淺談混凝土的溫度裂縫與控制

榮強(qiáng) 張玉賓 王會

河北省第四建筑工程有限公司（050000）

淺談混凝土的溫度裂縫與控制

榮強(qiáng) 張玉賓 王會

河北省第四建筑工程有限公司（050000）

這里對混凝土溫度裂縫產(chǎn)生的原因、現(xiàn)場混凝土溫度的控制和預(yù)防裂縫的措施等進(jìn)行闡述。

混凝土；溫度應(yīng)力；裂縫；控制

在大體積混凝土中，溫度應(yīng)力及溫度控制具有重要意義。這主要是由于以下兩方面的原因：首先，在施工中混凝土常常出現(xiàn)溫度裂縫，影響到結(jié)構(gòu)的整體性和耐久性。其次，在運轉(zhuǎn)過程中，溫度變化對結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)具有顯著的不容忽視的影響。

1 裂縫產(chǎn)生的原因

混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫的原因很多，主要原因有溫度和濕度的變化、混凝土的脆性和不均勻性、結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理、原材料不合格（如堿骨料反應(yīng)）、配合比不合理、模板變形、基礎(chǔ)不均勻沉降等。

混凝土硬化期間水泥放出大量水化熱，使內(nèi)部溫度不斷上升，當(dāng)溫度達(dá)到高峰后，由于環(huán)境溫度較低，混凝土溫度開始下降，在降溫過程中混凝土發(fā)生收縮。在約束條件下，當(dāng)混凝土溫度收縮變形大于極限拉伸變形時，容易發(fā)生開裂，稱之為溫度裂縫。還有另一種溫度裂縫是由于混凝土內(nèi)外溫差引起的。例如，混凝土遭受寒潮侵襲，或夏天混凝土遭受陽光暴曬后突然下雨，都會使混凝土內(nèi)部與表層產(chǎn)生很大的溫差?；炷帘韺訙囟认陆?，而內(nèi)部溫度基本不降，內(nèi)部混凝土對表層混凝土起約束作用，也會導(dǎo)致溫度裂縫的發(fā)生?；炷潦且环N脆性材料，由于原材料不均勻，水灰比不穩(wěn)定，運輸和澆筑過程中出現(xiàn)離析，在同一塊混凝土中其抗拉強(qiáng)度又是不均勻的,存在著許多抗拉能力很低、易于出現(xiàn)裂縫的薄弱部位。在鋼筋混凝土中，拉應(yīng)力主要是由鋼筋承擔(dān)，混凝土只是承受壓應(yīng)力。在素混凝土內(nèi)或鋼筋混凝上的邊緣部位，如果結(jié)構(gòu)內(nèi)出現(xiàn)了拉應(yīng)力，則須依靠混凝土自身承擔(dān)。一般設(shè)計中均要求不出現(xiàn)拉應(yīng)力或者只出現(xiàn)很小的拉應(yīng)力，但是在施工中混凝土由最高溫度冷卻到運轉(zhuǎn)時期的穩(wěn)定溫度,往往在混凝土內(nèi)部引起相當(dāng)大的拉應(yīng)力。有時溫度應(yīng)力可超過其他外荷載所引起的應(yīng)力，因此掌握溫度應(yīng)力的變化規(guī)律對于進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工非常重要。

2 溫度應(yīng)力的分析

根據(jù)溫度應(yīng)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(jié)束。這個階段有兩個特征,一是水泥放出大量的水化熱，二是混凝上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(nèi)形成殘余應(yīng)力。2）中期：自水泥放熱作用基本結(jié)束時起至混凝土冷卻到穩(wěn)定溫度時止。這個時期，溫度應(yīng)力主要是由于混凝土的冷卻及外界氣溫變化引起的，這些應(yīng)力與早期形成的殘余應(yīng)力相疊加，在此期間混凝上的彈性模量變化不大。3）晚期：混凝土完全冷卻以后的運轉(zhuǎn)時期。溫度應(yīng)力主要是外界氣溫變化所引起，這些應(yīng)力與前兩種的殘余應(yīng)力相疊加。

3 溫度的控制和防止裂縫的措施

為了防止混凝土溫度裂縫，減輕溫度應(yīng)力可以從控制溫度和改善約束條件兩個方面著手。

3.1 控制溫度的措施

1）改善骨料級配。骨料最好選用河砂、河卵石，適當(dāng)提高粗骨料用量，摻粉煤灰等混合料，加引氣劑等，以減少混凝土中的水泥用量，特別是選用中、低熱水泥。2）拌合混凝土?xí)r加水，或用水將碎石冷卻，以降低混凝土的澆筑溫度。3）天氣較熱時，澆筑混凝土?xí)r減少澆筑厚度，利用澆筑層面散熱。4）在混凝土中埋設(shè)水管，通入冷水降溫。5）規(guī)定合理的拆模時間，氣溫驟降時進(jìn)行表面保溫，以免混凝土表面發(fā)生急劇的溫度變化。6）施工中長期暴露的混凝土澆筑塊表面或薄壁結(jié)構(gòu)，在寒冷季節(jié)及時采取保溫措施。

3.2 改善約束條件的措施

1）混凝土合理地分縫分塊施工。2）基礎(chǔ)等大體積混凝土避免過大起伏。3）合理的安排施工工序，避免過大的高差和側(cè)面長期暴露。

為保證混凝土工程質(zhì)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。

減水防裂劑對控制混凝土裂縫的主要作用：1）混凝土中存在大量毛細(xì)孔道，水蒸發(fā)后毛細(xì)管中產(chǎn)生毛細(xì)管張力，使混凝土干縮變形。增大毛細(xì)孔徑可降低毛細(xì)管表面張力,但混凝土強(qiáng)度也會降低。這個表面張力理論早在20世紀(jì)60年代就已被國際上確認(rèn)。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）水泥用量也是影響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(qiáng)度的條件下可減少15%的水泥用量，其體積用骨料來補(bǔ)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黏結(jié)力，提高混凝土抗裂性能。6）混凝土在收縮時受到約束產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力大于混凝土抗拉強(qiáng)度時裂縫就會產(chǎn)生。減水防裂劑可有效地提高混凝土抗拉強(qiáng)度，大幅提高混凝土的抗裂性能。7）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。8）摻減水防裂劑后混凝土緩凝時間適當(dāng)，在有效防止水泥迅速水化放熱基礎(chǔ)上，避免因水泥長期不凝而帶來的塑性收縮增加。9）摻外加劑混凝土和易性好，表面易抹平，形成微膜，減少水分蒸發(fā)，減少干燥收縮。

許多外加劑都有緩凝、增加和易性、改善塑性的功能，我們在工程實踐中應(yīng)多進(jìn)行這方面的試驗對比和研究，比單純靠改善外部條件，可能會更加簡捷、經(jīng)濟(jì)。