混凝土的施工溫度與裂縫

摘 要： 作者對混凝土溫度裂縫產生的應力進行了分析，對防止混凝土溫度裂縫提出了切實可行的預防措施。

關鍵詞： 混凝土 溫度裂縫 溫度應力 處理措施

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。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。

一、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，以及結構不合理，原材料不合格（如堿骨料反應），模板變樣，基礎不均勻沉降等?；炷劣不陂g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，又會在混凝土內部產生拉應力，氣溫的降低也會在混凝土的表面產生很大的拉應力。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。如果養護不周，時干時濕，則表面干縮形變受到內部混凝土的約束，也會導致裂縫。

二、溫度應力的分析

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。這個階段的兩個特征，一是水泥放出大量的水化熱，二是混凝土彈性模量的急劇變化。由于彈性模的變化，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，溫度應力主要是因混凝土的冷卻及外界氣溫變化所引起的，這些應力與早期形成的參與應力相疊加，在此期間混凝土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疊加。溫度應力產生的原因分有兩種：（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就會產生的溫度應力。（2）約束應力。結構的全部或部分邊界受到外界的約束，不能自由變形而產生的應力。

三、溫度的控制和防止裂縫的措施

為了防止裂縫，弱化溫度應力可以從控制溫度和改善約束條件兩個方面著手?？刂茰囟鹊拇胧┤缦拢海?）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）拌和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厚度，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）避免基礎過于起伏；（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，增強混凝土的性能，提高抗震能力，加強養護，防止表面干縮，特別是保證混凝土的質量和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。

在混凝土的施工過程中，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提早拆模，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，必須引起溫度梯度，從而在表面附近加拉應力，與水化熱應力疊加，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，如泡沫海綿等，對于防止混凝土表面產生過大的拉應力具有顯著效果。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。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100～200kg/cm2。因此，在混凝土中西想要利用鋼筋拉防止細小裂縫的出現很困難。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，則對增強混凝土抗裂性的效果較好?；炷梁弯摻罨炷两Y構的表面常常會發生細而淺的裂縫，其中大多數屬于干縮裂縫。雖然這種裂縫一般都較淺，但它對結構的強度和耐久性仍有一定的影響。

使用減水防裂劑，可以發揮以下作用：（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已為國際所確認。（2）水灰比是影響混凝土收縮的重要因素，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）減水防裂劑可改善水泥的稠度，減水混凝土泌水，減水沉縮變形。（5）提高水泥漿與骨料的黏結力，增強混凝土的抗裂性能。（6）混凝土在收縮時受到約束產生拉應力，當拉應力大于混凝土抗拉強度時裂縫就會產生。減水防裂劑可有效地提高混凝土抗拉強度，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熱的基礎上，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良好，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，比單純地靠改善外部條件更加簡捷、經濟。

四、混凝土的早期養護

時間證明，混凝土常見的裂縫大多數是不同深度的表面裂縫，其主要原因是溫度梯度造成寒冷地區的溫度驟降也容易形成裂縫。因此，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：（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。（2）防止混凝土超冷，盡量使混凝土的施工期最低溫度不低于混凝土使用期的穩定溫度。（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度條件，以達到兩個效果：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，以期達到設計的強度和抗裂能力。

適宜的溫濕條件是相互關聯的，混凝土的保濕措施常常也有保濕的效果。從理論上分析，新澆筑混凝土中所含水分完全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，表面混凝土最容易而且直接受到這種不利的影響，因此混凝土澆筑后的最初幾天是養護的關鍵時期，在施工中應切實重視起來。