淺談混凝土結構構件溫度裂縫的形成機理

陳嵐嵐 陳友愛

（1、浙江省園林集團有限公司，浙江 杭州 310016 2、浙江新誠信工程咨詢有限公司，浙江 杭州 31000）

1 混凝土溫度裂縫的機理

因為裂縫本身是混凝土變形不協調的產物，引起溫度變化和差異的原因是熱量，混凝土中熱量的來源有兩個途徑，因此溫度裂縫就有兩種類型。

（1）水泥的水化熱

水泥膠體在水化-結晶而成為水泥石的過程中，由于水化反應還會釋放出熱量，每1kg水泥水化時的發熱量大約在300kJ左右。如果混凝土體積較大，這些熱量難以散失，積聚起來就可能造成結構內部溫度升高，形成表里的溫度差異，從而導致溫度裂縫。大體積混凝土的裂縫多是由于水化熱造成的溫度裂縫。

（2）外界環境溫度的變化

處于大氣環境中的混凝土結構，其溫度受到外界氣候的影響，例如季節變化、日曬、雨淋等。由于使用及暴露條件的差異，混凝土結構的不同區域和不同部位就可能產生溫度差。這就必須會在超靜定的混凝土結構中引起約束作用，從而導致裂縫。這就是暴露結構混凝土的季節溫差裂縫。

2 表層溫度裂縫

（1）大體積混凝土的表層裂縫

大體積混凝土中的水泥在水化過程中，釋放了大量的水化熱。由于混凝土是熱的不良導體，這些熱量往往積聚在結構的內部而難以在短時期內散出。而結構表層的混凝土，卻因為容易散熱而迅速冷卻，由此造成了大體積混凝土溫度場中的內外溫差。表層混凝土冷卻收縮受阻于內部受熱混凝土的膨脹，由此導致外層混凝土的約束受拉變形，并形成裂縫。

通常體積較大的基礎混凝土中容易產生此類裂縫。在其接觸大氣環境的表面，由于溫差和干燥造成的裂縫更為常見。裂縫形態多為表層不規則的龜裂狀裂縫，有時在側邊中部也有深度較大的垂直于邊棱的橫向裂縫。隨著時間推移，待大體積混凝土水化熱慢慢散盡以后，溫度就會逐漸趨于穩定。溫度差消失以后，溫度裂縫發展收斂，不會無限制地持續下去。

（2）季節溫差引起的裂縫

環境變化引起的溫差往往隨季節變化，逐年循環而呈現很明顯的周期性。由此而引起的溫度裂縫隨季節而變化；冬天裂縫寬度較大，而夏季寬度變小，甚至基本閉合。混凝土的塑性徐變和拉應力的松弛，可以在很大程度上緩解這種溫差變形引起的約束作用，加上保溫、隔熱等做法的緩解，在一般結構中這種裂縫較少出現。

（3）驟然溫差引起的裂縫

夏季烈日暴曬下的混凝土結構表面受到驟雨的沖淋，混凝土在短時間內就可能產生幾十度的溫差。從而因驟然溫差、冷熱不均而導致裂縫，這里裂縫多呈不規則龜裂狀態。驟然溫差裂縫多見于建筑物的屋蓋結構表面；溫差較大的西山墻上也時有發生，這都屬于表層裂縫。

3 混凝土結構構件的溫度裂縫

3.1 暴露結構的裂縫

混凝土一般作為建筑物受力的載體而被圍護在人工控溫的室內環境中，因此不易發生溫度裂縫。但對于陽臺、雨罩、檐口、挑檐等室外構件，就直接暴露在大氣環境中，季節變化、晝夜交替引起的溫度差異就在所難免、這些暴露在主體結構以外的構件盡管數量不多、體量不大，對結構性能的影響也不大。但其支承部分卻都會依附在主體結構上面受到強大的約束。外界環境巨大的溫度變化所引起的約束變形，就足以在其單薄的截面上引起裂縫。

（1）懸挑板的溫度裂縫。暴露在大氣中的通長陽臺、雨罩和檐口板最容易發生這種溫度裂縫。由于這類構件的伸縮縫間距多隨主體結構布置，通常長達幾十米，完全無法適應露天環境巨大的溫差變化，因此幾乎沒有不裂縫的情況。只是由于不處在結構的主體部位，往往被忽略。

（2）廊柱的溫度裂縫。一些仿歐式建筑往往在建筑物外部布置一列廊柱，這種混凝土結構的柱體通常比較修長，且主要作修飾，配筋也不太多。由于完全暴露在大氣中，隨季節變化經受幾十度的溫差而引起很大的伸縮變形。由于這類廊柱上下均固結在結構體系上，變形受到約束。往往在冬季嚴寒環境下，收縮變形得不到釋放而引起柱體上的受拉裂縫。

（3）保溫不良引起的裂縫。溫差引起的結構裂縫往往與結構的體量有關，尺度很大的結構中如果保溫隔熱措施欠缺，溫差容易積累成為很大的約束變形，從而在混凝土中引發裂縫。例如，長度很大的屋頂或山墻在夏季烈日暴曬下溫度可達六七十度，甚至更大。如果屋蓋保溫不良，則結構的伸長變形與室內結構的常溫狀態必然造成很大的變形差，這種變形差異在屋蓋和房屋端部積聚，造成約束，最終在墻體或頂板上引發溫度裂縫。長度很大的工業廠房，如果屋頂保溫不良且伸縮縫設置間距過長，則冬夏季節變化引起屋蓋伸縮累積過大，就有可能在邊柱上造成水平的溫差位移，從而導致裂縫。

3.2 預制裝配式屋蓋的溫度裂縫

屋蓋在季節循環的溫度變化中將承受幾十度的溫度差異。在屋頂保溫層設置不良的情況下，巨大的脹縮變形將引起的屋蓋裂縫。現澆混凝土結構屋蓋的裂縫形態與收縮裂縫基本相同。而預制板裝配成的屋蓋往往只靠板側拼縫處灌澆的混凝土或砂漿而形成整體，在溫差作用下就很容易沿拼縫開裂。

當屋蓋板的板面保溫隔熱不足時，夏季高溫屋蓋膨脹，預制板發生外移。冬季低溫冷縮時，由于支承部位的摩阻，預制板無法完全恢復回位，從而造成板側拼縫拉開，形成可見的縱向拼接裂縫。這種裂縫只沿板間拼縫發生，靠外墻一側的縫寬度較大，而中央部位裂縫較小，甚至沒有裂縫。

如果預制板與支座部位實現可靠的整體連接，則在板長度方向上的伸縮收到約束，甚至會發生預制板橫向受拉裂縫。同時，由于脹、縮推力作用于板下圈梁而引起圈梁的橫向位移，還會引發圈梁與其下部結構之間的裂縫。

溫差引起的間接裂縫形態很多，與結構形態、支承形式、暴露狀態和氣候特點等因素有關，應根據具體情況分析，但都遵循同樣的規律--隨季節而變化。裂縫寬度在冬季最大而在夏季變小，甚至消失。裂縫周期性地發生，往復循環，每年如此。

結語

溫度變化引起的裂縫屬于間接裂縫，其是長久、持續、緩慢的非荷載作用在剛度較大的超靜定混凝土結構中，由于約束作用而引起的裂縫。在一般情況下，這種裂縫不會引起安全問題，更不至于引發倒塌等嚴重后果。

這種裂縫往往垂直于主拉應變方向發生，尤其在截面較薄且配筋較少時，形成橫貫截面的通透性裂縫，從而引起滲漏等使用功能的嚴重缺陷，長久之后還可能導致耐久性問題。在混凝土結構體量較大時，溫度裂縫往往由于約束的積累而造成很大的裂縫寬度，還會超過受力裂縫的寬度限值。但是這并不標志著結構抗力即將耗盡，也不意味著房屋有安全問題，因此，區別溫度變化引起的間接裂縫與受力裂縫非常重要。

[1]師龍輝，張軍偉.混凝土裂縫的產生與預防[J].河南建材，2011（01）.

[2]李振峰.磚混結構溫度裂縫產生原因與防治措施[J].山西建筑，2010（33）.

[3]崔彥松.淺談混凝土溫度裂縫[J].黑龍江交通科技，2010（01）.