【摘要】作者通過多年的現(xiàn)場觀察，并查閱有關(guān)混凝土內(nèi)部應(yīng)力方面的專著，擬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)防裂縫的措施進行等方面進行闡述。

【關(guān)鍵詞】混凝土；溫度應(yīng)力；裂縫；控制

【中圖分類號】TU528.37【文獻標識碼】A【文章編號】1005-1074(2009)04-0217-01

1裂縫形成的原因

混凝土中產(chǎn)生裂縫有多種原因，例如溫度和濕度的變化，混凝土的脆性和不均勻性，以及結(jié)構(gòu)不合理，原材料不合格（如堿骨料反應(yīng)），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，內(nèi)部溫度不斷上升，在表面引起拉應(yīng)力。后期在降溫過程中，由于受到基礎(chǔ)或老混凝上的約束，又會在混凝土內(nèi)部出現(xiàn)拉應(yīng)力。氣溫的降低也會在混凝土表面引起很大的拉應(yīng)力。當這些拉應(yīng)力超出混凝土的抗裂能力時，即會出現(xiàn)裂縫。許多混凝土的內(nèi)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(fā)生劇烈變化。如養(yǎng)護不周、時干時濕，表面干縮形變受到內(nèi)部混凝土的約束，也往往導(dǎo)致裂縫。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)部引起相當大的拉應(yīng)力。有時溫度應(yīng)力可超過其它外荷載所引起的應(yīng)力，因此掌握溫度應(yīng)力的變化規(guī)律對于進行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工極為重要。

2溫度應(yīng)力的成因分析

根據(jù)溫度應(yīng)力的形成原因可以將其分為兩類：①自生應(yīng)力：邊界上沒有任何約束或完全靜止的結(jié)構(gòu)，如果內(nèi)部溫度是非線性分布的，由于結(jié)構(gòu)本身互相約束而出現(xiàn)的溫度應(yīng)力。例如，橋梁墩身，結(jié)構(gòu)尺寸相對較大，混凝土冷卻時表面溫度低，內(nèi)部溫度高，在表面出現(xiàn)拉應(yīng)力，在中間出現(xiàn)壓應(yīng)力。②約束應(yīng)力：結(jié)構(gòu)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(yīng)力。如箱梁頂板混凝土和護欄混凝土。

以上兩種溫度應(yīng)力往往和混凝土的干縮所引起的應(yīng)力共同作用，進而形成裂縫。要控制和預(yù)防裂縫的產(chǎn)生，我們必須了解溫度應(yīng)力形成的三個階段：①早期：自澆筑混凝土開始至水泥放熱基本結(jié)束，一般約30天。這個階段存在兩個特征，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，這個時期中，溫度應(yīng)力主要是由于混凝土的冷卻及外界氣溫變化所引起，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)力相迭加。

3溫度控制和防止裂縫的具體措施

為減輕溫度應(yīng)力的作用，進而達到防止裂縫的目的，我們可以從以下幾個方面入手。

第一，有效控制施工溫度。具體措施如下：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，氣溫驟降時進行表面保溫，以免混凝土表面發(fā)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(jié)構(gòu)，在寒冷季節(jié)采取保溫措施；

第二，改善混凝土的約束條件。具體措施是：①合理地分縫分塊；②避免基礎(chǔ)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；

第三，合理控制拆模時間。在混凝土的施工中，為了提高模板的周轉(zhuǎn)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(yīng)適當考慮拆模時間，以免引起混凝土表面的早期裂縫。新澆筑早期拆模，在表面引起很大的拉應(yīng)力，出現(xiàn)“溫度沖擊”現(xiàn)象。在混凝土澆筑初期，由于水化熱的散發(fā)，表面引起相當大的拉應(yīng)力，此時表面溫度亦較氣溫為高，此時拆除模板，表面溫度驟降，必然引起溫度梯度，從而在表面附加一拉應(yīng)力，與水化熱應(yīng)力迭加，再加上混凝土干縮，表面的拉應(yīng)力達到很大的數(shù)值，就有導(dǎo)致裂縫的危險，但如果在拆除模板后及時在表面覆蓋一輕型保溫材料，如泡沫海棉等，對于防止混凝土表面產(chǎn)生過大的拉應(yīng)力，具有顯著的效果。

第四，合理使用外加劑。改善混凝土的性能，提高抗裂能力，加強養(yǎng)護，防止表面干縮，對防止裂縫是十分重要，因此施工中應(yīng)以預(yù)防貫穿性裂縫的發(fā)生為主。許多外加劑都有緩凝、增加和易性、改善塑性的功能，可有效防止裂縫的發(fā)生。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。

第五，加強混凝土的早期養(yǎng)護?；炷恋脑缙陴B(yǎng)護，主要目的在于保持適宜的溫濕條件，以達到兩個方面的效果，一方面使混凝土免受不利溫、濕度變形的侵襲，防止有害的冷縮和干縮。一方面使水泥水化作用順利進行，以期達到設(shè)計的強度和抗裂能力。實踐證明，混凝土常見的裂縫，大多數(shù)是不同深度的表面裂縫，其主要原因是溫度梯度造成德。因此說混凝土的保溫對防止表面早期裂縫尤其重要。從溫度應(yīng)力觀點出發(fā)，保溫應(yīng)達到下述要求：①防止混凝土內(nèi)外溫度差及混凝土表面梯度，防止表面裂縫。②防止混凝土超冷，應(yīng)該盡量設(shè)法使混凝土的施工期最低溫度不低于混凝土使用期的穩(wěn)定溫度。③防止老混凝土過冷，以減少新老混凝土間的約束。

從理論上分析，新澆混凝土中所含水分完全可以滿足水泥水化的要求而有余。但由于蒸發(fā)等原因常引起水分損失，從而推遲或防礙水泥的水化，表面混凝土最容易而且直接受到這種不利影響。因此混凝土澆筑后的最初幾天是養(yǎng)護的關(guān)鍵時期，在施工中應(yīng)切實重視起來。在具體施工中只要我們多觀察、多比較，出現(xiàn)問題后多分析、多總結(jié)，并結(jié)合多種預(yù)防處理措施，混凝土的裂縫是完全可以避免的。