對混凝土的施工溫度與裂縫的探討

在建筑工程中，混凝土結構的裂縫較為普遍，裂縫的類型也很多，但按成因基本可歸結為由外荷和變形引起的兩大類裂縫。其中由混凝土收縮和溫度變形引起的收縮裂縫和溫度裂縫以及由這兩種變形共同引起的溫度收縮裂縫是實際工程中最常見的裂縫。下面對施工中混凝土裂縫的成因和處理措施做一簡單探討。

一、混凝土裂縫產生的原因

混凝土具有熱脹冷縮和濕漲干縮的特性。產生裂縫有多種原因，主要是:溫度和濕度的變化，混凝土的脆性和不均勻性、以及結構不合理、原材料不合格、摸板變形及基礎不均勻沉降等。裂縫的表現形式一般有:塑性收縮裂縫、沉降收縮裂縫、凝縮裂縫、干縮裂縫、溫度裂縫、碳化裂縫、化學反應裂縫、沉陷裂縫和凍脹裂縫等。混凝土的變形主要體現為收縮變形，混凝土的收縮變形會引起其內部產生很大的彈性拉應力，當拉應力大干混凝土抗拉強度時。混凝土表面就會開裂。

混凝土在硬化期間水泥放出大量水化熱，內部溫度不斷上升，在表面引起拉應力。后期在降溫過程中，由于受到基礎或老混凝土的約束，又會在混凝土內部出現拉應力。當這些拉應力超出混凝土的抗裂能力時，即會出現裂縫。許多混凝土的內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生劇烈變化。如養護不周、時干時濕，表面干縮形變受到內部混凝土的約束，也往往導致裂縫。在同一塊混凝土中其抗拉強度又是不均勻的，存在著許多抗拉能力很低，易于出現裂縫的薄弱部位。在鋼筋混凝土中，拉應力主要是由鋼筋承擔，混凝土只是承受壓應力。在素混凝土內或鋼筋混凝上的邊緣部位如果結構內出現了拉應力，則須依靠混凝土自身承擔。一般設計中均要求不出現拉應力或者只出現很小的拉應力。但是在施工中混凝土由最高溫度冷卻到運轉時期的穩定溫度，往往在混凝土內部引起相當大的拉應力。有時溫度應力可超過其它外荷載所引起的應力，因此掌握溫度應力的變化規律對于進行合理的結構設計和施工極為重要。

二、溫度應力的分析

根據溫度應力的形成過程可分為以下三個階段:

(1)初期:從澆筑混凝土開始至水泥放熱基本結束，一般需要30天。在此階段混凝土兩個特征，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形成殘余應力。

(2)中期:自水泥放熱作用基本結束時起至混凝土冷卻到穩定溫度時止，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。

(3)晚期:混凝土完全冷卻以后的運轉時期。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。根據溫度應力引起的原因可分為兩類:

(1)自生應力:邊界上沒有任何約束或完壘靜止的結構，如果內部溫度是非線性分布的，由于結構本身互相約束而出現的溫度應力。例如，橋梁墩身，結構尺寸相對較大，混凝土冷卻時表面溫度低，內部溫度高，在表面出現拉應力，在中間出現壓應力。

(2)約束應力:結構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。如箱梁頂板混凝土和護欄混凝土。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。耍想根據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。在大多數情況下，需要依靠模型試驗或數值計算。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，具體計算這里就不再細述。

三、溫度的控制和防止裂縫的措施

1、控制溫度

(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以減少混凝土中的水泥用量，

(2)拌合混凝土時加水或用水將碎石冷卻以降低混凝土的澆筑溫度，

(3)熱天澆筑混凝土時減少澆筑的厚度，利用澆筑層面散熱，

(4)在混凝土中埋設水管，通人冷水以求降溫。

(5)規定合理的拆模時間，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構，在寒冷季節采取保溫措施，

2、改善約束條件的措施是:

(1)合理地分縫分塊;

(2)避免基礎過大起伏，

(3)合理的安排施工工序，避免過大的高差和側面長期暴露，

此外，改善混凝土的性能，提高抗裂能力，加強養護，防止表面干縮，特別是保證混凝土的質量對防止裂縫是十分重要，應特別注意避免產生貫穿裂縫，出現后要恢復其結構的整體性是十分困難的，因此施工中應以預防貫穿性裂縫的發生為主。在混凝土的施工中，為了提高模板的周轉率，往往要求新澆筑的混凝土盡早拆模。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。新澆筑早期拆模，在表面引起很大的拉應力，出現“溫度沖擊”現象。在混凝土澆筑初期，由于水化熱的散發，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。與永化熱應力迭加，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，如泡沫海棉等，對于防止混凝土表面產生過大的拉應力，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極低。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，鋼的各項性能是穩定的，而與應力狀態、時間及溫度無關。為保證混凝土工程質量，防止開裂，提高混凝土的耐久性，正確使用外加劑也是減少開裂的措施之一。例如使用減水防裂劑，筆者在實踐中總結出其主要作用為:

(1)混凝土中存在大量毛細孔道，水蒸發后毛細管中產生毛細管張力，使混凝土干縮變形。增大毛細孔徑可降低毛細管表面張力，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。

(2)水灰比是影響混凝士收縮的重要因素，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，其體積用增加骨料用量來補充。

(4)減水防裂劑可以改善水泥漿的稠度，減少混凝土泌水，減少申縮變形。

(5)提高水泥漿與骨料的粘結力，提高的混凝土抗裂性能。

(6)混凝土在收縮時受到約束產生拉應力，當拉應力大干混凝土抗拉強度時裂縫就會產生。減水防裂劑可有效的提高的混凝土抗拉強度，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，在有效防止水泥迅速水化放熱基礎上，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，減少干燥收縮。

許多外加劑都有緩凝、增加和易性、改善塑性的功能，我們在工程實踐中應多進行這方面的實驗對比和研究，比單純的靠改善外部條件，可能會更加簡捷、經濟。混凝土的初期養護也很重要，新澆混凝土中所含水分完金可以滿足水泥水化的要求，但由于蒸發等原因常引起水分損失，從而推遲或妨礙水泥的水化，表面混凝土容易直接受到這種不利影響。因此混凝土澆筑后的最初幾天是養護關鍵時期，在施工中應切實重視起來。

四、結束語

建筑工程中混凝土裂縫種類較多，而且是普遍存在的一種現象，它的出現不僅會影響建筑物的外觀，還會影響建筑物的使用功能和耐久性，嚴重者將會威脅到人們的生命和財產安壘，因此要根據不同的部位、形態以及嚴重程度對混凝土裂縫進行認真分析，采用合理的方法進行處理，并在施工中采取各種有效的預防措施來預防裂縫的出現和發展，以保證工程質量。