浅谈大体积钢筋混凝土施工中温度裂缝的成因及防治措施

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【摘 要】混凝土裂缝的产生在钢筋混凝土构件施工过程中一个普遍存在的质量问题，本文分析工程施工中遇到的因温度变化导致钢筋混凝土产生裂缝的原因，并针对性的提出控制裂缝产生的预防措施。

【关键词】钢筋混凝土；温度裂缝；施工；防治措施

0.前言

钢筋混凝土构件具有原材料丰富、造价低、可浇筑成多种断面形状、良好的耐久性及承载力等优势而被普遍应用于建筑工程中。因混凝土抗拉性差，钢筋混凝土构件极易出现裂缝。据调查资料显示，工程构件裂缝产生的原因中约20%为荷载不合理，约80%为自身变化变形引起的[1]。温度变化是最主要的变化变形因素，特别对大体积钢筋混凝土结构而言，因水泥产生大量的水化热，造成混凝土的温度应力与内部温度剧烈变化，致使混凝土出现裂缝，对结构的耐久性与整体性造成严重影响。本文探讨混凝土温度裂缝形成的因素，并提出控制温度裂缝的措施。

1.产生温度裂缝的原因

1.1混凝土的水化热

大体积钢筋混凝土构件浇筑后，水泥与水发生反应释放出数量巨大的水化热，导致混凝土构件的内部温度快速升高，一般在3至5天内升至最高值。因温度变化引起体积胀缩，特别是降温过程中，随混凝土的龄期不断增长、强度与弹性模量的提高，其约束混凝土降温收缩的作用力逐渐增大，产生拉应力较大，导致混凝土出现裂缝。最初阶段时微量裂缝可使应力集中，裂缝存在逐渐变大的可能性。因混凝土不是热的良导体，散热缓慢，浇筑之后，大体积钢筋混凝土的内部温度大大超出表面温度，出现内胀外缩，构件外表形成很大的拉应力导致混凝土发生开裂。

1.2外界的气温变化

外界的气温变化直接影响混凝土的浇筑温度与内外温差控制。在高温季节施工，外界气温越高，浇筑的温度越高，大体积钢筋混凝土结构内部温度通常高达60至80°C[2]。低温季节施工时也会极大提高混凝土构件内外温差。混凝土内外温度不均衡极易形成温度应力，温差越大生产的温度应力越大，越容易引起混凝土发生开裂。

1.3混凝土的收缩变形

理论上，混凝土构件浇筑时水泥的水灰比约为0.38，但施工过程中，为了提高混凝土的和易性，水灰比常常高达0.40～0. 45，剩余的水分会在后期蒸发，导致混凝土干缩变形，使混凝土出现开裂。

1.4约束条件

结构发生变形时必定受到不同程度的抑制，即约束。约束类型有：外约束，即不同结构间的约束；内约束，即结构内部的各个质点间相互约束。约束的存在阻碍结构自由变形导致应力产生，如护栏混凝土、顶板混凝土及箱梁等。大体积的混凝土构件常受到外约束，当混凝土构件浇筑完成后，因发生各种变形，处于约束状态下不同结构相互产生应力，形成混凝土裂缝。

2.温度应力分析

2.1温度应力形成时期

早期：混凝土开始浇筑至水泥热量基本释放结束，通常约30天。该阶段的特征：一是水泥大量释放水化热，二是混凝土的弹性模量发生急剧变化。受弹性模量变化影响，混凝土内可产生残余应力；中期：水泥放热结束至混凝土温度下降到一稳定值为止，该时期的温度应力是由混凝土冷却与外界的气温变化造成的，该应力与早期的残余应力叠加，混凝土弹性模量的变化较小。晚期：混凝土冷却之后的运转阶段。温度应力由外界的气温变化引起，并与前两种应力的残余部分相叠加。

2.2温度应力类型

依温度应力形成原因将其分为：（1）约束应力：部分或全部边界存在外界约束的结构，无法自由变形从而产生应力。如护栏混凝土、顶板混凝土等。这两类温度应力常与混凝土干缩产生的应力共同起作用。（2）自生应力：完全静止或边界无任何约束的结构，若内部温度分布呈非线性状，因结构内部各质点相互约束而产生温度应力。如桥梁墩身，具有较大的结构尺寸，混凝土在冷却阶段表面的温度低，内部的温度高，结构表面表现拉应力，结构内部表现为压应力。

3.施工中温度控制与裂缝的预防措施

3.1裂缝产生的防治措施

3.1.1控制温度的措施

（1）采取优化骨料级配，掺入混合料，使用干硬型混凝土等措施降低混凝土拌和物中水泥用量。

（2）高温期进行混凝土浇筑时浇筑厚度宜薄些，利用表面进行散热。

（3）混凝土拌合时加入冰块或用水冷却碎石以使混凝土浇筑时的温度大大降低。

（4）寒冷季节施工时，对长时间暴露的结构表面或者薄壁结构宜采取相应的保温措施。

（5）合理安排拆模时间，外界温度骤降时采取相应保温措施，防止混凝土表层形成急剧温度梯度。

3.1.2裂缝形成的控制措施

（1）防止基础上表面的横截面或者高差过大。

（2）对混凝土进行合理的分块分缝。

（3）对施工工序进行合理安排，防止大高差存在长期暴露现象。

混凝土浇筑后，因水化热的释放，表面产生的拉应力较大，表面温度远高于气温，此时将模板拆除，表面温度会骤降，产生温度梯度，使表面产生另一拉应力，与前一应力迭加，再因混凝土的干缩影响，可导致裂缝产生，但若模板拆除后立即用轻型的保温材料覆盖表面，有效避免混凝土表面形成过大拉应力。对于大体积混凝土，加筋对其温度应力的影响较小，因为其含筋率十分低。加筋只对常规钢筋混凝土构件有影响。在温度较低与应力小于屈服极限前提下，钢筋各项性能不受时间、温度及应力状态影响。钢筋的线胀系数大小接近混凝土的，当温度波动时两者间仅产生极小的应力[3]。因钢筋的弹性模量是混凝土的7至15倍，当内部混凝土的应力超过抗拉强度产生裂缝时，钢筋应力低于100～200kg/cm2。故加筋无法有效预防混凝土形成细小的裂缝。

3.1.3合理运用外加剂

大部分外加剂均具提高和易性、缓凝、改良塑性等功能，在工程中应在实验室进行多方面的外加剂配比试验，以找出最优的配比方案。工程实践中，外加剂主要作用有：

（1）水泥用量直接影响混凝土收缩，在保证混凝土强度基础上，混凝土中掺入减水防裂剂可使水泥用量降低15%，并用骨料补充其体积[4]。

（2）水灰比对混凝土收缩有重要影响，采用减水防裂剂能够使用水量降低25%。

（3）减水防裂剂具有改良水泥浆稠度，降低混凝土的泌水量，控制沉缩变形。

（4）外加剂可增加混凝土的密实性，增强混凝土抗碳化性，降低碳化收缩。

（5）增强水泥浆粘结骨料的牢固性，增加混凝土的抗裂性能。

3.2混凝土的养护

保温措施应满足以下要求：

（1）避免混凝土过冷，应采取相应措施使混凝土在施工阶段的最低温度高于使用阶段的稳定温度。

（2）避免混凝土构件表面梯度与混凝土的内外温度过度失衡，预防产生表面裂缝。

（3）防止成型混凝土温度过低，以降低新浇筑混凝土与成型混凝土的相互约束。对混凝土进行早期养护，是为了保持适度的温湿状况，以实现两个目标，一是最大限度降低不利湿、温度变形对混凝土的侵袭，避免有害的干缩与冷缩。二是使水泥的水化过程顺利展开，以实现设计的抗裂能力与强度。混凝土的温湿度是相互作用的，保温措施通常也会有保湿的功能。理论上，新浇筑的混凝土构件所含水分满足了水泥水化过程对水的需求且有剩余。但因蒸发等因素影响常造成水分损失，妨碍或者推迟水泥水化反应，该不利因素可直接影响表层的混凝土。故混凝土结构浇筑后的早期养护尤为关键，应予以重视。

4.结束语

钢筋混凝土构件因温度变化引起构件产生裂缝是一种较为常见的现象，裂缝不仅降低构件的抗渗性能，影响其使用功能，而且易造成钢筋锈蚀，使材料耐久性降低，缩短结构的使用寿命。因此需仔细分析温度裂缝的形成原因，并采取有效的措施防止裂缝的发生、发展。只要充分考虑设计、材料选用、施工工艺及后期养护等方面存在的各种影响因素，还是可以有效的避免结构开裂。 [科]

【参考文献】

[1]刘洋.浅谈混凝土施工温度裂缝的原因及预防措施[J].科技资讯，2011，（02）：102.

[2]张红帅，鲍安红，陈明龙.混凝土温度裂缝研究与控制[J].山西建筑，2009，35（33）：139-140.

[3]徐秋林.大体积混凝土温度裂缝成因分析及控制方法[J].路基工程，2009，（03）：181-182.

[4]林东辉.底板大体积混凝土防止温度裂缝的技术措施[J].山西建筑，2009，35（30）：138-139.