下均固結(jié)在結(jié)構(gòu)體系上，變形受到約束。往往在冬季嚴(yán)寒環(huán)境下，收縮變形得不到釋放而引起柱體上的受拉裂縫。

（3）保溫不良引起的裂縫。溫差引起的結(jié)構(gòu)裂縫往往與結(jié)構(gòu)的體量有關(guān)，尺度很大的結(jié)構(gòu)中如果保溫隔熱措施欠缺，溫差容易積累成為很大的約束變形，從而在混凝土中引發(fā)裂縫。例如，長(zhǎng)度很大的屋頂或山墻在夏季烈日暴曬下溫度可達(dá)六七十度，甚至更大。如果屋蓋保溫不良，則結(jié)構(gòu)的伸長(zhǎng)變形與室內(nèi)結(jié)構(gòu)的常溫狀態(tài)必然造成很大的變形差，這種變形差異在屋蓋和房屋端部積聚，造成約束，最終在墻體或頂板上引發(fā)溫度裂縫。長(zhǎng)度很大的工業(yè)廠房，如果屋頂保溫不良且伸縮縫設(shè)置間距過(guò)長(zhǎng)，則冬夏季節(jié)變化引起屋蓋伸縮累積過(guò)大，就有可能在邊柱上造成水平的溫差位移，從而導(dǎo)致裂縫。

3.2 預(yù)制裝配式屋蓋的溫度裂縫

屋蓋在季節(jié)循環(huán)的溫度變化中將承受幾十度的溫度差異。在屋頂保溫層設(shè)置不良的情況下，巨大的脹縮變形將引起的屋蓋裂縫?，F(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)屋蓋的裂縫形態(tài)與收縮裂縫基本相同。而預(yù)制板裝配成的屋蓋往往只靠板側(cè)拼縫處灌澆的混凝土或砂漿而形成整體，在溫差作用下就很容易沿拼縫開裂。

當(dāng)屋蓋板的板面保溫隔熱不足時(shí)，夏季高溫屋蓋膨脹，預(yù)制板發(fā)生外移。冬季低溫冷縮時(shí)，由于支承部位的摩阻，預(yù)制板無(wú)法完全恢復(fù)回位，從而造成板側(cè)拼縫拉開，形成可見的縱向拼接裂縫。這種裂縫只沿板間拼縫發(fā)生，靠外墻一側(cè)的縫寬度較大，而中央部位裂縫較小，甚至沒有裂縫。

如果預(yù)制板與支座部位實(shí)現(xiàn)可靠的整體連接，則在板長(zhǎng)度方向上的伸縮收到約束，甚至?xí)l(fā)生預(yù)制板橫向受拉裂縫。同時(shí)，由于脹、縮推力作用于板下圈梁而引起圈梁的橫向位移，還會(huì)引發(fā)圈梁與其下部結(jié)構(gòu)之間的裂縫。

溫差引起的間接裂縫形態(tài)很多，與結(jié)構(gòu)形態(tài)、支承形式、暴露狀態(tài)和氣候特點(diǎn)等因素有關(guān)，應(yīng)根據(jù)具體情況分析，但都遵循同樣的規(guī)律--隨季節(jié)而變化。裂縫寬度在冬季最大而在夏季變小，甚至消失。裂縫周期性地發(fā)生，往復(fù)循環(huán)，每年如此。

結(jié)語(yǔ)

溫度變化引起的裂縫屬于間接裂縫，其是長(zhǎng)久、持續(xù)、緩慢的非荷載作用在剛度較大的超靜定混凝土結(jié)構(gòu)中，由于約束作用而引起的裂縫。在一般情況下，這種裂縫不會(huì)引起安全問題，更不至于引發(fā)倒塌等嚴(yán)重后果。

這種裂縫往往垂直于主拉應(yīng)變方向發(fā)生，尤其在截面較薄且配筋較少時(shí)，形成橫貫截面的通透性裂縫，從而引起滲漏等使用功能的嚴(yán)重缺陷，長(zhǎng)久之后還可能導(dǎo)致耐久性問題。在混凝土結(jié)構(gòu)體量較大時(shí)，溫度裂縫往往由于約束的積累而造成很大的裂縫寬度，還會(huì)超過(guò)受力裂縫的寬度限值。但是這并不標(biāo)志著結(jié)構(gòu)抗力即將耗盡，也不意味著房屋有安全問題，因此，區(qū)別溫度變化引起的間接裂縫與受力裂縫非常重要。

[1]師龍輝，張軍偉.混凝土裂縫的產(chǎn)生與預(yù)防[J].河南建材，2011（01）.

[2]李振峰.磚混結(jié)構(gòu)溫度裂縫產(chǎn)生原因與防治措施[J].山西建筑，2010（33）.

[3]崔彥松.淺談混凝土溫度裂縫[J].黑龍江交通科技，2010（01）.