混凝土溫度裂縫的產生與預防

山東省二炮青州士官學校 趙洪巖

混凝土溫度裂縫的產生與預防

山東省二炮青州士官學校 趙洪巖

一、溫度裂縫產生的原因

影響混凝土裂縫的溫度主要有外部溫度和內部溫度。混凝土外部溫度主要指氣候溫度，氣溫的變化會在混凝土表面引起很大的拉應力。混凝土內部溫度前后差別很大：前期內部溫度升高是由于混凝土硬化期間水泥釋放出大量的水化熱而造成的。內部溫度的不斷上升會在混凝土表面引起拉應力；在后期降溫過程中，由于受基礎或老混凝土的約束，又會在混凝土內部出現拉應力。當這些拉應力超出混凝土的抗裂能力時，即會出現裂縫。溫度裂縫多發生在混凝土表面或溫差變化較大地區的混凝土結構中。溫度裂縫的走向通常無一定規律，大面積結構裂縫常縱橫交錯；在梁板類長度尺寸較大的結構中，溫度裂縫多平行于短邊；深入和貫穿性的溫度裂縫一般與短邊方向平行或接近平行，裂縫沿著長邊分段出現，中間較密。裂縫寬度不一，受溫度變化影響較為明顯，冬季較寬，夏季較窄。高溫膨脹引起的混凝土裂縫通常是中間粗兩端細，而冷縮裂縫的粗細變化則不太明顯。溫度裂縫的出現會引起鋼筋的銹蝕和混凝土的碳化，降低混凝土的抗凍融、抗疲勞及抗滲能力等，從而對混凝土的耐久性和抗壓性產生不良影響。

混凝土是一種脆性材料，抗拉強度小，抗壓強度高，其抗拉強度是抗壓強度的1/10左右。由于原材料不均勻、水灰比不穩定及運輸和澆筑過程中存在離析現象等原因，因而同一塊混凝土中的抗拉強度也是不均勻的，存在許多抗拉能力低、易出現裂縫的薄弱部位。在鋼筋混凝土結構中，鋼筋主要承受拉應力，混凝土只承受壓應力。而在素混凝土內或鋼筋混凝土上的邊緣部位，如果結構內出現了拉應力，則須依靠混凝土自身承擔。因此，一般設計中均要求混凝土中不出現拉應力或者只出現很小的拉應力。但在施工中，混凝土由最高溫度冷卻到運轉時期的穩定溫度時，其內部往往存在相當大的拉應力，有時這種溫度應力甚至會超過其他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混凝土結構設計和施工極為重要。

二、溫度應力分析

1.溫度應力的形成。溫度應力的形成過程可分為以下三個階段：

（1）早期。即從在開始澆筑到水泥放熱基本結束。此期水泥會釋放出大量的水化熱，從而使混凝土彈性模量發生急劇變化，最終導致混凝土內部形成殘余應力。

（2）中期。中期自水泥放熱作用基本結束起，至混凝土冷卻到穩定溫度時為止。溫度應力主要是因混凝土的冷卻及外界氣溫變化所引起，這些應力會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。混凝土完全冷卻以后，溫度應力主要由外界氣溫變化所引起，這些應力與前兩種的殘余應力相疊加。

2.溫度應力的分類。溫度應力可分為兩類：

（1）自生應力。自生應力是指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。

（2）約束應力。約束應力是指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。

因此，施工中要根據已知的溫度，盡量準確地分析出溫度應力的分布、大小，采取有效措施進行控制，減少溫度應力引起的裂縫，保證混凝士的耐久性和抗壓強度。

三、預防措施

1.溫度控制措施。工程措施中常見的溫度控制措施有：

（1）改善混凝土配方。可采用改善骨料級配、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）拌和混凝土時加水冷卻。拌和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）夏季散熱。熱天澆筑混凝土時，要減少澆筑厚度，利用澆筑層面散熱。

（4）通水降溫。在混凝土中埋設水管，通入冷水降溫。

（5）合理拆模。規定合理的拆模時間，氣溫驟降時要進行表面保溫，以免形成溫度梯度。

（6）冬季保溫。寒冷季節，對于施工中長期暴露的混凝土澆筑塊表面或薄壁結構，應采取適當的保溫措施。

2.養護措施。混凝土澆筑完成后，應加強養護，避免溫度裂縫的形成。常用的養護措施有：

（1）早期養護。混凝土澆筑完成后，要及時用濕潤的草簾、麻片等覆蓋，并注意灑水養護，可適當延長養護時間，保證混凝土表面緩慢冷卻。

（2）冬季養護。冬季施工時，要適當延長混凝土保溫覆蓋時間，并涂刷養護劑養護。

（3）夏季養護。在高溫和大風天氣，要設置遮陽和擋風設施，并及時覆蓋和灑水保濕。

此外，合理地分縫分塊、避免基礎過大起伏、安排好施工工序等，也是保證混凝土工程質量，提高混凝土耐久性、減少混凝土裂縫的必要措施。