淺談混凝土溫度應力裂縫防治

張斌程向紅

1石家莊建工集團有限公司（050000）2石家莊萬成民用建筑設計有限公司（050000）

設計與施工

淺談混凝土溫度應力裂縫防治

張斌1程向紅2

1石家莊建工集團有限公司（050000）2石家莊萬成民用建筑設計有限公司（050000）

這里對混凝土溫度裂縫產生的原因、現場混凝土溫度的控制和預防裂縫的措施等進行闡述。

混凝土；溫度應力；裂縫控制

混凝土在現代工程建設中占有重要地位。盡管施工中采取各種措施，小心謹慎，但裂縫仍然時有出現。

1 裂縫的原因

混凝土產生裂縫有多種原因，主要原因是溫度和濕度的變化，混凝土的脆性和不均勻性，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。

混凝土硬化期間水泥放出大量水化熱，內部溫度不斷上升，在表面引起拉應力。后期在降溫過程中，由于受到基礎或老混凝土的約束，又會在混凝土內部出現拉應力。氣溫的降低也會在混凝土表面引起很大的拉應力。當這些拉應力超出混凝土的抗裂能力時，即會出現裂縫。混凝土的內部濕度變化很小或變化較慢，但表面濕度可能變化較大或發生劇烈變化。如果養護不周、時干時濕，表面干縮形變受到內部混凝土的約束，也往往導致裂縫。混凝土是一種脆性材料,抗拉強度是抗壓強度的1／10左右,短期加荷時的極限拉伸變形只有（0.6～1.0）×104，長期加荷時的極限拉伸變形也只有（1.2～2.0）×104。由于原材料不均勻，水灰比不穩定，運輸和澆筑過程中出現離析現象，在同一塊混凝土中抗拉強度不均勻，存在著許多抗拉能力很低，因此，容易出現裂縫。在鋼筋混凝土中，拉應力主要是由鋼筋承擔，混凝土只是承受壓應力。在素混凝土內或鋼筋混凝土的邊緣部位，如果結構內出現了拉應力，則須依靠混凝土自身承擔。一般設計中均要求混凝土不出現拉應力或者只出現很小的拉應力。但是在施工中混凝土由最高溫度冷卻到正常溫度，往往在混凝土內部引起相當大的拉應力。有時溫度應力可超過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結構設計和施工極為重要。

2 溫度應力的分析

溫度應力的形成過程可分為以下三個階段：

1）早期：自澆筑混凝土開始至水泥放熱基本結束，一般約30d。這個階段有兩個特征，一是水泥放出大量的水化熱,二是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形成殘余應力。

2）中期：自水泥放熱作用基本結束時起至混凝土冷卻到穩定溫度時止。這個時期中，溫度應力主要是由于混凝土的冷卻及外界氣溫變化引起，并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的運轉時期。溫度應力主要是外界氣溫變化引起，這些應力與前兩種的殘余應力相疊加。

溫度應力引起的原因可分為兩類：

1）自生應力：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。例如，橋墩結構尺寸相對較大,混凝土冷卻時表面溫度低，內部溫度高，在橋墩表面出現拉應力，在中間出現壓應力。

2）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。例如，箱梁頂板混凝土和護欄混凝土。

這兩種溫度應力往往和混凝土的干縮引起的應力共同作用。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，在大多數情況下，需要依靠模型試驗或數值計算。計算溫度應力時，必須考慮徐變的影響。

3 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）熱天澆筑混凝土時減少澆筑厚度，利用澆筑層面散熱。

4）在混凝土中埋設水管，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。

為保證混凝土工程質量，防止混凝土裂縫，提高混凝土的耐久性，正確使用外加劑也是減少混凝土裂縫的措施之一。

4 混凝土的早期養護

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。寒冷地區的溫度驟降也容易形成裂縫。因此，混凝土的保溫對防止表面早期裂縫尤其重要。

從溫度應力觀點出發，保溫應達到下述要求：1）防止混凝土內外溫度差及混凝土表面梯度，防止表面裂縫。2）防止混凝土過冷，盡量使混凝土的施工期最低溫度不低于混凝土使用期的穩定溫度。3）防止老混凝土過冷，以減少新老混凝土間的約束。