大體積混凝土溫度裂縫處理探討

胡 鑫 李國忱 于厚文

（遼寧省觀音閣水庫管理局，遼寧 本溪 117100）

建筑裂縫可分為結(jié)構(gòu)裂縫和非結(jié)構(gòu)裂縫。結(jié)構(gòu)裂縫是構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度不足，裂縫寬度失去控制而引起的較為規(guī)律的嚴(yán)重裂縫，這類裂縫危及結(jié)構(gòu)安全，必須對之進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。非結(jié)構(gòu)性裂縫是指構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度足夠，由于施工、材料、溫度等原因而引起的無規(guī)律、不太嚴(yán)重的裂縫，此類裂縫不影響結(jié)構(gòu)安全，但會(huì)影響建筑的正常使用和混凝土壽命，必須加以處理。

混凝土裂縫在水利工程中幾乎無所不在。究其原因，我們對混凝土溫度變化注意不夠是其中之一。在大體積混凝土中，溫度應(yīng)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(xiàn)溫度裂縫，影響到結(jié)構(gòu)的整體性和耐久性。其次，運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，溫度變化對結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)具有顯著的不容忽視的影響。我們遇到的主要是施工中的溫度裂縫，因此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 裂縫的成因

混凝土中產(chǎn)生裂縫有多種原因，主要是溫度和溫度的變化，混凝土的脆弱性和不均勻性，以及結(jié)構(gòu)不合理，原材料不合格，模板變形，基礎(chǔ)不均勻沉降等?；炷猎诎韬?、運(yùn)輸、振搗、凝結(jié)、硬化的過程中，水泥與水發(fā)生水化反應(yīng)。水化過程中釋放出大量的熱能，水化反應(yīng)有兩次升溫和兩次降溫過程，內(nèi)部溫度升高，而板面溫度因外界氣溫有所降低。升溫使混凝土內(nèi)部體積膨脹，降溫使混凝土表面收縮，膨脹時(shí)混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，收縮時(shí)混凝土表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)壓應(yīng)力和拉應(yīng)力超過其抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度時(shí)，梁板表面將發(fā)生裂縫現(xiàn)象。如養(yǎng)護(hù)不周、時(shí)干時(shí)濕，表面干縮形變受到內(nèi)部混凝土的約束，也往往導(dǎo)致裂縫。在鋼筋混凝土中，拉應(yīng)力主要是由鋼筋承擔(dān)，混凝土只是承受壓應(yīng)力。在素混凝土內(nèi)或鋼筋混凝土上的邊緣部位如果結(jié)構(gòu)內(nèi)出現(xiàn)了拉應(yīng)力，則須依靠混凝土自身承擔(dān)。一般設(shè)計(jì)中均要求不出現(xiàn)拉應(yīng)力或者只出現(xiàn)很小的拉應(yīng)力。但是在施工中混凝土由最高溫度冷卻到運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)期的穩(wěn)定溫度，往往在混凝土內(nèi)部引起相當(dāng)大的拉應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力出現(xiàn)不均時(shí)就會(huì)產(chǎn)生裂縫，因此掌握溫度應(yīng)力的變化規(guī)律對于進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工極為重要。

2 溫度應(yīng)力的分析

根據(jù)溫度應(yīng)力的形成過程可分為以下三個(gè)階段：

2.1 初期：澆筑混凝土開始至水泥放熱基本結(jié)束，一般約30天。這個(gè)階段的兩個(gè)特征，一是水泥放出大量的水化熱，二是混凝土上彈性模量的急劇變化。由于彈性模量的變化，這一時(shí)期混凝土內(nèi)形成殘余應(yīng)力。

2.2 中期：自水泥放熱作用基本結(jié)束時(shí)起至混凝土冷卻到穩(wěn)定溫度時(shí)止，這個(gè)時(shí)期中，溫度應(yīng)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(yīng)力與早期形成的殘余應(yīng)力相疊加，在些期間混凝土上的彈性模量變化不大。

2.3 后期：混凝土完全冷卻以后的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)期。溫度應(yīng)力主要是外界氣溫變化所引起，這些應(yīng)力與前兩種的殘余應(yīng)力相疊加。

根據(jù)溫度應(yīng)力引起的原因可分為兩類：

2.3.1 自生應(yīng)力：邊界上沒有任何約束或完全靜止的結(jié)構(gòu)，如果內(nèi)部溫度是非線性分布的，由于結(jié)構(gòu)本身互相約束而出現(xiàn)的溫度應(yīng)力。例如，混凝土壩澆筑時(shí)，混凝土冷卻時(shí)表面溫度低，內(nèi)部溫度高，在表面出現(xiàn)拉應(yīng)力，在中間出現(xiàn)壓應(yīng)力。

2.3.2 約束應(yīng)力：結(jié)構(gòu)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(yīng)力。如箱梁頂板混凝土和護(hù)欄混凝土。這兩種溫度應(yīng)力往往和混凝土的干縮所引起的應(yīng)力共同作用。要想根據(jù)已知的溫度準(zhǔn)確分析出溫度應(yīng)力的分布、大小是一項(xiàng)比較復(fù)雜性的工作。在大多數(shù)情況下，需要依靠模型試驗(yàn)或數(shù)值計(jì)算。混凝土的徐變使溫度應(yīng)力有相當(dāng)大的松馳，計(jì)算溫度應(yīng)力時(shí)，必須考慮徐變的影響，具體計(jì)算這里就不再細(xì)述。

3 如何控制溫度和防止裂縫的措施

為了防止裂縫，減輕溫度應(yīng)力可以從控制溫度和改善約束條件兩個(gè)方面著手。

控制溫度的措施如下：

3.1 采用改善骨料級配，在施工上，要求不得使用不符合設(shè)計(jì)的沙子、粗細(xì)骨料。

3.2 拌合混凝土?xí)r加冰塊或用水將碎石冷卻以降低混凝土的澆筑溫度。

3.3 大體積澆筑混凝土?xí)r減少澆筑厚度，利用澆筑層面散熱。

3.4 使用各種措施，降低混凝土。

3.5 規(guī)定合理的拆模時(shí)間，氣溫驟降時(shí)進(jìn)行表面保溫、養(yǎng)生、以免混凝土表面發(fā)生急劇的溫度梯度，控制合理的工期，避免過早拆模。

3.6 施工中長期暴露的混凝土澆筑表面或薄壁結(jié)構(gòu)，在寒冷季節(jié)采取保溫措施；雖說混凝土施工程中對溫度進(jìn)行了控制，但不可能都達(dá)到效果，往往還會(huì)出現(xiàn)不同程度的裂縫。這就是需要我們加強(qiáng)對施工的管理，從而防止裂縫。

以上對混凝土的施工溫度與裂縫之間的關(guān)系進(jìn)行了理論和實(shí)踐上的初步探討，雖然學(xué)術(shù)界對于混凝土裂縫的成因和計(jì)算方法有不同的理論，但對于具體的預(yù)防和改進(jìn)措施意見還是比較統(tǒng)一，同時(shí)在實(shí)踐中的應(yīng)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(xiàn)問題后多分析、多總結(jié)，結(jié)合多種預(yù)防處理措施,混凝土的裂縫是完全可以避免的。