論混凝土裂縫的產(chǎn)生和預(yù)防

劉偉

【摘要】混凝土在現(xiàn)代建設(shè)中占有重要地位，隨著鋼結(jié)構(gòu)等新型材料的不斷使用，但混凝土具有無(wú)可替代的作用，仍然被廣泛使用?；炷恋牧芽p較為普遍，盡管在施工過(guò)程中采取各種措施，但裂縫時(shí)有出現(xiàn)，我們對(duì)混凝土溫度應(yīng)力的變化注意不夠是其中之一。

在大體積混凝土中，溫度應(yīng)力及溫度控制更為重要。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，主要是施工中的溫度裂縫，因此，本文僅對(duì)施工中混凝土裂縫的成因和處理措施做探討。

【關(guān)鍵詞】混凝土；裂縫；溫度應(yīng)力；控制

1、裂縫產(chǎn)生的原因

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，模板變形，基礎(chǔ)不均勻沉降等。

（1）混凝土硬化期間水泥釋放大量水化熱，內(nèi)部溫度不斷上升，在表面引起拉應(yīng)力。后期在降溫過(guò)程中，又會(huì)在混凝土內(nèi)部出現(xiàn)拉應(yīng)力。當(dāng)這些拉應(yīng)力超出混凝土的抗裂能力時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)裂縫。

（2）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。如果養(yǎng)生不周，時(shí)干時(shí)濕，表面干縮變形受到內(nèi)部混凝土的約束，也會(huì)出現(xiàn)裂縫。

（3）混凝土是一種脆性材料，抗拉強(qiáng)度是抗壓強(qiáng)度的1/10～1/20，且混凝土等級(jí)越高，該比值越小，短期加荷時(shí)的極限拉伸變形只有（0.6～1.0）×10-4，長(zhǎng)期加荷時(shí)的極限拉伸變形也只有（1.2～2.0）×10-4。

（4）由于原材料不均勻，水灰比不穩(wěn)定及運(yùn)輸和澆筑過(guò)程中的離析現(xiàn)象，在同一塊混凝土中其抗拉強(qiáng)度又是不均勻的，抗拉能力很低，容易出現(xiàn)裂縫的薄弱部位。

（5）在鋼筋混凝土中，拉應(yīng)力主要是由鋼筋承擔(dān)，混凝土只是承受壓應(yīng)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)拉應(yīng)力，則須依靠混凝土自身承擔(dān)。在施工中混凝土的最高溫度冷卻到運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)期的穩(wěn)定溫度，往往在混凝土內(nèi)部引起相當(dāng)大的拉應(yīng)力，有時(shí)溫度應(yīng)力可超過(guò)其他外荷載所引起的應(yīng)力，因此掌握溫度應(yīng)力的變化規(guī)律對(duì)于合理的施工極為重要。

2、溫度應(yīng)力的分析

（一）溫度應(yīng)力的形成過(guò)程可分為以下三個(gè)階段：

（1）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，二是混凝土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。（2）中期：自水泥放熱作用基本結(jié)束至混凝土冷卻穩(wěn)定溫度時(shí)止，在這個(gè)時(shí)期，溫度應(yīng)力主要是由于混凝土的冷卻及外界氣溫變化引起，這些應(yīng)力與中期形成的殘余應(yīng)力相疊加，在此期間混凝土的彈性模量變化不大。

（3）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引起，這些應(yīng)力與前兩種的殘余應(yīng)力相疊加。

（二）溫度應(yīng)力引起的原因可分為兩類

（1）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)本身相互約束而出現(xiàn)的溫度應(yīng)力。

（2）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引起的應(yīng)力共同作用，要根據(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)大的松弛，計(jì)算溫度應(yīng)力時(shí)，必須考慮徐變的影響。

3、溫度的控制和防止裂縫的措施

（一）為了防止裂縫，減輕溫度應(yīng)力從控制溫度和改善約束條件兩個(gè)方面著手。

①控制溫度的措施：

（1）拌合混凝土?xí)r加水或用水將碎石冷卻以降低混凝土的澆筑溫度；

（2）采用改善骨料級(jí)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；

（3）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；

（4）在混凝土中埋設(shè)水管，通入冷水降溫；

（5）熱天澆筑混凝土?xí)r減少澆筑厚度，利用澆筑面散熱；

（6）在寒冷季節(jié)施工，對(duì)長(zhǎng)期暴露的混凝土表面或薄壁結(jié)構(gòu)，采取保溫措施。

②改善約束條件的措施是：

（1）避免基礎(chǔ)過(guò)大起伏；

（2）合理分縫分塊；

（3）合理安排施工工序，避免過(guò)大的高差和側(cè)面長(zhǎng)期暴露。

（二）改善混凝土的性能，提高抗裂能力，加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，防止表面干裂，特別是保證混凝土的質(zhì)量對(duì)防止裂縫是十分重要的，應(yīng)特別注意避免產(chǎn)生貫穿裂縫，出現(xiàn)裂縫后要恢復(fù)其結(jié)構(gòu)的整體性是十分困難的。

（三）在混凝土的施工中，為了提高模板的周轉(zhuǎn)率，往往要求新澆筑的混凝土盡早拆模。當(dāng)混凝土溫度高于外界氣溫時(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，新澆筑的混凝土早期拆模表面溫度高，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)表面溫度比外界氣溫高，此時(shí)拆模表面溫度驟降，必然引起溫度梯度，從而在表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，與水化熱疊加，再加上混凝土干裂，表面的拉應(yīng)力達(dá)到很大的數(shù)值，此時(shí)了導(dǎo)致裂縫的危險(xiǎn)，如果在拆模后及時(shí)覆蓋保溫材料，對(duì)于預(yù)防混凝土表面產(chǎn)生的拉應(yīng)力具有顯著的效果。

（四）為了保證混凝土施工質(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。許多外加劑都有緩凝、增加和易姓、改善塑性的功能，我們?cè)诠こ虒?shí)踐中應(yīng)多進(jìn)行這方面的實(shí)驗(yàn)對(duì)比和研究，比單純的依靠改善外部條件，可能會(huì)更加簡(jiǎn)接、經(jīng)濟(jì)。

4、混凝土的早期養(yǎng)護(hù)

實(shí)踐證明，混凝土常見(jiàn)的裂縫，大多數(shù)是不同深度的表面裂縫，主要原因是溫度梯度造成寒冷地區(qū)的溫度驟降而形成裂縫。因此混凝土的保溫對(duì)防止表面裂縫尤其重要。

從溫度應(yīng)力觀點(diǎn)出發(fā)，保溫應(yīng)達(dá)到下述要求：

（1）防止混凝土內(nèi)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(yīng)該盡量設(shè)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。

（3）防止老混凝土過(guò)冷，以減少新老混凝土間的約束。

混凝土的早期養(yǎng)護(hù)，主要是保持適宜的溫濕條件，以達(dá)到兩個(gè)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(jìn)行，以期達(dá)到設(shè)計(jì)的強(qiáng)度和抗裂能力。

從理論上分析，新澆混凝土中所含水分完全可以滿足水泥水化的需求。但由于蒸發(fā)等原因常引起水分損失，從而推遲或妨礙水泥的水化，表面混凝土最容易受到這種不利影響。因此混凝土澆筑后的最初幾天是養(yǎng)護(hù)的關(guān)鍵時(shí)期，在施工中應(yīng)切實(shí)重視起來(lái)。

5、結(jié)束語(yǔ)

以上對(duì)混凝土的施工溫度與裂縫之間的關(guān)系進(jìn)行了理論和實(shí)踐上的初步探討，雖然學(xué)術(shù)界對(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)還是比較統(tǒng)一，具體施工中要靠我們多觀察，多比較，出現(xiàn)問(wèn)題后多分析，多總結(jié)，結(jié)合預(yù)防處理措施，混凝土的裂縫是完全可以避免和減輕的。