混凝土施工溫度裂縫機理及控制要點分析

羅小燕

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摘要：混凝土施工是房屋建筑工程中的重要部位，如房屋工程的承重構(gòu)件框架梁、板、柱以及一些小型構(gòu)件等。隨著經(jīng)濟和施工技術(shù)的發(fā)展，房屋工程逐漸擺脫以磚混結(jié)構(gòu)為主的格局，鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)已占據(jù)主導(dǎo)地位。因此，加強混凝土工程裂縫控制至關(guān)重要，而加強混凝土施工中溫度控制是防止混凝土構(gòu)件出現(xiàn)裂縫重要環(huán)節(jié)之一。本文在此從混凝土溫度裂縫的成因出發(fā)，從設(shè)計、材料、施工和養(yǎng)護等角度對混凝土溫度裂縫施工做了詳細(xì)的研究。

關(guān)鍵詞：混凝土；溫度；裂縫

一、建筑施工溫度與混凝土裂縫的基本特征

在工程施工中，溫度變化引起的裂縫主要產(chǎn)生在混合結(jié)構(gòu)的房屋建筑中，一般，屋蓋采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土板、墻體采用磚砌體，而裂縫就多發(fā)生在屋蓋現(xiàn)澆板下的磚砌體中。如果房屋的縱向裂縫超過60m，還沒有進行相對的沉降處理時，溫差裂縫就會出現(xiàn)在房屋縱向部位的兩端，中間部位通常屋裂縫或只有很輕微的裂縫，而在上述兩種情況中，如果外墻門窗的開洞過大，裂縫也會更加明顯。裂縫多為一條細(xì)縫的狀態(tài)出現(xiàn)，寬度一般在0.2-1.5cm 內(nèi)，嚴(yán)重時可能會出現(xiàn) 370mm 墻體裂通。

1、八字縫，通常出現(xiàn)在墻體頂端的兩端的1-2個開間內(nèi)，裂縫從兩邊向中間逐漸上升，呈對稱八字形，縱墻出現(xiàn)的機率大于橫墻。

2、水平縫，該裂縫主要發(fā)生在屋蓋鋼筋混凝土圈梁底面標(biāo)高處或檐口下。

二、混凝土溫度裂縫的產(chǎn)生的原因

1、混凝土本身的特點引起的原因

工程建設(shè)中許多混凝土的內(nèi)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(fā)生劇烈變化。如養(yǎng)護不周、干濕變化，混凝土表面干縮形變受到內(nèi)部混凝土的約束，也往往導(dǎo)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）×104，長期加荷時的極限位伸變形也只有（1.2～2.0）×104。由于原材料不均勻，水灰比不穩(wěn)定，及運輸和澆筑過程中的離析現(xiàn)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(xiàn)裂縫的薄弱部位。

2、溫度應(yīng)力引起的原因

對于邊界上沒有任何約束或完全靜止的結(jié)構(gòu)，如果內(nèi)部溫度是非線性分布的，由于結(jié)構(gòu)本身互相約束而出現(xiàn)的溫度應(yīng)力。例如：橋梁墩身，結(jié)構(gòu)尺寸相對較大，混凝土冷卻時表面溫度低，內(nèi)部溫度高，在表面出現(xiàn)拉應(yīng)力，在中間過程出現(xiàn)壓應(yīng)力。這種應(yīng)力成為自身應(yīng)力。結(jié)構(gòu)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(yīng)力。如箱梁頂板混凝土和護欄混凝土。此時的應(yīng)力稱為約束應(yīng)力。這兩種溫度應(yīng)力往往和混凝土的干縮所引起的應(yīng)力共同作用。

三、施工準(zhǔn)備階段控制措施

1、設(shè)計措施

1.1根據(jù)實際情況采取合理的結(jié)構(gòu)形式進行分塊、分層和分時段的澆筑形式，應(yīng)對各分層之間混凝土澆筑的時間提出要求，保證每層表面水化熱的散發(fā)，盡量降低約束作用。應(yīng)根據(jù)溫度裂縫的要求分塊設(shè)置水平施工縫，并設(shè)置合理的連接方式。

1.2設(shè)計時應(yīng)選用強度等級在C20～C35的低強度混凝土。由于高強混凝土呈現(xiàn)“脆性”易產(chǎn)生裂縫，而且工程造價較高，所以應(yīng)避免采用水化熱較高的高強度混凝土。

1.3進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)對分布鋼筋進行合理設(shè)置，盡量采用小直徑鋼筋、采取密間距布置等對降低混凝土裂縫有較好效果的配筋方式，以減少裂縫出現(xiàn)的程度及概率。

2、原材料的選擇措施

2.1水泥的選擇

水泥的水化熱，直接影響混凝土的溫升。因此在保證建筑物設(shè)計強度的前提下，應(yīng)選用低熱或者中熱的C3S及C3A等水泥，并宜對低礦碴、火山灰質(zhì)等水泥優(yōu)先選用。并應(yīng)按照《水泥水化熱試驗方法（直接法）》等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對所選定的水泥進行水化熱測定。

2.2粗、細(xì)骨料的選擇

（1）為達到設(shè)計要求，同時又能發(fā)揮水泥的有效作用，應(yīng)優(yōu)先選用自然連續(xù)級配的粗骨料，因其配制的混凝土所具有的較好的和易性，可有效減少水泥用量，并達到相應(yīng)的強度；

（2）由于采用碎石拌制的混凝土，其強度較高，并具有良好的抗裂性能，所以選擇粗骨料時，宜優(yōu)先選用碎石；

（3）經(jīng)驗數(shù)據(jù)表明，當(dāng)選用中粗砂做細(xì)骨料時，可減少混凝土水泥用量，而水泥用量的減少，有利于降低絕熱溫升，所以，宜采用中粗砂做細(xì)骨料；

（4）粗、細(xì)骨料均應(yīng)對含泥量進行嚴(yán)格控制，因為含泥量一旦超標(biāo)，混凝土的收縮性會大幅度提高，而抗拉強度大大下降，加劇了混凝土的溫度裂縫。

2.3外加劑的選擇

建筑混凝土外加劑有減水劑、引氣劑、等多種類型，粉煤灰是建筑混凝土外加劑的一種，它對于防止混凝土裂縫、改善混凝土的施工性能有較好的效果。建筑用外加劑通常采用I級粉煤灰，但摻兌比例不宜過大，否則會造成混凝土早期強度低、低溫泌水大等缺陷。

2.4優(yōu)化配合比

在滿足強度要求的情況下，盡量減少水泥用量。施工前，應(yīng)反復(fù)進行配比試驗，優(yōu)選最合適的配合比，以提高混凝土的流動性、和易性和使混凝土具有較大的抗裂能力，有效降低混凝土的絕熱溫升。

四、施工階段采取有效措施對溫度裂縫進行控制

1、溫度控制措施

為了減少由于溫度變化而產(chǎn)生的裂縫，施工單位應(yīng)改善骨料級配，使用硬度較強的混凝土，摻混合料，加引氣劑或塑化劑，這些措施可以有效減少混凝土中的用水量；同時，在攪拌混凝土的同時加水或用水將碎石冷卻，可以降低混凝土澆筑的溫度。此時，還要為混凝土的散熱提供條件，夏天澆筑混凝土?xí)r可以適當(dāng)減少澆筑的厚度，通過建筑層面來降溫；對于體積較大的混凝土，應(yīng)在混凝土結(jié)構(gòu)中預(yù)埋水管，通入冷水降溫；按照規(guī)定的時間拆模，當(dāng)氣溫驟降時還要對表面進行保溫，預(yù)防表面溫度巨變而發(fā)生的溫差裂縫；而對于長期暴露的混凝土澆筑塊表面或薄壁結(jié)構(gòu)，在低溫季節(jié)仍然要進行保溫措施。

2、約束條件改善措施

在工程建設(shè)中，混凝土結(jié)構(gòu)澆筑要合理的分塊施工，以免基礎(chǔ)起伏過大；同時要科學(xué)的安排工序。在施工過程中，為了提高模板的周轉(zhuǎn)率，通常要求新澆筑的混凝土做早期拆模。而當(dāng)混凝土的溫度高于氣溫時，才應(yīng)考慮拆模，這樣才能預(yù)防混凝土出現(xiàn)溫差裂縫。新澆筑早期拆模，會在表面形成較大的拉力，出現(xiàn)“溫度沖擊”現(xiàn)象。

3、摻入外加劑

木質(zhì)素磺酸鈣屬陰離子表面活性劑，對于水泥顆粒的分散效果較好，還能降低水的張力，而引起加氣作用。因此，如果在水泥中混入0.25%的木鈣減水劑（即木質(zhì)素磺酸鈣），其混凝土的和易性能有明顯的改善，還能較少約10%左右的拌合水，節(jié)約 l0%左右的水泥，以此而降低水化熱。

五、混凝土的早期養(yǎng)護

實踐證明，混凝土常見的裂縫，大多數(shù)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(qū)的溫度驟降也容易形成裂縫。因此說混凝土的保溫對防止表面早期裂縫尤其重要。

1、防止混凝土內(nèi)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，應(yīng)該盡量設(shè)法使混凝土的施工期最低溫度不低于混凝土使用期的穩(wěn)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(yǎng)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。一方面使水泥水化作用順利進行，以期達到設(shè)計的強度和抗裂能力。適宜的溫濕度條件是相互關(guān)聯(lián)的。混凝上的保溫措施常常也有保濕的效果。

六、結(jié)語

總之，建筑混凝土溫度裂縫問題是一個非常復(fù)雜的、多學(xué)科的綜合性問題。應(yīng)根據(jù)各類溫度裂縫的特點，對其機理和產(chǎn)生的原因進行分析和研究，才能采取有效的防控措施對建筑混凝土溫度裂縫進行控制。