剖析温度裂缝的控制要点

孙桂兰高文毅

摘 要：混凝土在现代工程建设中占有重要地位。而在今天，混凝土的裂缝较为普遍，在建筑工程、桥梁工程中裂缝几乎无所不在。尽管我们在施工中采取各种措施，小心谨慎，但裂缝仍然时有出现。究其原因，对混凝土温度应力的变化注意不够是其中之一。通过查阅有关混凝土内部应力方面的专著，对混凝土温度裂缝产生的原因、现场混凝土温度的控制和预防裂缝的措施等进行了阐述。关键词：混凝土；温度应力；裂缝控制

Abstract: The concrete in the modern construction has played an important role. Today, the more common concrete cracks almost omnipresent in the architectural engineering, bridge engineering cracks. Through access to the monograph of the concrete internal stress, described the reasons of the concrete cracks, the temperature of the concrete cracks and the concrete temperature control and prevention measures for cracks are discussed.

Key words: concrete; temperature stress; crack control

中图分类号：TU712 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）05-0020-02

前言在大体积混凝土中，温度应力及温度控制具有重要意义。这主要是由于两方面的原因。首先，在施工中混凝土常常出现温度裂缝，影响到结构的整体性和耐久性。其次，在运转过程中，温度变化对结构的应力状态具有显著的不容忽视的影响。我们遇到的主要是施工中的温度裂缝，因此本文仅对施工中混凝土裂缝的成因和处理措施做一探讨。1、裂缝的产生原因混凝土中产生裂缝有多种原因，主要是温度和湿度的变化，混凝土的脆性和不均匀性，以及结构不合理，原材料不合格（如碱骨料反应），模板变形，基础不均匀沉降等。 混凝土硬化期间水泥放出大量水化热，内部温度不断上升，在表面引起拉应力。后期在降温过程中，由于受到基础或老混凝上的约束，又会在混凝土内部出现拉应力。气温的降低也会在混凝土表面引起很大的拉应力。当这些拉应力超出混凝土的抗裂能力时，即会出现裂缝。许多混凝土的内部湿度变化很小或变化较慢，但表面湿度可能变化较大或发生剧烈变化。如养护不周、时干时湿，表面子缩形变受到内部混凝土的约束；也往往导致裂缝。混凝土是一种脆性材料，抗拉强度是抗压强度的1/10左右，短期加荷时的极限拉伸变形只有（0．6~1．0）×104，长期加荷时的极限位伸变形也只有（1．2~2．0）×104。由于原材料不均匀，水灰比不稳定，及运输和浇筑过程中的离析现象，在同一块混凝土中其抗拉强度又是不均匀的，存在着许多抗拉能力很低，易于出现裂缝的薄弱部位。在钢筋混凝土中，拉应力主要是由钢筋承担，混凝土只是承受压应力。2、温度应力的分析根据温度应力的形成过程可分为以下三个阶段：①早期：自浇筑混凝土开始全水泥放热基本结束，一般约30天，这个阶段的两个特征，一是水泥放出大量的水化热，二是混凝土弹性模量的急剧变化。出于弹性模量的变化，这一时期在混凝土内形成残余应力。②晚期：混凝土完全冷却以后的运转时期。温度应力主要是外界气温变化所引起，这些应力与前两种的残余应力相迭加。根据温度应力引起的原因可分为两类：①自生应力：边界上没有任何约束或完全静止的结构，如果内部温度是非线性分布的，由于结构本身互相约束而出现的温度应力。例如，桥梁墩身，结构尺寸相对较大，混凝土冷却时表面温度低，内部温度高，在表面出现拉应力，在中间出现压应力。②约束应力：结构的全部或部分边界受到外界的约束，不能自由变形而引起的应力。如箱梁顶板混凝土和护栏混凝土。3、温度的控制和防止裂缝的措施为了防止裂缝，减轻温度应力可以从控制温度和改善约束条件两个方面着手。3.1 做好控制温度的措施分析

①采用改善骨料级配，用干硬性混凝土，掺混合料，加引气剂或塑化剂等措施以减少混凝土中的水泥用量；

②拌合混凝土时加水或用水将碎石冷却以降低混凝土的浇筑温度；

③热天浇筑混凝土时减少浇筑厚度，利用浇筑层面散热；

④在混凝上中埋设水管，通入冷水降温；

⑤规定合理的拆模时间，气温骤降时进行表面保温，以免混凝土表面发生急剧的温度梯度；

⑥施工中长期暴露的混凝土浇筑块表面或薄壁结构，在寒冷季节采取保温措施；改善约束条件的措施是：合理地分缝分块；避免基础过大起伏；合理的安排施了工序，避免过大的高差和侧面长期暴露。此外，改善混凝土的性能，提高抗裂能力，加强养护，防止表面干缩，特别是保证混凝土的质量对防止裂缝是十分重要，应特别注意避免产生贯穿裂缝，出现后要恢复其结构的整体性是十分困难的，因此施厂中应以预防贯穿性裂缝的发生为主。

在混凝土的施工中，为了提高模板的周转率，往往要求新浇筑的混凝土尽早拆模。当混凝土温度高于气温时应适当考虑拆模时间，以免引起混凝土表面的早期裂缝。加筋对大体积混凝土的温度应力影响很小，因为人体积混凝土的含筋串极低。只是对一般钢筋混凝上有影响。在温度不太高及应力低于屈服极限的条件下，钢的各项性能是稳定的，而与应力状态、时间及温度无关。钢的线胀系数与混凝上线胀系数相差很小，在温度变化时两者间只发牛很小的内应力，由于钢的弹性模量为混凝土弹性模量的7~15倍，当内混凝土应达到杭拉强度而开裂时，钢筋的应力将不超过100~200kg/em2。因此，在混凝土想要利用钢筋来防止细小裂缝的出现很困难。3.2 为保证混凝土工程质量，防止开裂，提高混凝土的耐久性，正确使用外加剂也是减少开裂的措施之一。

①混凝土中存在大量毛细孔道，水蒸发后毛细管中产生毛细管张力，使混凝土干缩变形。增大毛细孔径可降低毛细管表面张力，但会使混凝土强度降低。这个表面张力理论早在六十年代就已被国际上所确认。

②水灰比是影响混凝土收缩的重要因素，使用减水防裂剂可使混凝土用水量减少25％。

③水泥用量也是混凝土收缩率的重要因素，掺加减水防裂剂的混凝土在保持混凝土强度的条件下可减少15％的水泥用量，其体积用增加骨料用量来补充。

④减水防裂剂可以改善水泥浆的稠度，减少混凝土泌水，减少沉缩变形。

⑤提高水泥浆与骨料的粘结力，提高的混凝土抗裂性能。

⑥掺加外加剂可使混凝土密实性好，可有效地提高混凝土的抗碳化性，减少碳化收缩。

⑦掺减水防裂剂后混凝土缓凝时间适当，在有效防止水泥迅速水化放热基础上，避免因水泥长期不凝而带来的塑性收缩增加。

⑧掺外加剂混凝土和易性好，表面易摸平，形成微膜，减少水分蒸发，减少干燥收缩。

4、混凝土的早期养护混凝土常见的裂缝，大多数是不同深度的表面裂缝，其主要原因是温度梯度造成寒冷地区的温度骤降也容易形成裂缝。从温度应力观点出发，保温应达到下述要求：

4.1 防止混凝土内外温度差及混凝土表面梯度，防止表面裂缝。

4.2 防止混凝土超冷，应该尽量设法使混凝土的施工期最低温度不低于混凝土使用期的稳定温度。

4.3 防止老混凝土过冷，以减少新老混凝土间的约束。混凝土的早期养护，主要目的在于保持适宜的温湿条件，以达到两个方面的效果，一方面使混凝土免受不利温、湿度变形的侵袭，防止有害的冷缩和干缩。一方面使水泥水化作用顺利进行，以期达到设计的强度和抗裂能力。5、结束语以上对混凝上的施工温度与裂缝之间的关系进行了理论和实践上的初步探讨，虽然学术界对于混凝土裂缝的成因和计算方法有不同的理沦，对于具体的预防和改善措施意见还是比较统一的，同时在实践中的应用效果也是比较好的，具体施工中要靠我们多观察、多比较，出现问题后多分析、多总结，结合多种预防处理措施，混凝土的裂缝是完全可以避免的。