鋼筋混凝土溫度控制與防裂措施

周連華

（浙江廣藝建筑裝飾工程有限公司，浙江 紹興 312000）

目前以鋼筋混凝土為主要結(jié)構(gòu)材料的建筑物大量出現(xiàn)，對現(xiàn)代化建設起到了重要的促進作用。但在混凝土施工中很容易出現(xiàn)溫度裂縫。其中表面裂縫又占絕大多數(shù)，而表面裂縫在一定條件下可能繼續(xù)發(fā)展成貫穿性裂縫，將嚴重影響結(jié)構(gòu)性能和使用功能。因此，合理地確定建筑物溫度控制方法，采取必要的防裂措施，對于減少表面裂縫，保證建筑物的整體性和耐久性，確保工程的質(zhì)量和安全，是至關(guān)重要的。盡管我們在施工中采取各種措施，但裂縫仍然時有出現(xiàn)。究其原因，我們對混凝土溫度應力的變化不夠注意是其中之一。

在大體積混凝土中，溫度應力及溫度控制具有重要意義。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，在運轉(zhuǎn)過程中，溫度變化對結(jié)構(gòu)的應力狀態(tài)具有顯著的不容忽視的影響。我們遇到的主要是施工中的溫度裂縫，因此僅對施工中混凝土裂縫的成因和處理措施做探討。

1 裂縫產(chǎn)生原因

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，混凝土養(yǎng)護不當，以及結(jié)構(gòu)不合理，原材料不合格（如堿骨料反應），模板變形，基礎不均勻沉降等。

1.1 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，尤其是大體積混凝土內(nèi)部熱量不易散發(fā)，溫度峰值在45-55℃，而表面因受大氣溫度影響，散熱較快，形成內(nèi)外溫差，若表面養(yǎng)護不好，將導致混凝土表面急劇的溫度變化而產(chǎn)生較大的降溫收縮，此時表面受到內(nèi)部混凝土的約束，將產(chǎn)生很大的拉應力（內(nèi)部降溫慢，受自約束而產(chǎn)生壓應力），而混凝土早期抗拉強度低，因而出現(xiàn)裂縫。

1.2 在混凝土降溫階段，混凝土逐漸冷卻，加上混凝土本身的收縮，當受到外部（巖基或厚大老混凝土基層或外圍結(jié)構(gòu)）的約束產(chǎn)生內(nèi)部裂縫。氣溫的降低也會在混凝土表面引起很大的拉應力。當這些拉應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，也往往導致裂縫。

2 溫度應力的分析

根據(jù)溫度應力的形成過程可分為以下三個階段：

2.1 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，二是混凝上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)形成殘余應力。

2.2 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，這些應力與早期形成的殘余應力相疊加，在此期間混凝上的彈性模量變化不大。

2.3 晚期：混凝土完全冷卻以后的運轉(zhuǎn)時期。溫度應力主要是外界氣溫變化所引起，這些應力與前兩種的殘余應力相迭加。

根據(jù)溫度應力引起的原因可分為兩類：

2.4 自生應力：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)的溫度應力。例如，大體積混凝土基礎，結(jié)構(gòu)尺寸相對較大，混凝土冷卻時表面溫度低，內(nèi)部溫度高，在表面出現(xiàn)拉應力，在中間出現(xiàn)壓應力。

2.5 約束應力：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力。

這兩種溫度應力往往和混凝土的干縮所引起的應力共同作用。

要想根據(jù)已知的溫度準確分析出溫度應力的分布、大小是一項比較復雜的工作。在大多數(shù)情況下，需要依靠模型試驗或數(shù)值計算。混凝土的徐變使溫度應力有相當大的松馳，計算溫度應力時，必須考慮徐變的影響，具體計算就不再細述。

3 溫度的控制和防止裂縫的措施

3.1 配制混凝土時，嚴格控制水灰比和水泥用量，應盡量選用低熱或中熱水泥（如礦渣水泥、粉煤灰水泥）拌制混凝土，或混摻適量粉煤灰、減水劑，或利用混凝土后期強度（60-90d），降低水泥用量以減少水化熱量；選擇級配良好的骨料，減少空隙率和砂率，控制砂石含泥量，降低水灰比，加強振搗，提高混凝土密實性和抗拉強度。

3.2 盡量避開炎熱天氣澆筑大體積混凝土，必要時可采冰水拌制混凝土，或?qū)橇线M行噴水預冷卻，以降低澆筑溫度。

3.3 分層澆灌混凝土，減少澆筑厚度，每層厚度不大于300mm，大體積基礎，采取分塊分層間隔澆筑（間接時間為5~7d），分塊厚度1.0~1.5m，以利水化熱散發(fā)和減少約束作用，或每隔20~30m留一條0.7~1.0m寬后澆帶，42d后再填筑，以減少溫度收縮應力。

3.4 加強灑水養(yǎng)護，夏季應適當延長養(yǎng)護時間，冬季適當延緩保溫和脫模時間，緩慢降溫。

3.5 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；拆模時混凝土表面溫度與環(huán)境溫度差控制不大于25℃。

3.6 在巖石或厚大混凝土墊層上，澆筑大體積混凝土時，可鋪二層瀝青卷材作隔離層，以減少熱作用。

3.7 蒸汽養(yǎng)護構(gòu)件時，控制升溫速度不大于250c/h，降溫速度不大于200c/h，并緩慢揭蓋，及時脫模，避免引起過大的溫度應力。

3.8 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是：

3.8.1 合理地分縫分塊。

3.8.2 避免基礎過大起伏。

3.8.3 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，防止混凝土表面出現(xiàn)塑性收縮、沉降收縮、凝縮、干燥收縮等裂縫和溫度裂縫，特別是保證混凝土的質(zhì)量對防止裂縫是十分重要，應特別注意避免產(chǎn)生貫穿溫度裂縫，因此施工中應以預防貫穿性裂縫的發(fā)生為主。

在混凝土的施工中，當混凝土溫度高于氣溫時應適當考慮拆模時間，以免引起混凝土表面的早期裂縫。新澆筑混凝土早期拆模，在表面引起很大的拉應力，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)，表面引起相當大的拉應力，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力，與水化熱應力迭加，再加上混凝土干縮，表面的拉應力達到很大的數(shù)值，就有導致裂縫的危險，但如果在拆除模板后及時在表面覆蓋一輕型保溫材料，對于防止混凝土表面產(chǎn)生過大的拉應力，具有顯著的效果。

加筋對大體積混凝土的溫度應力影響很小，因為大體積混凝土的含筋率不高。只是對一般鋼筋混凝土有影響。在溫度不太高及應力低于屈服極限的條件下，鋼的各項性能是穩(wěn)定的，而與應力狀態(tài)、時間及溫度無關(guān)。鋼的線脹系數(shù)與混凝土線脹系數(shù)相差很小，在溫度變化時兩者間只發(fā)生很小的內(nèi)應力。由于鋼的彈性模量為混凝土彈性模量的7~15倍，當混凝土應力達到抗拉強度而開裂時，鋼筋的應力將不超過100~200kg/cm2。因此，在混凝土中想要利用鋼筋來防止細小裂縫的出現(xiàn)很困難。但加筋后結(jié)構(gòu)內(nèi)的裂縫一般就變得數(shù)目多、間距小、寬度與深度較小了。而且如果鋼筋的直徑細而間距密時，對提高混凝土抗裂性的效果較好。混凝土和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的表面常常會發(fā)生細而淺的裂縫，其中大多數(shù)屬于干縮裂縫。雖然這種裂縫一般都較淺，但它對結(jié)構(gòu)的強度和耐久性仍有一定的影響。

4 結(jié)束語

通過對混凝土的溫度控制與防裂措施關(guān)系進行了初步探討，雖然對于混凝土裂縫的成因和計算方法有不同的理論，但對于具體的預防和改善措施意見還是基本一致，同時在實踐中的應用效果也是比較好的，我們在工程施工時要多觀察、多比較，根據(jù)施工實際情況對出現(xiàn)的問題多分析研究、多總結(jié)經(jīng)驗，結(jié)合多種預防處理措施，避免混凝土的裂縫。

[1]王鐵夢.工程結(jié)構(gòu)裂縫控制[M].中國建筑工業(yè)出版社，2007.

[2]唐岱新，龔紹熙，周炳章.砌體結(jié)構(gòu)設計規(guī)范理解與應用[M].中國建筑工業(yè)出版社，2002.