論混凝土施工溫度與裂縫的控制

丁 超

河南省第一建筑工程集團有限責(zé)任公司（450014）

在現(xiàn)代工程建設(shè)中,混凝土的裂縫較為普遍。盡管我們在施工中采取各種措施，小心謹慎，但裂縫仍然時有出現(xiàn)。

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（如堿骨料反應(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起很大的拉應(yīng)力。當(dāng)這些拉應(yīng)力超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、時干時濕，表面干縮形變受到內(nèi)部混凝土的約束，也往往導(dǎo)致裂縫。

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:混凝土完全冷卻以后的運轉(zhuǎn)時期。溫度應(yīng)力主要是外界氣溫變化所引起,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:1）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。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。在大多情況下,需要依靠模型試驗或數(shù)值計算。混凝土的徐變使溫度應(yīng)力有相當(dāng)大的松弛,計算溫度應(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)力可以從控制溫度和改善約束條件兩個方面著手。

控制溫度的措施如下:1）改善骨料級配,用干硬性混凝土摻混合料、加引氣劑或塑化劑以減少混凝土中的水泥用量；2）摻和混凝土?xí)r加水或用水將碎石冷卻以降低混凝土的澆筑溫度；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。

改善約束條件的措施有:1）合理的分縫分塊；2）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)量對防止裂縫十分重要，應(yīng)特別注意避免產(chǎn)生貫通裂縫。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。在混凝土澆筑初期，由于水化熱的散發(fā)，表面引起相當(dāng)大的應(yīng)力，此時表面溫度亦較氣溫為高，此時拆除模板，表面溫度驟降，必然引起溫度梯度，從而在表面附加一拉應(yīng)力，與水化熱應(yīng)力疊加，再加上混凝土干縮，表面的拉應(yīng)力達到很大的數(shù)值，就有導(dǎo)致裂縫的危險。但如果在拆除模板后及時在表面覆蓋一輕型保溫材料，如泡沫海綿等，對于防止混凝土表面產(chǎn)生過大的拉應(yīng)力，具有顯著的效果。

許多外加劑都有緩凝、增加和易性、改善塑性的功能，正確使用外加劑也是減少開裂的措施之一。

4 混凝土的早期養(yǎng)護

混凝土常見的裂縫，多數(shù)是不同程度的表面裂縫,主要是溫度梯度造成的。從溫度應(yīng)力觀點出發(fā)，保溫應(yīng)達到下述要求:1）防止混凝土內(nèi)外溫度差及混凝土表面溫度梯度，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，以達到兩方面的效果，一方面使混凝土免受不利溫、濕度的侵襲，防止有害的冷縮和干縮;另一方面使水泥水化作用順利進行，以期達到設(shè)計的強度和抗裂能力。

5 結(jié)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，具體施工中要結(jié)合多種處理措施，多觀察、多比較，出現(xiàn)問題后多分析、多總結(jié)。