大體積混凝土溫度裂縫處理探討

胡 鑫 李國忱 于厚文

（遼寧省觀音閣水庫管理局，遼寧 本溪 117100）

建筑裂縫可分為結構裂縫和非結構裂縫。結構裂縫是構件的強度和剛度不足，裂縫寬度失去控制而引起的較為規律的嚴重裂縫，這類裂縫危及結構安全，必須對之進行補強。非結構性裂縫是指構件的強度和剛度足夠，由于施工、材料、溫度等原因而引起的無規律、不太嚴重的裂縫，此類裂縫不影響結構安全，但會影響建筑的正常使用和混凝土壽命，必須加以處理。

混凝土裂縫在水利工程中幾乎無所不在。究其原因，我們對混凝土溫度變化注意不夠是其中之一。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溫度裂縫，影響到結構的整體性和耐久性。其次，運轉過程中，溫度變化對結構的應力狀態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，因此本文僅對施工中混凝土裂縫的成因和處理措施做一探討。

1 裂縫的成因

混凝土中產生裂縫有多種原因，主要是溫度和溫度的變化，混凝土的脆弱性和不均勻性，以及結構不合理，原材料不合格，模板變形，基礎不均勻沉降等。混凝土在拌和、運輸、振搗、凝結、硬化的過程中，水泥與水發生水化反應。水化過程中釋放出大量的熱能，水化反應有兩次升溫和兩次降溫過程，內部溫度升高，而板面溫度因外界氣溫有所降低。升溫使混凝土內部體積膨脹，降溫使混凝土表面收縮，膨脹時混凝土內部產生壓應力，收縮時混凝土表面產生拉應力，當壓應力和拉應力超過其抗壓強度和抗拉強度時，梁板表面將發生裂縫現象。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土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，當應力出現不均時就會產生裂縫，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。

2 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：

2.1 初期：澆筑混凝土開始至水泥放熱基本結束，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，二是混凝土上彈性模量的急劇變化。由于彈性模量的變化，這一時期混凝土內形成殘余應力。

2.2 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，在些期間混凝土上的彈性模量變化不大。

2.3 后期：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疊加。

根據溫度應力引起的原因可分為兩類：

2.3.1 自生應力：邊界上沒有任何約束或完全靜止的結構，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，混凝土壩澆筑時，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。

2.3.2 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。要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性的工作。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。

3 如何控制溫度和防止裂縫的措施

為了防止裂縫，減輕溫度應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：

3.1 采用改善骨料級配，在施工上，要求不得使用不符合設計的沙子、粗細骨料。

3.2 拌合混凝土時加冰塊或用水將碎石冷卻以降低混凝土的澆筑溫度。

3.3 大體積澆筑混凝土時減少澆筑厚度，利用澆筑層面散熱。

3.4 使用各種措施，降低混凝土。

3.5 規定合理的拆模時間，氣溫驟降時進行表面保溫、養生、以免混凝土表面發生急劇的溫度梯度，控制合理的工期，避免過早拆模。

3.6 施工中長期暴露的混凝土澆筑表面或薄壁結構，在寒冷季節采取保溫措施；雖說混凝土施工程中對溫度進行了控制，但不可能都達到效果，往往還會出現不同程度的裂縫。這就是需要我們加強對施工的管理，從而防止裂縫。

以上對混凝土的施工溫度與裂縫之間的關系進行了理論和實踐上的初步探討，雖然學術界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進措施意見還是比較統一，同時在實踐中的應用效果也是比較好的，具體施工中要靠我們多觀察、多比較，出現問題后多分析、多總結，結合多種預防處理措施,混凝土的裂縫是完全可以避免的。