民用建筑混凝土温度裂缝产生原因及其控制

杨雄业

摘要：民用建筑混凝土温度裂缝一般认为不会危及高层建筑安全。但封闭裂缝因时间选择不当，裂缝修补后再度产生裂缝的情况时有发生。同时也给使用者在感官上和心理上造成不良的影响。因此，对温度裂缝进行分析，究其产生的原因，研究如何采取防范措施如何进行修复是很有必要的。本文探讨了温度裂缝的特征，论述了民用建筑混凝土温度裂缝产生的基础与机制，并且提出了相关控制对策。

关键词：民用建筑；混凝土；温度裂缝；原因

Abstract: the civil building concrete temperature crack generally think would not endanger high-rise building security. But closed because of improper selection cracks time, crack repair again after the cracks occur frequently. But also to the users in sensory and adverse effects of psychological. Therefore, the temperature crack analysis, investigate its reason, research how to take preventive measures on how to repair is very necessary. This paper discusses the characteristics of temperature crack, discusses the civil building concrete temperature cracks foundation and mechanism, and put forward the relevant control measures.

Keywords: civil building construction; Concrete; Temperature crack; reason

中图分类号：TU37文献标识码：A 文章编号：

1 温度裂缝的特征

混凝土硬化期间水泥产生大量水化热，内部温度不断上升，内部温度大于表面温度。在表面产生拉应力。后期在降温过程中，由于受到外部约束，混凝土内部出现拉应力。当拉应力超过混凝土的抗裂能力时，即会产生裂缝。由于原材料不均匀、水灰比变化大、运输和浇注混凝土过程中产生离析等原因，混凝土中各部分抗拉强度也是不均匀的，存在易于出现裂缝的薄弱部位，从而产生温度裂缝。其特征如下：

1.1 非结构性裂缝

裂缝往往是由于混凝土材料自身受到温度变化产生应力所形成的，对结构承载力的影响不大，一般不会对建筑物构成安全性威胁。虽然温度裂缝一经发生绝大多数就不再继续扩展，但对于使用者来说，却带来许多不便和不必要的心理负担，同时影响建筑物本身的使用寿命。

1.2 形状特异

温度裂缝常见于房屋的顶层、屋面板或屋面圈梁和墙体之间，也可以产生在建筑物的内外纵墙上，其特征为裂缝呈正“八”字形，上宽下窄，有时贯通墙体，细而长。裂缝发生在板上时，多为贯穿裂缝；发生在梁上时，多为表面裂缝。表面温度裂缝走向无一定规律性，梁板类或长度尺寸较大的结构构件，裂缝多平行于短边。

1.3 周期性强

温度裂缝通常发生在混凝土凝固的初期，在构件表面留下细微裂缝，形成裂缝的潜伏。虽然表面装修可掩盖裂缝，一旦环境温度、湿度发生变化，这些潜伏的裂缝就显现出来，所以温度裂缝一般均发生在工程竣工后一年左右，其中以冬季竣工经过一个夏季或干燥的秋冬季，表现尤为明显。裂缝发生前会发出断弦、断索似的声音[4]。钢筋混凝土结构承受反复温差作用或激烈的胀缩变形作用时，在结构各组合构件之间引起了相对运动。由于结构之间的连接、摩擦、粘结等对变形产生外约束作用，从而在各构件内部储存了弹性应变能。当这种能量积累到足够大的时候，克服了连接阻力，摩擦能达到一定程度而瞬时释放，使滑动具有动力效应，同时必然带有声发射。

2 民用建筑混凝土温度裂缝产生的基础

民用建筑混凝土内部温度是一个随位置和时间而变化的多维瞬态温度场，并且温度梯度也是从中心向表面逐渐增大，中心温度最高，并向表面依次降低。混凝土内部热量的传递也是向三维的空间传导，混凝土温度随龄期增加逐渐趋于平缓，最后与外界气温趋于平衡。影响混凝土内部温度变化的影响因素较多也较复杂。混凝土内部峰值主要受混凝土配合比用料、混凝土 、外部环境温度以及结构约束条件等影响。可以分为浇筑温度，水泥水化热温升和混凝土散热温度三部分组成。民用建筑混凝土的结构，浇筑量大，浇筑时间短且集中，混凝土浇筑后，水化反应产生大量的热量，由于混凝土体积大，热传导性差，在升温阶段，水化热大量积聚在结构内部，不易散发，导致混凝土内部温度不断升高，而混凝土表面散热较快。表面温度低，从而形成了较大的内外温差，起初混凝土处于塑性状态，弹性模量低，变形变化所产生的应力较小，对混凝土体积逐渐产生收缩，与此同时，混凝土在硬化过程中，内部伴随着水泥水化和水分蒸发及胶质的胶凝等作用促使体积减小，也产生收缩变形。这两种应力叠加超过混凝土的抗拉极限强度时，则在混凝土的底面交界处附近以及混凝土中产生收缩裂缝。民用建筑混凝土温度裂缝一般具有下列的特征：温度裂缝是非结构性裂缝。裂缝往往是由于混凝土材料自身受到温度变化产生应力所形成的，对结构承载力的影响不大，一般不会对建筑物构成安全性威胁。虽然温度裂缝一经发生绝大多数就不再继续扩展，但对于使用者来说，却带来许多不便和不必要的心理负担，同时影响建筑物本身的使用寿命。温度裂缝通常在混凝土凝固的初期，就在内部留下细微裂缝，形成裂缝的潜伏。虽然表面装修可掩盖裂缝，一旦环境温度、湿度发生变化，这些潜伏的裂缝就显现出来，所以温度裂缝一般均发生在工程竣工后一年左右，其中以冬季竣工经过一个夏季或干燥的秋冬季，表现尤为明显。

3 民用建筑混凝土温度裂缝产生的原因

民用建筑混凝土产生温度裂缝首要条件是变形，当变形受到约束就产生应力。结构构件刚度越大，约束变形能力越强，约束应力也就越大。当约束应力超过结构构件抵抗能力时，就产生裂缝。裂缝出现后，变形得到了满足，能量得到释放，约束应力就发生松弛。约束应力包括内约束应力和外约束应力。内约束应力是指构件内部纤维间温差变形受到约束引起的应力。外约束应力是指构件间温度场不同,变形受到约束引起的应力。变形是产生温度裂缝的首要条件，约束是产生温度裂缝的根本原因。当自然界温度发生变化或材料发生收缩时，由于结构构件变形不同，相互约束，就必然会产生约束应力。当约束应力超过结构构件抵抗强度时，不同形式温度裂缝的出现就成为不可避免。民用建筑混凝土温度裂缝的走向通常无一定规律，大面积结构裂缝常纵横交错；梁板类长度尺寸较大的结构，裂缝多平行于短边；深入和贯穿性的温度裂缝—般与短边方向平行或接近平行，裂缝沿着长边分段出现，中间较密。裂缝宽度大小不一，受温度变化影响较为明显，冬季较宽，夏季较窄。高温膨胀引起的混凝土温度裂缝是通常中间粗两端细，而冷缩裂缝的粗细变化不太明显[7]。此种裂缝的出现会引起钢筋的锈蚀，混凝土的碳化，降低混凝土的抗冻融、抗疲劳及抗渗能力等。

4 民用建筑混凝土温度裂缝的控制措施

当前对大体积水泥混凝土温度裂缝的主要预防方法有很多种：(1)尽量选用低热或中热水泥，如矿碴水泥、粉煤灰水泥等；(2)减少水泥用量，将水泥用量尽量控制在450ks/m3以下；(3)降低水灰比，一般混凝土的水灰比控制在0．6以下；(4)改善骨料级配，掺加粉煤灰或高效减水剂等来减少水泥用量，降低水化热；(5)改善混凝土的搅拌加工工艺，在传统的“三冷技术”的基础上采用“二次风冷”新工艺，降低混凝土的浇筑温度；(6)在混凝土中掺加一定量的具有减水、增塑、缓凝等作用的外加剂，改善混凝土拌合物的流动性、保水性，降低水化热，推迟热峰的出现时间；(7)合理设计施工工艺，合理设计混凝土的截面厚度、设置缓冲层和合理设计浇捣方式等； (8)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；(9)混凝土中配置少量的钢筋或者掺人纤维材料将混凝土的温度裂缝控制在一定的范围之内；(10)加强混凝土温度的监控，及时采取冷却、保护措施；(11) 设计合理的养护措施，加强混凝土养护，混凝土浇筑后，及时用湿润的草帘、麻片等覆盖，并注意洒水养护，适当延长养护时间，保证混凝土表面缓慢冷却。施工中应结合本工程的施工条件、环境等现场情况，从安全、经济、有效的角度综合考虑，并通过计算分析，提出具体的控制指标和选择具体的预防措施。

参考文献：

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[6] 李忘鹏，闰松．大体积混凝土施工技术探讨[J]．河南理工大学学报(自然科学版)，2005，(6)．

[7] 杨秋玲，马可栓．大体积混凝土水化热温度场三维有限元分析.[J]．哈尔滨工业大学学报，2010，36(2)：261-263．

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