探析混凝土温度裂缝的成因及控制措施

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温度控制在混凝土施工和养护中都是之分重要的部分。本文就混凝土温度裂缝的类型以及成因进行了分析，并对温度裂缝的控制对策进行了探讨。

混凝土在现代工程建设中占有重要地位。而在今天，混凝土的裂缝较为普遍，在桥梁工程中裂缝几乎无所不在。尽管我们在施工中采取各种措施，小心谨慎，但裂缝仍然时有出现。究其原因，我们对混凝土温度应力的变化注意不够是其中之一。 在大体积混凝土中，温度应力及温度控制具有重要意义。这主要是由于两方面的原因。首先，在施工中混凝土常常出现温度裂缝，影响到结构的整体性和耐久性。其次，在运转过程中，温度变化对结构的应力状态具有显著的不容忽视的影响。我们遇到的主要是施工中的温度裂缝，因此本文仅对施工中混凝土裂缝的成因和处理措施做一探讨。

大体积混凝土温度裂缝的类型

混凝土结构物的裂缝可分为微观裂缝和宏观裂缝。微观裂缝主要有三种，一是骨料和水泥石粘合面上的裂缝，称为粘着裂缝；第二是水泥石自身的裂缝，称为水泥石裂缝；三是骨料本身裂缝，称为骨料裂缝。微观裂缝在混凝土结构中的分布是不规则，不贯通的，并且肉眼看不见。宏观裂缝是由微观裂缝扩展而来的。温度，作为一种变形作用，在混凝土结构中引起的裂缝有表面裂缝和贯穿裂缝两种。这两种裂缝在不同程度上都属于有害裂缝。由于高层建筑、高耸结构物和大型设备基础大量的出现，大体积混凝土也被广泛采用，大体积混凝土结构的温度裂缝日益成为建筑工程技术人员面临的技术难题。

大体积混凝土温度裂缝的成因

1. 温度变化引起变形：在大体积混凝土工程施工中，由于水泥水化热引起混凝土浇筑内部温度和温度应力剧烈变化。实际混凝土内部的最高温度多数发生在混凝土浇筑的最初3到5天，随着混凝土龄期的增长，温度逐渐下降，而弹性模量增高，因此混凝土内部降温收缩的约束也就愈来愈大，以致产生很大的拉应力，当混凝土的抗拉强度不足以抵抗这种应力时，开始出现温度裂缝。

2. 变形受到约束，引起应力：当大体积混凝土浇筑在基岩或老混凝土上时，由于基岩（或老混凝土）的压缩模量（或弹性模量）较高，混凝土温度变化所产生的变形受到基岩（或老混凝土）的约束，而在新浇混凝土内部形成温度应力，在升温阶段，约束阻止新浇混凝土的温度膨胀变形，在混凝土内形成压应力。而在降温阶段，新浇混凝土收缩（降温收缩与干缩）因存在较强大的地基或基础的约束而不能自由收缩，在新浇混凝土内形成拉应力。

3. 应力超过了混凝土的抗拉强度，导致裂缝的产生：混凝土早期抗拉强度是很低的。值得注意的是随着水泥标号的提高，水泥用量的不断增加，抗拉强度也会相应增加。另外，由于水化热的影响，1天龄期的小试件强度可比实际大尺寸构件中的强度低50%，也就是说导致混凝土构件的早期强度降低；而28天龄期的小试件强度则可比实际构件强度高30%；也就是说对设计而言不安全。因此这也是要限制最高温度的一个原因。

4. 外界气温变化的影响大体积混凝土在施工期间，外界气温变化的影响也很大。混凝土的内部温度是浇筑温度、水化热的绝热温升和结构散热降温等各种温度的叠加之和，外界气温愈高，混凝土的结构温度也愈高，如外界温度下降，会增加混凝土的降温幅度，特别是在外界气温骤降时，会增加外层混凝土与内部混凝土的温度梯度。温度应力是由温差引起的变形造成的，温差愈大，温度应力也愈大。在高温条件下，大体积混凝土不易散热，混凝土内部的最高温度可达60℃，并且有较大的延续时间。在这种情况下研究合理的温度控制措施，防止混凝土内外温差引起的过大温度应力显得更为重要。

5. 混凝土的收缩变形混凝土收缩变形引起的温度应力大于混凝土的抗拉强度时，就会产生裂缝，因此混凝土的收缩也是引起裂缝不可忽视的因素。

温度的控制和防止裂缝的措施

为了防止裂缝，减轻温度应力可以从控制温度和改善约束条件两个方面着手。控制温度的措施如下：（1）采用改善骨料级配，用干硬性混凝土，掺混合料，加引气剂或塑化剂等措施以减少混凝土中的水泥用量；（2）拌合混凝土时加水或用水将碎石冷却以降低混凝土的浇筑温度；（3）热天浇筑混凝土时减少浇筑厚度，利用浇筑层面散热；（4）在混凝上中埋设水管，通入冷水降温；（5）规定合理的拆模时间，气温骤降时进行表面保温，以免混凝土表面发生急剧的温度梯度；（6）施工中长期暴露的混凝土浇筑块表面或薄壁结构，在寒冷季节采取保温措施；改善约束条件的措施是：①合理地分缝分块；②避免基础过大起伏；③合理的安排施了工序，避免过大的高差和侧面长期暴露。此外，改善混凝土的性能，提高抗裂能力，加强养护，防止表面干缩，特别是保证混凝土的质量对防止裂缝是十分重要，应特别注意避免产生贯穿裂缝，出现后要恢复其结构的整体性是十分困难的，因此施厂中应以预防贯穿性裂缝的发生为主。

在混凝土的施工中，为了提高模板的周转率，往往要求新浇筑的混凝土尽早拆模。当混凝土：温度高于气温时应适当考虑拆模时间，以免引起混凝土表面的早期裂缝。

加筋对大体积混凝土的温度应力影响很小，因为人体积混凝土的含筋串极低。只是对一般钢筋混凝上有影响。在温度不太高及应力低于屈服极限的条件下，钢的各项性能是稳定的，而与应力状态、时间及温度无关。钢的线胀系数与混凝上线胀系数相差很小，在温度变化时两者间只发牛很小的内应力，由于钢的弹性模量为混凝土弹性模量的7～15倍，当内混凝土应达到杭拉强度而开裂时，钢筋的应力将不超过100～200kg/em2。因此，在混凝土想要利用钢筋来防止细小裂缝的出现很困难。

为保证混凝土工程质量，防止开裂，提高混凝土的耐久性，正确使用外加剂也是减少开裂的措施之一。例如使用减水防裂剂，笔者在实践中总结出其主要作用为：

（1）混凝土中存在大量毛细孔道，水蒸发后毛细管中产生毛细管张力，使混凝土干缩变形。增大毛细孔径可降低毛细管表面张力，但会使混凝土强度降低。这个表面张力理论早在六十年代就已被国际上所确认。（2）水灰比是影响混凝土收缩的重要因素，使用减水防裂剂可使混凝土用水量减少25%。（3）水泥用量也是混凝土收缩率的重要因素，掺加减水防裂剂的混凝土在保持混凝土强度的条件下可减少15%的水泥用量，其体积用增加骨料用量来补充。（4）减水防裂剂可以改善水泥浆的稠度，减少混凝土泌水，减少沉缩变形。（5）提高水泥浆与骨料的粘结力，提高的混凝土抗裂性能。（6）掺加外加剂可使混凝土密实性好，可有效地提高混凝土的抗碳化性，减少碳化收缩。（7）掺减水防裂剂后混凝土缓凝时间适当，在有效防止水泥迅速水化放热基础上，避免因水泥长期不凝而带来的塑性收缩增加。（8）掺外加剂混凝土和易性好，表面易摸平，形成微膜，减少水分蒸发，减少于燥收缩。

（作者单位：沈阳山盟建设集团有限公司）