淺談混凝土的溫度裂縫與控制

榮強 張玉賓 王會

河北省第四建筑工程有限公司（050000）

淺談混凝土的溫度裂縫與控制

榮強 張玉賓 王會

河北省第四建筑工程有限公司（050000）

這里對混凝土溫度裂縫產生的原因、現場混凝土溫度的控制和預防裂縫的措施等進行闡述。

混凝土；溫度應力；裂縫；控制

在大體積混凝土中，溫度應力及溫度控制具有重要意義。這主要是由于以下兩方面的原因：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。

1 裂縫產生的原因

混凝土結構產生裂縫的原因很多，主要原因有溫度和濕度的變化、混凝土的脆性和不均勻性、結構設計不合理、原材料不合格（如堿骨料反應）、配合比不合理、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，使內部溫度不斷上升，當溫度達到高峰后，由于環境溫度較低，混凝土溫度開始下降，在降溫過程中混凝土發生收縮。在約束條件下，當混凝土溫度收縮變形大于極限拉伸變形時，容易發生開裂，稱之為溫度裂縫。還有另一種溫度裂縫是由于混凝土內外溫差引起的。例如，混凝土遭受寒潮侵襲，或夏天混凝土遭受陽光暴曬后突然下雨，都會使混凝土內部與表層產生很大的溫差。混凝土表層溫度下降，而內部溫度基本不降，內部混凝土對表層混凝土起約束作用，也會導致溫度裂縫的發生。混凝土是一種脆性材料，由于原材料不均勻，水灰比不穩定，運輸和澆筑過程中出現離析，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他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非常重要。

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：1）早期：自澆筑混凝土開始至水泥放熱基本結束。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，溫度應力主要是由于混凝土的冷卻及外界氣溫變化引起的，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疊加。

3 溫度的控制和防止裂縫的措施

為了防止混凝土溫度裂縫，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。

3.1 控制溫度的措施

1）改善骨料級配。骨料最好選用河砂、河卵石，適當提高粗骨料用量，摻粉煤灰等混合料，加引氣劑等，以減少混凝土中的水泥用量，特別是選用中、低熱水泥。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）天氣較熱時，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變化。6）施工中長期暴露的混凝土澆筑塊表面或薄壁結構，在寒冷季節及時采取保溫措施。

3.2 改善約束條件的措施

1）混凝土合理地分縫分塊施工。2）基礎等大體積混凝土避免過大起伏。3）合理的安排施工工序，避免過大的高差和側面長期暴露。

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。

減水防裂劑對控制混凝土裂縫的主要作用：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,但混凝土強度也會降低。這個表面張力理論早在20世紀60年代就已被國際上確認。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）水泥用量也是影響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，其體積用骨料來補充。4）減水防裂劑可以改善水泥漿的稠度,減少混凝土泌水，減少沉縮變形。5）提高水泥漿與骨料的黏結力，提高混凝土抗裂性能。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，表面易抹平，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試驗對比和研究，比單純靠改善外部條件，可能會更加簡捷、經濟。