探析混凝土溫度裂縫的成因及控制措施

溫度控制在混凝土施工和養護中都是之分重要的部分。本文就混凝土溫度裂縫的類型以及成因進行了分析，并對溫度裂縫的控制對策進行了探討。

混凝土在現代工程建設中占有重要地位。而在今天，混凝土的裂縫較為普遍，在橋梁工程中裂縫幾乎無所不在。盡管我們在施工中采取各種措施，小心謹慎，但裂縫仍然時有出現。究其原因，我們對混凝土溫度應力的變化注意不夠是其中之一。 在大體積混凝土中，溫度應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溫度裂縫，影響到結構的整體性和耐久性。其次，在運轉過程中，溫度變化對結構的應力狀態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。

大體積混凝土溫度裂縫的類型

混凝土結構物的裂縫可分為微觀裂縫和宏觀裂縫。微觀裂縫主要有三種，一是骨料和水泥石粘合面上的裂縫，稱為粘著裂縫；第二是水泥石自身的裂縫，稱為水泥石裂縫；三是骨料本身裂縫，稱為骨料裂縫。微觀裂縫在混凝土結構中的分布是不規則，不貫通的，并且肉眼看不見。宏觀裂縫是由微觀裂縫擴展而來的。溫度，作為一種變形作用，在混凝土結構中引起的裂縫有表面裂縫和貫穿裂縫兩種。這兩種裂縫在不同程度上都屬于有害裂縫。由于高層建筑、高聳結構物和大型設備基礎大量的出現，大體積混凝土也被廣泛采用，大體積混凝土結構的溫度裂縫日益成為建筑工程技術人員面臨的技術難題。

大體積混凝土溫度裂縫的成因

1. 溫度變化引起變形：在大體積混凝土工程施工中，由于水泥水化熱引起混凝土澆筑內部溫度和溫度應力劇烈變化。實際混凝土內部的最高溫度多數發生在混凝土澆筑的最初3到5天，隨著混凝土齡期的增長，溫度逐漸下降，而彈性模量增高，因此混凝土內部降溫收縮的約束也就愈來愈大，以致產生很大的拉應力，當混凝土的抗拉強度不足以抵抗這種應力時，開始出現溫度裂縫。

2. 變形受到約束，引起應力：當大體積混凝土澆筑在基巖或老混凝土上時，由于基巖（或老混凝土）的壓縮模量（或彈性模量）較高，混凝土溫度變化所產生的變形受到基巖（或老混凝土）的約束，而在新澆混凝土內部形成溫度應力，在升溫階段，約束阻止新澆混凝土的溫度膨脹變形，在混凝土內形成壓應力。而在降溫階段，新澆混凝土收縮（降溫收縮與干縮）因存在較強大的地基或基礎的約束而不能自由收縮，在新澆混凝土內形成拉應力。

3. 應力超過了混凝土的抗拉強度，導致裂縫的產生：混凝土早期抗拉強度是很低的。值得注意的是隨著水泥標號的提高，水泥用量的不斷增加，抗拉強度也會相應增加。另外，由于水化熱的影響，1天齡期的小試件強度可比實際大尺寸構件中的強度低50%，也就是說導致混凝土構件的早期強度降低；而28天齡期的小試件強度則可比實際構件強度高30%；也就是說對設計而言不安全。因此這也是要限制最高溫度的一個原因。

4. 外界氣溫變化的影響大體積混凝土在施工期間，外界氣溫變化的影響也很大。混凝土的內部溫度是澆筑溫度、水化熱的絕熱溫升和結構散熱降溫等各種溫度的疊加之和，外界氣溫愈高，混凝土的結構溫度也愈高，如外界溫度下降，會增加混凝土的降溫幅度，特別是在外界氣溫驟降時，會增加外層混凝土與內部混凝土的溫度梯度。溫度應力是由溫差引起的變形造成的，溫差愈大，溫度應力也愈大。在高溫條件下，大體積混凝土不易散熱，混凝土內部的最高溫度可達60℃，并且有較大的延續時間。在這種情況下研究合理的溫度控制措施，防止混凝土內外溫差引起的過大溫度應力顯得更為重要。

5. 混凝土的收縮變形混凝土收縮變形引起的溫度應力大于混凝土的抗拉強度時，就會產生裂縫，因此混凝土的收縮也是引起裂縫不可忽視的因素。

溫度的控制和防止裂縫的措施

為了防止裂縫，減輕溫度應力可以從控制溫度和改善約束條件兩個方面著手。控制溫度的措施如下：（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）熱天澆筑混凝土時減少澆筑厚度，利用澆筑層面散熱；（4）在混凝上中埋設水管，通入冷水降溫；（5）規定合理的拆模時間，氣溫驟降時進行表面保溫，以免混凝土表面發生急劇的溫度梯度；（6）施工中長期暴露的混凝土澆筑塊表面或薄壁結構，在寒冷季節采取保溫措施；改善約束條件的措施是：①合理地分縫分塊；②避免基礎過大起伏；③合理的安排施了工序，避免過大的高差和側面長期暴露。此外，改善混凝土的性能，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是十分重要，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，因此施廠中應以預防貫穿性裂縫的發生為主。

在混凝土的施工中，為了提高模板的周轉率，往往要求新澆筑的混凝土盡早拆模。當混凝土：溫度高于氣溫時應適當考慮拆模時間，以免引起混凝土表面的早期裂縫。

加筋對大體積混凝土的溫度應力影響很小，因為人體積混凝土的含筋串極低。只是對一般鋼筋混凝上有影響。在溫度不太高及應力低于屈服極限的條件下，鋼的各項性能是穩定的，而與應力狀態、時間及溫度無關。鋼的線脹系數與混凝上線脹系數相差很小，在溫度變化時兩者間只發牛很小的內應力，由于鋼的彈性模量為混凝土彈性模量的7～15倍，當內混凝土應達到杭拉強度而開裂時，鋼筋的應力將不超過100～200kg/em2。因此，在混凝土想要利用鋼筋來防止細小裂縫的出現很困難。

為保證混凝土工程質量，防止開裂，提高混凝土的耐久性，正確使用外加劑也是減少開裂的措施之一。例如使用減水防裂劑，筆者在實踐中總結出其主要作用為：

（1）混凝土中存在大量毛細孔道，水蒸發后毛細管中產生毛細管張力，使混凝土干縮變形。增大毛細孔徑可降低毛細管表面張力，但會使混凝土強度降低。這個表面張力理論早在六十年代就已被國際上所確認。（2）水灰比是影響混凝土收縮的重要因素，使用減水防裂劑可使混凝土用水量減少25%。（3）水泥用量也是混凝土收縮率的重要因素，摻加減水防裂劑的混凝土在保持混凝土強度的條件下可減少15%的水泥用量，其體積用增加骨料用量來補充。（4）減水防裂劑可以改善水泥漿的稠度，減少混凝土泌水，減少沉縮變形。（5）提高水泥漿與骨料的粘結力，提高的混凝土抗裂性能。（6）摻加外加劑可使混凝土密實性好，可有效地提高混凝土的抗碳化性，減少碳化收縮。（7）摻減水防裂劑后混凝土緩凝時間適當，在有效防止水泥迅速水化放熱基礎上，避免因水泥長期不凝而帶來的塑性收縮增加。（8）摻外加劑混凝土和易性好，表面易摸平，形成微膜，減少水分蒸發，減少于燥收縮。

（作者單位：沈陽山盟建設集團有限公司）