混凝土的施工溫度和裂縫解析

摘要：混凝土工程是建筑工程中重要的組成部分，混凝土施工質量關系著整個建筑工程的質量質量與使用功能。在混凝土工程中，裂縫是影響其質量的重要病害，也是整個混凝土施工中的控制難點與重點。下面就主要對混凝土的施工溫度和裂縫問題進行了分析研究。

關鍵詞：混凝土；溫度；裂縫

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。

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上的約束，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）×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。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。

二、溫度應力的分析

1、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，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。

2、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，如果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。

（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。

三、溫度裂縫的防治措施

1、在設計上采取的措施

將大體積混凝土結構解體、分塊，在大體積混凝土結構的適當部位設置施工寬縫以減少在施工期產生的溫度應力；或在結構容易產生裂縫的部位設置施工寬縫，等混凝土穩定達到一定的強度或沉降穩定后，用提高一級膨脹混凝土將施工寬縫封住。

設計取低標號混凝土以減少水泥用量。

混凝土與鋼管混凝土的裂縫一般均由拉應力引起，即使是軸向受壓荷載的結構物，其內部也可能存在劈拉應力，容易引起裂縫。在混凝土結構中適當配置防裂鋼筋和構造鋼筋，對溫度應力或收縮應力，都能提高結構的抗裂性。

可以在裂縫易發生部位如孔洞周圍以及轉角處布置一些斜筋，從而讓鋼筋代替混凝土承擔拉應力，這樣可以有效的控制裂縫的發展。為了避免裂縫的出現，在設計中利用中低強度的水泥充分利用混凝土的后期強度，在工程結構設計中要特別注意降低結構的約束度。對于混凝土中鋼筋保護層的厚度應當盡量取較小值，因為保護層的厚度愈大愈容易發生裂縫。

工程實踐表明，在相同的配筋率下，選擇較細的鋼筋，防止混凝土開裂的效果會更好。

在越長越寬的大體積施工圖設計中，設計院設計有變形縫、后澆帶等施工縫，實際上是為防止混凝土結構因溫度變化而必須設置的構造縫，這種方法在施工中常見。它的最大優點是：減少整體結構縱向拉應力過大而產生裂縫，其缺點是設置變形縫、后澆帶給施工帶來諸多麻煩，但總體看來，利大于弊，混凝土裂縫得到有效控制。

2、溫度裂縫的預防措施

（1）原材料選擇：盡量選用低熱或中熱水泥，如礦渣水泥、粉煤灰水泥等。

（2）施工工藝改進：改善混凝土的攪拌加工工藝；在傳統的“三冷技術”的基礎上采用“二次風冷”新工藝，降低混凝土的澆筑溫度；高溫季節澆筑時可以采用搭設遮陽板等輔助措施控制混凝土的溫升，降低澆筑混凝土的溫度；對大體積混凝土要合理安排施工工序，分層、分塊澆筑，以利于散熱和減小約束；在大體積混凝土內部設置冷卻管道，通冷水或者冷氣冷卻，減小混凝土的內外溫差。

（3）養護工藝合理化：加強混凝土養護，混凝土澆筑后，及時用濕潤的草簾、麻片等覆蓋，并注意灑水養護，適當延長養護時間，保證混凝土表面緩慢冷卻。在寒冷季節，混凝土表面應設置保溫措施，以防止寒潮襲擊。

（4）溫度時段優選：對特殊結構，如橋梁合攏段，應在低溫時段施工。

（5）技術方案優化：加強混凝土溫度的監控，及時采取冷卻、保護措施；預留溫度收縮縫；減小約束，澆筑混凝土前宜在基巖和老混凝土上鋪設5mm左右的砂墊層或使用瀝青等材料涂刷；混凝土中配置少量的鋼筋或者摻人纖維材料將混凝土的溫度裂縫控制在一定的范圍之內。

3、溫度裂縫的處理

（1）表面修補法：表面修補法是一種簡單、常見的修補方法，通常的處理措施是在裂縫的表面涂抹水泥漿、環氧膠泥或在混凝土表面涂刷油漆、瀝青等防腐材料，在防護的同時為了防止混凝土受各種作用的影響繼續開裂，通常可以采用在裂縫的表面粘貼玻璃纖維布等措施。

（2）灌漿、嵌逢封堵法：灌漿法主要適用于對結構整體性有影響或有防滲要求的混凝土裂縫的修補，它是利用壓力設備將膠結材料壓入混凝土的裂縫中，膠結材料硬化后與混凝土形成一個整體，從而起到封堵加固的目的。常用的膠結材料有水泥漿、環氧樹脂、甲基丙烯酸酯、聚氨酯等化學材料。

嵌縫法通常是沿裂縫鑿槽，在槽中嵌填塑性或剛性止水材料，以達到封閉裂縫的目的。常用的塑性材料有聚氯乙烯膠泥、塑料油膏、丁基橡膠等等；常用的剛性止水材料為聚合物水泥砂漿。

（3）電化學防護法：電化學防腐是利用施加電場在介質中的電化學作用，改變混凝土或鋼筋混凝土所處的環境狀態，鈍化鋼筋，以達到防腐的目的。陰極防護法、氯鹽提取法、堿性復原法是化學防護法中常用而有效的3種方法。

（4）仿生自愈合法：仿生自愈合法是一種新的裂縫處理方法，它模仿生物組織對受創傷部位自動分泌某種物質，而使創傷部位得到愈合的機能，在混凝土的傳統組分中加入某些特殊組分（如含粘結劑的液芯纖維或膠囊），在混凝土內部形成智能型仿生自愈合神經網絡系統，當混凝土出現裂縫時分泌出部分液芯纖維可使裂縫重新愈合。

結束語

總之，防治混凝土出現裂縫的工作是非常復雜的，不僅要嚴格的控制水泥澆筑的速度，還要結合實際的情況，采取合理的措施控制溫升和溫差，最終將混凝土的內外作用力控制在限度以內，避免開裂現象的發生，相信通過不斷的努力，我國的大體積砼施工溫度控制水平會上升到新的高度。

參考文獻

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[2]王淑英.怎樣控制混凝土的施工溫度與處理混凝土的裂縫[J].建筑工程，2013