淺談混凝土的裂縫及控制措施

范忠磊

【摘 要】我公司主要從事冶金工業建設，混凝土工程尤其是大體積混凝土基礎十分普遍，通過多年的現場觀察，積累，查閱有關混凝土內部應力方面的專著，對混凝土裂縫產生的原因，現場溫度控制及預防裂縫的措施進行闡述。

【關鍵詞】混凝土；溫度應力；裂縫；控制

混凝土是以膠凝材料、水、細骨料、粗骨料需要時加入外加劑和礦物摻和料，按適當比例配合經過均勻拌制，密實成型及養護硬化而成的人工石材。在現代工程建設中，占有十分重要的地位，而混凝土的裂縫幾乎無處不在，成為我們現場施工技術人員十分關注的一項內容。

一、裂縫產生原因

混凝土結構物的裂縫可分為微觀裂縫和宏觀裂縫，微觀裂縫肉眼看不見，主要有三種：一骨料與水泥石結合面上的裂縫，稱粘著裂縫；二是水泥石中自身裂縫；三骨料本身裂縫。微觀裂縫是不規則的，不貫通的。宏觀裂縫是由微觀裂縫擴展而來的。因此混凝土結構中裂縫是絕對存在的。本文主要是指宏觀裂縫。

混凝土結構物的宏觀裂縫產生原因主要有三種：一是由外荷載引起的，發生最為普遍。即按常規計算的主要應力引起的。二結構次應力引起的裂縫是由于結構的實際工作狀態與計算假設模型的差異引起的。三是變形應力引起的裂縫由溫度、收縮膨脹、不均勻沉降等引起結構變形。當變形受到約束時便產生應力。當此應力超過混凝土的抗拉強度時就產生裂縫。

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上的約束，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，當這些拉應力超過混凝土的抗裂能力時，即會出現裂縫，這些往往都是表面裂縫。對于大體積混凝土結構施工，當混凝土澆筑體邊界無約束時（如底、頂板頂面），在早期水化熱溫度迅速升高階段，由于混凝土內、外散熱條件不同，形成溫度梯度，表面受拉，內部受壓。當拉應力超過混凝土抗拉強度時，混凝土表面就產生裂縫。在混凝土的降溫階段，混凝土的溫差引起的變形加上混凝土的體積收縮變形，受到地基和結構邊界條件的約束時，在澆筑體中央斷面產生內部拉應力，當該拉應力超過混凝土抗拉強度時，混凝土整個截面就產生貫穿裂縫。因此掌握溫度應力變化規律對于進行合理的結構設計和施工極為重要。

二、溫度應力分析

（一）根據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30天，這個階段有兩個特征一是水泥放出大量水化熱，二是混凝土彈性模量急劇變化，由于彈性模量的變化，這一時期混凝土內形成殘余應力，此時混凝土主要產生塑性收縮，溫度收縮變形。

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溫度變化引起的，這些應力與早期形成的殘余應力相疊加，在此期間混凝土彈性模量變化不大，此時混凝土產生溫度收縮、自收縮變形。

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的，這些應力與前兩種殘余應力相疊加。此時混凝土主要產生干燥收縮變形。

（二）根據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。如大體積混凝土基礎，結構尺寸較大，混凝土冷卻時表面溫度低，內部溫度高，在表面出現拉應力，在中間出現壓應力。

2.約束應力

結構全部或部分邊界受到外界約束，不能自由變形而引起的應力，如頂板混凝土，護欄混凝土。

這兩種溫度應力往往和混凝土干縮所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，混凝土的徐變使溫度應力有相當大的松弛，計算溫度應力時必須考慮徐變的影響。

三、溫度控制和防止裂縫的措施

為防止混凝土裂縫，減輕溫度應力可以從控制溫度和改善約束條件兩方面入手：

（一）降低水化熱和變形

首先從材料選用上用低水化熱的水泥品種配置混凝土，利用混凝土的后期強度減少水泥用量，選用粒徑較大，級配良好的粗細骨料，控制含泥量，摻加相應的粉煤灰和外加劑，改善和易性，降低水灰比。其次在混凝土中預埋冷卻水管，通入冷卻水強制降低混凝土水化熱溫度，另外大體積混凝土中可以加入不超過20%的大石塊以減少混凝土用量。最后可以設置溫度筋和后澆帶，利于散熱和降低混凝土內部溫度。

（二）降低混凝土溫差，加強施工中溫度控制

首先選用合適的氣溫澆筑大體積混凝土，避開熱天。夏天可用低溫水或冰水攪拌混凝土，對骨料進行強冷，運輸工具遮蓋等以降低混凝土入模溫度，另外改善混凝土模內通風，加速混凝土熱量散發。其次澆筑后做好混凝土保溫保濕養護，緩緩降溫，充分發揮徐變特性，降低溫度應力，夏季注意暴曬，冬期注意保溫覆蓋，以免發生急劇的溫度梯度，采取長時間養護，規定合理的拆模時間，延緩降溫時間和速度，充分發揮混凝土的“應力松弛效應”。最后加強測溫管理工作，混凝土灌入后在升溫階段，用點式測溫計每隔2h測量一次混凝土內部各點、混凝土表面、循環水進出水溫度。

（三）改善約束條件，削減溫度應力

采用分層或分塊澆筑大體積混凝土，合理設置水平，垂直施工縫，在適當位置設置后澆帶，放松約束程度，減少每次澆筑長度的蓄熱量，防止水化熱積聚，減少溫度應力。采用二次投料，二次振搗法，澆筑后及時排除表面積水，提高混凝土早期抗拉強度和彈性模量，另外在大體積混凝土中設溫度配筋，在截面突變處、轉折處、洞口邊增加斜向構造配筋，改善應力集中，防止裂縫出現。

此外，改善混凝土的性能，提高抗裂能力，合理選定拆模時間，與墊層間設滑動層，特別是保證混凝土質量對防止裂縫十分重要。應特別注意避免產生貫通裂縫，出現后要在恢復其整體性是十分困難的。

四、結束語

混凝土結構裂縫的發生的原因很復雜也是不可避免的，混凝土裂縫的防治重點在于“防”，而不在于“治”在采取了上述綜合性控制措施后，由于各種原因仍可能有少量的混凝土裂縫發生。當這些裂縫發生后，必須先查明裂縫產生的原因，判明裂縫的類型，才能選擇正確的處理方法，同時要通過合理設計混凝土配合比、正確選用原材料、合理設計建筑結構、加強施工監控、嚴格遵守施工技術規程、提高施工技術水平，這樣才有可能最大程度減少混凝土裂縫的產生，把裂縫寬度控制在設計范圍內，盡量減少裂縫造成的危害。

參考文獻：

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