淺談混凝土的施工溫度與裂縫

邢娟

摘 要：闡述混凝土裂縫產(chǎn)生的原因、現(xiàn)場混凝土的控制和預(yù)防裂縫措施。

關(guān)鍵詞：混凝土 ；溫度應(yīng)力；裂縫 ；控制

混凝土在現(xiàn)代工程建設(shè)中占有重要地位。但混凝土的裂縫較為普遍，在大體積混凝土中，溫度變化對結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)具有顯著的不容忽視的影響。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

混凝土中產(chǎn)生裂縫有多種原因，主要是溫度和溫度的變化，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，在表面引起拉應(yīng)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(yīng)力。氣溫的降低也會在混凝土表面引丐很大的拉應(yīng)力。當(dāng)這些拉應(yīng)力起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)部溫度變化很小或變化較慢，但表面溫度可能變化較大或發(fā)生劇烈變化。如養(yǎng)護不周、時干時溫，表面干縮形變以內(nèi)部混凝土的約束，也往往導(dǎo)致裂縫。混凝土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，拉應(yīng)力主要是由鋼筋承擔(dān)，混凝土只是隨壓應(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)了拉應(yīng)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，往往在瀑布內(nèi)部引起相當(dāng)大拉應(yīng)力。有時溫度應(yīng)力可超過其它外荷載所引起的應(yīng)力，因此掌握溫度應(yīng)力的變化規(guī)律對于進行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工極為重要。

2 溫度應(yīng)力的分析

根據(jù)溫度應(yīng)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(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，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)束時起至混凝土冷卻到穩(wěn)定溫度時止，這個時期中，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，在此期間混凝土的彈性模量變化不大。

（3）晚期：混凝土完成冷卻以后的運轉(zhuǎn)時期。溫度應(yīng)力主要是外界氣濁變化所引起，這些應(yīng)力與前兩種的殘余應(yīng)力相疊加。

根據(jù)溫度應(yīng)力引起的原因可分為兩類：自生應(yīng)力，邊界上沒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：橋梁墩身，結(jié)構(gòu)尺寸相對而言較大，混凝土冷卻時表面溫度低，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)力如橋梁頂板混凝土和護欄混凝土。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、大小是一項比較復(fù)雜的工作。在大多數(shù)情況下，需要依靠模型試驗或數(shù)值計算?；炷恋男熳兪箿囟葢?yīng)力有相當(dāng)大的松弛，計劃溫度應(yīng)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，減輕溫度應(yīng)力可以從控制溫度筆改善約束兩個方面著手。

（1）控制溫度的措施如下：

①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施以減少混凝土中的水泥用量；

②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；

③熱天澆筑混凝土?xí)r減少澆筑厚度，利用澆筑層面散熱；

④在混凝土中埋設(shè)水管，通入冷水降溫；

⑤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；

⑥施工中長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；

（2）改善約束條件的措施是：

1）合理地分縫分塊；

2）避免基礎(chǔ)過大起伏；

3）合理的安排施工工序，避免過大的高差和側(cè)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(zhì)量對防止裂縫是十分重要應(yīng)特別注意避免產(chǎn)生貫穿裂縫，出現(xiàn)后要恢復(fù)其結(jié)構(gòu)的整體性是十分困難的，因此施工中應(yīng)以預(yù)防貫穿裂縫的產(chǎn)生為主。

①混凝土中存在大量毛細(xì)孔道，水蒸發(fā)后毛細(xì)管中產(chǎn)生毛細(xì)管張力，使混凝土干縮變形。增大毛細(xì)孔徑可降低毛細(xì)管表面張力，但會使混凝土強度降低。這個表面張力理論早在六十年代就已被國際上所確認(rèn)。

②水灰比是影響混凝土縮的因素，使用減水防裂劑可使混凝土用水量減少25%。

③水泥用量也是混凝土收縮率的重要因素，摻加減水防裂劑的混凝土在保持混凝土強度的條件下可減少15%的水泥用量，其體積增加骨料用量來補充。

④減少防裂劑可以改善水泥漿的強度，減水混凝土泌水，減少沉縮變形。

⑤提高水泥將與骨料的粘結(jié)力，提高混凝土抗裂性能。

⑥混凝土在收縮時受到約束產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力大于混凝土抗拉強度時裂縫就會產(chǎn)生。減水防裂劑可有效的提高混凝土抗拉強度，大幅提高混凝土的抗裂性能。

⑦摻加外加劑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。

⑧摻減水防裂劑后混凝土緩凝時間適當(dāng)，在不效防止水泥迅速水化放熱基礎(chǔ)上，避免因水泥長期不凝而帶來的塑性收縮增加。

⑨摻外加劑混凝土和易性好，表面易摸平，形成微膜，減少水分蒸發(fā)，減少干燥收縮。

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(shù)是不同深度的一面裂縫，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(yīng)力觀點出發(fā)，保溫應(yīng)達(dá)到下述要求：

（1）防止混凝土內(nèi)外溫度差及瀑凝土表面梯度，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。

（3）穩(wěn)定防止老混凝土過冷，以減少新老混凝土間的約束。

混凝土的早期養(yǎng)護，主要目的在于保持適宜的溫濕條件，以達(dá)到兩個方面的效果，一方面使混凝土免受不利溫濕變形的侵襲，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(dá)到設(shè)計的強度和抗裂能力。因此混凝土澆筑后的最初幾天是養(yǎng)護的關(guān)鍵時期，在施工中應(yīng)切實重視起來。

5 結(jié)束語

以上對混凝土的施工溫度與裂縫之間的關(guān)系進行了理論和實踐上的初步探討，雖然對于混凝土裂縫的成因和計算方法有不同的理論，但對于具體預(yù)防和改善措施意見還是比較統(tǒng)一，同時在實踐中的應(yīng)用效果也是比較好的，具體施工中要靠我們多觀察、多比較，出現(xiàn)問題后多分析、多總結(jié)，結(jié)合多種預(yù)防處理措施，混凝土的裂縫是完全可避免的。