淺談混凝土工程中溫度裂縫的成因及防治措施

吳小鋼

（江蘇金堰交通工程有限公司，江蘇 泰州 225500）

混凝土建筑和構件通常都是帶縫工作的，由于裂縫的存在和發展通常會使內部的鋼筋等材料產生腐蝕，降低鋼筋混凝土材料的承載能力、耐久性及抗滲能力，影響建筑物的外觀、使用壽命，嚴重者將會威脅到人們的生命和財產安全。大量的混凝土工程實踐證明，在混凝土工程中裂縫問題是不可避免的，在一定的范圍內也是可以接受的，只是要采取有效的對策將其危害程度控制在一定的范圍之內。在施工中應盡量采取有效措施控制裂縫產生，使結構盡可能不出現裂縫或盡量減少裂縫的數量和寬度，尤其要盡量避免有害裂縫的出現，從而確保工程質量。

混凝土裂縫產生的原因很多，有變形引起的裂縫∶如溫度變化、收縮、膨脹、不均勻沉陷等原因引起的裂縫；有外載作用引起的裂縫；有養護環境不當和化學作用引起的裂縫等等。本文主要針對溫度裂縫的預防與處理作淺要探討，供工程界同行參考。

1 溫度裂縫的成因

混凝土一般是由砂、石、水泥、水及其他外加劑(必要時)混合而形成的非均質脆性材料。由于在混凝土結構物的施工過程中，歷經投料、攪拌、運輸、澆筑、振搗等諸多工序加之組成材料自身的差異以及外界條件的不確定性，多方面不利因素的疊加組合，使得硬化后的混凝土存在著孔隙、氣孔、微裂紋等先天缺陷。當混凝土受溫差影響時，內部會產生應力，而應力的重新分布會使得缺陷部分產生應力集中，從而導致缺陷的不斷擴展和連通，最終形成我們肉眼可見的宏觀裂縫。

溫度裂縫產生的實質是由于溫差使混凝土表面產生拉應力，在拉應力的作用下表面破壞表現為裂縫。溫差產生的因素一般分為內部和外部因素。

內部因素溫差多發生在大體積混凝土表面?；炷翝仓螅谟不^程中，水泥水化產生大量的水化熱。由于混凝土的體積較大，大量的水化熱聚積在混凝土內部不易散發，導致內部溫度急劇上升，而混凝土表面散熱較快，這樣就形成內外的較大溫差，較大的溫差造成內部與外部熱脹冷縮的程度不同，使混凝土表面產生一定的拉應力。當拉應力超過混凝土的抗拉強度極限時，混凝土表面就會產生裂縫，這種裂縫多發生在混凝土施工中后期。外部因素溫差多發生在溫差變化較大地區或時段的混凝土結構中，在混凝土的施工中當溫差變化較大，或者是混凝土受到寒潮的襲擊等，會導致混凝土表面溫度急劇下降，而產生收縮。表面收縮的混凝土受內部混凝土的約束，將產生很大的拉應力而產生裂縫，這種裂縫通常只在混凝土表面較淺的范圍內產生。

溫度裂縫的走向通常無一定規律，大面積結構裂縫?？v橫交錯；梁板類長度尺寸較大的結構，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。裂縫寬度大小不一，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溫度裂縫通常是中間粗兩端細，而冷縮裂縫的粗細變化不太明顯。此種裂縫的出現會引起鋼筋的銹蝕，混凝土的碳化，從而降低混凝土的抗凍融、抗疲勞及抗滲能力等。

2 溫度裂縫的防治措施

目前國內外一般都采用設置永久伸縮縫、后澆帶、隔段分別澆筑等方法來釋放溫度和收縮應力，以控制裂縫的開展。大多數國家伸縮縫的間距為30～40m，個別國家則定為10～20m。我國現行橋梁規范（JTG／T F50-2011）規定∶混凝土中配有構造鋼筋的現澆式結構，其伸縮縫的最大間距為30m。以上幾種方法的優點是符合設計規范要求，但施工相當麻煩，并在一定程度上影響工程進度和受力狀態。除此以外，還有一種薄層澆筑混凝土的方法，就是將大截面的混凝土橫向分成0.75～1.50m左右的厚度進行水平分層澆筑混凝土，每層間隔時間有的5～7d，有的多達15d以上。這樣做的好處是可以利用分層，易于散熱來加速降低混凝土內部的溫度，減少內部溫差，但不利的分層澆筑將使上層后澆的混凝土受到下層先澆混凝土的很大約束作用，反而促使裂縫更易開展。

為了防止裂縫開展，應著重控制混凝土凝固期的溫升，在溫度應力方面采取一些技術措施，但這些措施不是孤立的，必須結合實際全面考慮，合理采用，才能收到防止裂縫的效果。

2.1 在設計上采取的措施

將大體積混凝土結構解體、分塊，在大體積混凝土結構的適當部位設置施工寬縫以減少在施工期產生的溫度應力；或在結構容易產生裂縫的部位設置施工寬縫，等混凝土穩定達到一定的強度或沉降穩定后，用提高一級膨脹混凝土將施工寬縫封住。

設計取低標號混凝土以減少水泥用量。

混凝土與鋼管混凝土的裂縫一般均由拉應力引起，即使是軸向受壓荷載的結構物，其內部也可能存在劈拉應力，容易引起裂縫。在混凝土結構中適當配置防裂鋼筋和構造鋼筋，對溫度應力或收縮應力，都能提高結構的抗裂性。

可以在裂縫易發生部位如孔洞周圍以及轉角處布置一些斜筋，從而讓鋼筋代替混凝土承擔拉應力，這樣可以有效的控制裂縫的發展。為了避免裂縫的出現，在設計中利用中低強度的水泥充分利用混凝土的后期強度,在工程結構設計中要特別注意降低結構的約束度。對于混凝土中鋼筋保護層的厚度應當盡量取較小值，因為保護層的厚度愈大愈容易發生裂縫。

工程實踐表明，在相同的配筋率下，選擇較細的鋼筋，防止混凝土開裂的效果會更好。

在越長越寬的大體積施工圖設計中，設計院設計有變形縫、后澆帶等施工縫，實際上是為防止混凝土結構因溫度變化而必須設置的構造縫，這種方法在施工中常見。它的最大優點是∶減少整體結構縱向拉應力過大而產生裂縫，其缺點是設置變形縫、后澆帶給施工帶來諸多麻煩，但總體看來，利大于弊，混凝土裂縫得到有效控制。

2.2 溫度裂縫的預防措施

溫度裂縫的預防要在原材料選擇、配合比合理設計、施工工藝改進、養護工藝合理化、溫度時段優選、技術方案優化等多方面采取措施。

1）原材料選擇∶盡量選用低熱或中熱水泥，如礦渣水泥、粉煤灰水泥等。

2）配合比合理設計∶減少水泥用量，將水泥用量盡量控制在450kg／m3以下；降低水膠比，一般混凝土的水膠比控制在0.6以下；改善骨料級配，摻加粉煤灰或高效減水劑等來減少水泥用量，降低水化熱；在混凝土中摻加一定量的具有減水、增塑、緩凝等作用的外加劑，改善混凝土拌合物的流動性、保水性，降低水化熱，推遲熱峰的出現時間。

3）施工工藝改進∶改善混凝土的攪拌加工工藝；在傳統的“三冷技術”的基礎上采用“二次風冷”新工藝，降低混凝土的澆筑溫度；高溫季節澆筑時可以采用搭設遮陽板等輔助措施控制混凝土的溫升，降低澆筑混凝土的溫度；對大體積混凝土要合理安排施工工序，分層、分塊澆筑，以利于散熱和減小約束；在大體積混凝土內部設置冷卻管道，通冷水或者冷氣冷卻，減小混凝土的內外溫差。

4）養護工藝合理化∶加強混凝土養護，混凝土澆筑后，及時用濕潤的草簾、麻片等覆蓋，并注意灑水養護，適當延長養護時間，保證混凝土表面緩慢冷卻。在寒冷季節，混凝土表面應設置保溫措施，以防止寒潮襲擊。

5）溫度時段優選∶對特殊結構，如橋梁合攏段，應在低溫時段施工。

6）技術方案優化∶加強混凝土溫度的監控，及時采取冷卻、保護措施；預留溫度收縮縫；減小約束，澆筑混凝土前宜在基巖和老混凝土上鋪設5mm左右的砂墊層或使用瀝青等材料涂刷；混凝土中配置少量的鋼筋或者摻人纖維材料將混凝土的溫度裂縫控制在一定的范圍之內。

2.3 溫度裂縫的處理

混凝土裂縫的處理措施主要有以下一些方法∶表面修補法，灌漿、嵌逢封堵法，混凝土置換法，電化學防護法，仿生自愈合法等。其中前兩種方法運用較多?，F簡述如下∶

1）表面修補法:表面修補法是一種簡單、常見的修補方法，通常的處理措施是在裂縫的表面涂抹水泥漿、環氧膠泥或在混凝土表面涂刷油漆、瀝青等防腐材料，在防護的同時為了防止混凝土受各種作用的影響繼續開裂，通?？梢圆捎迷诹芽p的表面粘貼玻璃纖維布等措施。

2）灌漿、嵌逢封堵法:灌漿法主要適用于對結構整體性有影響或有防滲要求的混凝土裂縫的修補，它是利用壓力設備將膠結材料壓入混凝土的裂縫中，膠結材料硬化后與混凝土形成一個整體，從而起到封堵加固的目的。常用的膠結材料有水泥漿、環氧樹脂、甲基丙烯酸酯、聚氨酯等化學材料。

嵌縫法是裂縫封堵中最常用的一種方法，它通常是沿裂縫鑿槽，在槽中嵌填塑性或剛性止水材料，以達到封閉裂縫的目的。常用的塑性材料有聚氯乙烯膠泥、塑料油膏、丁基橡膠等等；常用的剛性止水材料為聚合物水泥砂漿。

3）混凝土置換法:混凝土置換法是處理嚴重損壞混凝土的一種有效方法，此方法是先將損壞的混凝土剔除，然后再置換入新的混凝土或其他材料。常用的置換材料有∶普通混凝土或水泥砂漿、聚合物或改性聚合物混凝土或砂漿。

4）電化學防護法:電化學防腐是利用施加電場在介質中的電化學作用，改變混凝土或鋼筋混凝土所處的環境狀態，鈍化鋼筋，以達到防腐的目的。陰極防護法、氯鹽提取法、堿性復原法是化學防護法中常用而有效的3種方法。

5）仿生自愈合法:仿生自愈合法是一種新的裂縫處理方法，它模仿生物組織對受創傷部位自動分泌某種物質，而使創傷部位得到愈合的機能，在混凝土的傳統組分中加入某些特殊組分(如含粘結劑的液芯纖維或膠囊)，在混凝土內部形成智能型仿生自愈合神經網絡系統，當混凝土出現裂縫時分泌出部分液芯纖維可使裂縫重新愈合。

3 結束語

雖然混凝土易產生溫度裂縫和收縮裂縫，但只要在設計、施工工藝、材料選擇及養護過程中能夠精細化考慮，并及時采取合理的處治措施，就能避免或減少裂縫的出現。在工程建設實踐中應做到∶

1）在混凝土施工時要全面和有針對性的考慮施工方案，盡可能利用國內較先進的施工技術及控制方法。

2）要做充分的施工準備，把影響質量的關鍵問題量化、細化、分解到具體措施上。

3）材料控制及檢測要規范，在施工過程中嚴格按技術方案要求執行，操作和指揮一致，實施和檢查一致。

4）應分析裂縫產生的具體原因，判斷其擴展趨向，采用合理的處治方法。

溫度裂縫是混凝土結構中普遍存在的一種現象。對于這種現象，工程界一直在進行研究和探討，也提出了許多有見地的處治措施。在施工實踐中，只要我們堅持做到科學規范，精心組織，充分考慮多種因素的影響，積極地采取預防措施，發現問題后及時采用針對性的處理方案，使它的產生及其不利影響降低到最小的程度，就一定能較好地解決溫度裂縫這種常見的質量通病，從而保證工程質量。

［1］劉松,鄧波,裴炳志,等.荊岳長江公路大橋南塔承臺大體積混凝土溫度裂縫控制[J].施工技術,2008,37(12):49-51.

［2］李有江,劉瑞榮.大體積混凝土的溫控防裂[J].內蒙古煤炭經濟,2006(4).

［3］梁平.大體積混凝土裂縫成因及處理措施[J].技術與市場,2011(7).

［4］胡楊,凌永重.橋梁混凝土裂縫成因及加固方法[J].揚州大學學報:工程研究與實踐,2013(5).