淺談混凝土裂縫之預防

梁國榮

隨著建筑業在國內的興起，混凝土在現代工程建設中的地位顯得越來越重要。而混凝土裂縫問題至今仍然困擾著整個建設領域，特別是大體積混凝土基礎、橋墩、大跨度的梁、屋架等。盡管我們在施工過程中采取了各種防范措施，但還是無法避免。究竟為什么，除了混凝土本身抗拉強度較低外，還有一個往往被我們忽視掉的特別重要的原因，就是混凝土對溫度應力的反映特別敏感。對混凝土本身抗拉強度低造成的裂縫可以在設計時通過配筋來調節和控制。筆者僅就溫度應力引起的裂縫談一談個人見解。

1 裂縫原因分析

眾所周知，混凝土抗拉強度只有抗壓強度的 1/10左右，短期加荷時極限拉伸變形只有(0.6～1.0)×104，長期加荷時極限拉伸變形只有(1.2～2.0)×104，可見，混凝土是一種脆性材料。混凝土裂縫原因有好多種，例如，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，除此之外，溫度的變化也是一個非常重要的原因。

混凝土硬化期間，由于水泥的水化反應放出大量水化熱，內部溫度就會不斷升高，內部骨料遇熱膨脹，在表面引起拉應力。后期在降溫過程中，表面混凝土收縮，也會在混凝土表面引起拉應力，當這些拉應力的作用超出混凝土的抗拉強度時，即會出現裂縫，這就是溫度應力所引起的裂縫。

在鋼筋混凝土中，拉應力主要是由鋼筋承擔，混凝土只是承擔壓應力，在素混凝土內或鋼筋混凝土保護層部位如果結構內出現拉力，則需要混凝土自身承擔。一般設計中不出現抗拉應力，或只出現很小的拉應力，但在施工過程中混凝土由最高溫度冷卻到運轉時期的穩定溫度，往往在混凝土表面引起相當大的拉應力。有時溫度應力可超過外部荷載所引起的應力，因此，掌握溫度應力的變化規律對于進行合理的設計和施工極為重要。

2 溫度應力分析

溫度應力的形成過程可分為三個階段:1)早期階段:自澆筑混凝土開始至水泥放熱基本結束，一般約 30 d。這個階段有兩個特征:a.水泥放出大量的水化熱;b.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部形成參與應力。2)中期階段:自水泥放熱作用基本結束至混凝土冷卻至穩定溫度為止，這個時期，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的，這些應力與早期形成的殘余應力相迭加，在此期間混凝土的彈性模量變化不大。3)晚期階段:混凝土完全冷卻后的運轉時期，溫度應力主要來自外界氣溫變化所引起，這些應力與前兩種的應力相迭加。由此可見，溫度應力引起的原因可分為兩類:一類為自生應力，即邊界上沒有任何約束或完全靜止的結構，如果溫度非線性分布，由于結構本身互相約束而出現的溫度應力。例如，橋墩等大體積混凝土結構，混凝土冷卻時，表面溫度低，內部溫度高，在表面出現拉力，在中間出現壓力;另一類為約束應力，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，如箱式基礎頂板混凝土和框架結構中的深梁。這兩種溫度應力往往和混凝土干縮應力共同作用。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。在通常情況下，主要依靠模型試驗獲得數據計算。混凝土的徐變能使溫度應力有相當大的松弛，計算溫度應力時，必須考慮徐變的影響，具體計算這里就不再細述。

3 預防裂縫措施

控制溫度的措施有: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溫度;3)夏季施工時，應減少混凝土厚度，利用澆筑層面散熱;4)冬季施工中，應該盡量設法使混凝土的施工期環境溫度不低于混凝土使用期的穩定溫度，對混凝土表面及薄壁結構應采取保溫措施;5)在混凝土中埋設水管，通入冷水降溫;6)控制拆模時間，氣溫驟降時采用表面保溫，以免混凝土表面發生急劇的溫度梯度。除此以外，還要加強混凝土的早期養護。因水泥具有快硬、高強、水化熱大的特點，如果混凝土澆搗后未能及時澆水養護，混凝土在較高溫度下失水收縮，水化熱釋放量較大，而又未及時得到水分的補充，必將導致混凝土早期裂縫。實踐證明，混凝土常見的裂縫，大多數是不同深度的表面裂縫，其主要原因是溫度梯度造成，例如，寒冷地區的溫度聚降極易形成裂縫。因此說混凝土的早期養護及做好冬季保溫對防止表面早期裂縫尤其重要。

從理論上分析，新混凝土中所含水完全可以滿足水泥水化的要求而有余。但由于蒸發等原因常引起水分損失，從而推遲或妨礙水泥的水化，表面混凝土最容易而且直接受到這種不利影響。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。

改善約束條件的措施:1)合理設計分隔縫;2)避免基礎過大起伏;3)合理安排施工工序，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，在施工中應以預防貫穿性裂縫的發生為主。

新澆混凝土拆模過早，由于水化熱的散發，表面引起相當大的拉應力，極易出現溫度沖擊現象。所以當環境溫度低于混凝土溫度時，應當適當延遲拆模時間，一旦拆除模板，表面溫度驟降，必然引起溫度梯度，從而在表面附加一拉應力，與水化熱應力迭加，再加上混凝土干縮，表面的拉應力達到極限，超過混凝土的抗拉強度，裂縫就會產生。但如果在拆除模板后及時在其表面覆蓋一層輕型保溫材料，如采用噴HL等品種養護液進行養護，可達到降低成本和提高工效，并可避免或減少對施工的影響。對防止混凝土表面產生過大拉力具有明顯效果。所以施工中必須堅持覆蓋麻袋或草包進行一周左右的妥善保濕養護。

4 對裂縫的彌補處理

在采取了上述綜合性防治措施后，由于各種原因仍可能有少量的裂縫發生。當這些裂縫發生后，對于鋼筋混凝土結構，大部分溫度應力引起的裂縫只停留在表面，不影響正常使用，無須彌補，但涉及大型公共建筑及民用建筑結構部位應引起重視，不僅影響美觀，有時會造成恐慌并引起投訴，應作好妥善的裂縫處理工作。根據筆者的經驗，梁、板底細縫應委托專業加固單位采用復合增強纖維等材料對裂縫作粘貼加強處理(注:當遇到裂縫較寬、受力較大等特殊情況時，建議采用碳纖維粘貼加強)。復合增強纖維的粘貼寬度以350mm～400mm為宜，既能起到良好的抗拉裂補強作用，又不影響粉刷和裝飾效果，是目前較理想的裂縫彌補措施。

5 結語

以上是筆者對混凝土的溫度變化與裂縫之間的關系進行理論和實踐上的初步探討，雖然學術界對于混凝土裂縫的成因和計算方法有不同的理論，但對于具體的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明顯的，具體施工中要靠我們觀察、分析、比較、總結，具體問題具體分析，多種預防處理措施并舉，混凝土的裂縫還是可以避免的。要徹底消除裂縫現象，尚有待不斷提高施工技術和不斷積累施工經驗，采用更為科學的解決方法。

[1] 劉景剛.簡述混凝土裂縫的成因與防治措施[J].山西建筑，2010，36(10):152-153.