淺談混凝土的施工溫度與裂縫

邢娟

摘 要：闡述混凝土裂縫產生的原因、現場混凝土的控制和預防裂縫措施。

關鍵詞：混凝土 ；溫度應力；裂縫 ；控制

混凝土在現代工程建設中占有重要地位。但混凝土的裂縫較為普遍，在大體積混凝土中，溫度變化對結構的應力狀態具有顯著的不容忽視的影響。本文僅對施工中混凝土裂縫的成因和處理措施做一探討。

1 裂縫的原因

混凝土中產生裂縫有多種原因，主要是溫度和溫度的變化，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土的約束，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丐很大的拉應力。當這些拉應力起出混凝土的抗裂能力時，即會出現裂縫。許多混凝土的內部溫度變化很小或變化較慢，但表面溫度可能變化較大或發生劇烈變化。如養護不周、時干時溫，表面干縮形變以內部混凝土的約束，也往往導致裂縫。混凝土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，長期加荷時的極限拉伸變形也只有（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，拉應力主要是由鋼筋承擔，混凝土只是隨壓應力在素混凝土內或鋼筋混凝土的邊緣部位如果結構內出現了拉應力。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，往往在瀑布內部引起相當大拉應力。有時溫度應力可超過其它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極為重要。

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，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，在此期間混凝土的彈性模量變化不大。

（3）晚期：混凝土完成冷卻以后的運轉時期。溫度應力主要是外界氣濁變化所引起，這些應力與前兩種的殘余應力相疊加。

根據溫度應力引起的原因可分為兩類：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。例如：橋梁墩身，結構尺寸相對而言較大，混凝土冷卻時表面溫度低，內部溫度高，在表面出現拉應力，在中間出現壓應力。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橋梁頂板混凝土和護欄混凝土。這兩種溫度應力往往和混凝土的干縮所引起的應力共同作用。要想根據已知的溫度準確分析出溫度應力的分布、大小是一項比較復雜的工作。在大多數情況下，需要依靠模型試驗或數值計算。混凝土的徐變使溫度應力有相當大的松弛，計劃溫度應力時，必須考慮徐變的影響。

3 溫度的控制和防止裂縫的措施

為了防止裂縫，減輕溫度應力可以從控制溫度筆改善約束兩個方面著手。

（1）控制溫度的措施如下：

①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施以減少混凝土中的水泥用量；

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；

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；

（2）改善約束條件的措施是：

1）合理地分縫分塊；

2）避免基礎過大起伏；

3）合理的安排施工工序，避免過大的高差和側面長期暴露；

此外，改善混凝土的性能，提高抗裂能力，加強養護，防止表面干縮，特別是保證混凝土的質量對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裂縫的產生為主。

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就已被國際上所確認。

②水灰比是影響混凝土縮的因素，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，其體積增加骨料用量來補充。

④減少防裂劑可以改善水泥漿的強度，減水混凝土泌水，減少沉縮變形。

⑤提高水泥將與骨料的粘結力，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。減水防裂劑可有效的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，在不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，表面易摸平，形成微膜，減少水分蒸發，減少干燥收縮。

4 混凝土的早期養護

實踐證明，混凝土常見的裂縫，大多數是不同深度的一面裂縫，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。因此說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瀑凝土表面梯度，防止表面裂縫。

（2）防止混凝土超冷，應該盡量設法使混凝土的施工期最低溫度不低于混凝土使用期的穩定。

（3）穩定防止老混凝土過冷，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，以期達到設計的強度和抗裂能力。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。

5 結束語

以上對混凝土的施工溫度與裂縫之間的關系進行了理論和實踐上的初步探討，雖然對于混凝土裂縫的成因和計算方法有不同的理論，但對于具體預防和改善措施意見還是比較統一，同時在實踐中的應用效果也是比較好的，具體施工中要靠我們多觀察、多比較，出現問題后多分析、多總結，結合多種預防處理措施，混凝土的裂縫是完全可避免的。