淺談如何控制混凝土施工溫度問題

【摘要】 混凝土施工溫度控制的好壞，將直接影響混凝土裂縫的產生，進而影響混凝土結構的質量和安全。本文從裂縫產生的原因入手，對混凝土溫度應力進行了分析，并提出了控制措施。

【關鍵詞】 混凝土 控制 施工溫度

混凝土在現代工程建設中占有重要地位，但混凝土產生裂縫的現象較為普遍。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，究其原因，我們對混凝土施工溫度的控制不力是重要原因之一。

在混凝土施工中，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，在運轉過程中，溫度變化對結構的應力狀態具有顯著的不容忽視的影響。本文僅對施工過程中混凝土由于溫度變化而引起裂縫產生以及處理措施做一探討。

1. 裂縫的原因

混凝土中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、結構不合理、原材料不合格（如堿骨料反應）、模板變形、基礎不均勻沉降等。混凝土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。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。混凝土是一種脆性材料，抗拉強度是抗壓強度的1/10左右，短期加荷時的極限拉伸變形只有（ 0.6～ 1.0）×l04，長期加荷時的極限位伸變形也只有（ 1.2～ 2.0）×l04。由于原材料不均勻，水灰比不穩定，及運輸和澆筑過程中的離析現象，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。

2. 溫度應力的分析

施工溫度產生溫度應力，而溫度應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束，一般約30天。這個階段有兩個特征，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至混凝土冷卻到穩定溫度時止，這個時期的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全靜止的結構，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。

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的工作。在大多數情況下，需要依靠模型試驗或數值計算。

3. 控制溫度、防止產生裂縫

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。其控制措施如下：

（1）改善骨料級配、采用干硬性混凝土、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）拌合混凝土時先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厚度，采用分層澆筑，利用澆筑層面散熱；

（4）在混凝土中埋設水管，通入冷水降溫；

（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；

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，對防止裂縫十分重要，但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。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值，就有產生裂縫的危險，但如果在拆除模板后及時在表面覆蓋一層輕型保溫材料，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，鋼材的各項性能是穩定的，而與應力狀態、時間及溫度無關。鋼的線脹系數與混凝土線脹系數相差很小、在溫度變化時兩者間只發生很小的內應力。由于鋼的彈性模量為混凝土彈性模量的7-15倍，當內混凝土應力達到抗拉強度而開裂時，鋼筋的應力將不超過l00-200kg/cm2。因此，在混凝土中想要利用鋼筋來防止細小裂縫的出現是很困難的。但加筋后結構內的裂縫一般就變得數目多、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。

4. 混凝土的早期養護

實踐證明，混凝土常見的裂縫，大多是不同深度的表面裂縫，主要是由溫度梯度造成造成的裂縫。因此說混凝土的保溫對防止表面早期裂縫尤其重要。

從溫度應力觀點出發，保溫應達到下述要求：

4.1防止混凝土內外溫度差及混凝土表面梯度，防止表面裂縫。

4.2防止混凝土超冷，應盡量設法使混凝土施工期最低溫度不低于混凝土使用期的穩定溫度。

4.3防止老混凝土過冷，以減少新老混凝土間的約束。

混凝土的早期養護，主要目的在于保持適宜的溫濕條件，以達到兩個方面的效果，一方面使混凝土免受不利溫、濕度變形的侵襲，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，以期達到設計的強度和抗裂能力。

適宜的溫濕度條件是相互關聯的。混凝上的保溫措施常常也有保濕的效果。

新澆混凝土中所含水分完全可以滿足水泥水化的要求而且有余。但由于蒸發等原因常引起水分損失，從而推遲或防礙水泥的水化，表面混凝土最容易而且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的關鍵時期，在施工中應予以重視。

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上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，混凝土的裂縫應該是可以避免的。