摘要:裂縫，是建筑施工混凝土結(jié)構(gòu)中相當(dāng)普遍的現(xiàn)象，是長期困擾著工程技術(shù)人員的一個技術(shù)難題。實踐證明，裂縫是不可避免的，但可以把它控制在無害范圍之內(nèi)。本文主要分析混凝土裂縫與施工溫度的控制關(guān)系，加強(qiáng)對施工溫度的控制。

關(guān)鍵詞:混凝土 裂縫 溫度

1 工程概況

某高速公路新建工程周家村橋，橋梁采用2-10m預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁橋，薄壁式橋臺，橋臺結(jié)構(gòu)分別為樁基、承臺和橋臺，單個橋臺尺寸為，長17.165m，寬0.5m、高3.5m。臺身鋼筋結(jié)構(gòu)布置為Φ12，鋼筋間距15cm×20cm。施工過程中，在臺身混凝土中間部位出現(xiàn)一些豎向裂縫，這些裂縫日后對橋臺的耐久性產(chǎn)生重要的影響，究其主要原因，對施工過程中混凝土溫度應(yīng)力的變化重視不夠是主要原因之一。因此本文僅對施工中混凝土溫度裂縫的成因和處理措施加以初淺探討。

2 裂縫的成因

混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的成因復(fù)雜而繁多，多種因素相互影響。主要是溫度和濕度的變化，混凝土原材料不合格，施工工藝質(zhì)量低劣，外部荷載等?；炷辆哂袩崦浝淇s性質(zhì)，當(dāng)外部環(huán)境或結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度發(fā)生變化，混凝土將發(fā)生變形，若變形遭到約束，則在結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度時，即產(chǎn)生溫度裂縫。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，又在混凝土內(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(dāng)這些拉應(yīng)力超出混凝土的抗裂能力時，即會出現(xiàn)裂縫?；炷潦且环N脆性材料，由于原材料不均勻，水灰比不穩(wěn)定及運(yùn)輸和澆筑過程中的離析現(xiàn)象，在同一混凝土構(gòu)件中抗拉強(qiáng)度是不均勻的，存在很多抗拉能力很低、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)或鋼筋混凝土邊緣部位如果結(jié)構(gòu)內(nèi)出現(xiàn)拉應(yīng)力，則必須依靠混凝土承擔(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。但是施工中混凝土由最高溫度冷卻至運(yùn)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)律對施工極為重要。

3 溫差、變形及溫度應(yīng)力

混凝土在凝固過程中，由于水泥水化，釋放大量水化熱，使混凝土內(nèi)部溫度逐步上升。對尺寸小的結(jié)構(gòu)，由于散熱較快，溫升不高，不致引起嚴(yán)重后果;大部分水化熱將積蓄在澆筑塊內(nèi)，使塊內(nèi)溫度達(dá)30～50℃，甚至更高。由于內(nèi)外溫差的存在，隨著時間的推移，砼內(nèi)部溫度逐漸下降而趨于穩(wěn)定，與多年平均氣溫接近?；炷恋臏囟茸兓^程，可分為如下圖所示的三個階段，即溫升期、冷卻期(或降溫期)和穩(wěn)定期。顯然，混凝土內(nèi)的最高溫度Tmax等于混凝土澆筑入倉溫度Tp與水化熱溫升值Tr之和。由Tp到Tmax是溫升期，由Tmax到穩(wěn)定溫度Tf是降溫期，之后混凝土體內(nèi)溫度圍繞穩(wěn)定溫度隨外界氣溫略有起伏。Tmax與Tf之差稱混凝土體的最大溫差，記為△T。很明顯，要確定Tmax，須先根據(jù)水泥品種和用量，確定水泥水化熱引起的溫升Tr，同時還須確定混凝土的入倉溫度Tp。

剛澆筑的注塊其內(nèi)溫呈均勻分布，溫度為T1，由于基礎(chǔ)對塑性混凝土的變形無約束，故無應(yīng)力產(chǎn)生。由于溫升過程時間不長，可將注塊溫升視為絕熱溫升，其內(nèi)溫均勻上升至T2，溫度發(fā)生T2-T 1的變化，記為△T，相應(yīng)的溫度應(yīng)變?yōu)棣臫=α△T。

由于升溫過程注塊尚處于塑性狀態(tài)，變形自由，故無溫度應(yīng)力發(fā)生。事實上只有降溫結(jié)硬的混凝土在接近基礎(chǔ)面部分才受到剛性基礎(chǔ)的雙向約束，難以變形。冷卻收縮時注塊對基礎(chǔ)產(chǎn)生擠壓，基礎(chǔ)對混凝土則產(chǎn)生大小相等、方向相反的拉應(yīng)力，當(dāng)此拉應(yīng)力大于混凝土的抗拉強(qiáng)度，則將引起貫穿裂縫。溫度變化引起變形εT為基礎(chǔ)的約束應(yīng)力產(chǎn)生的變形εσ所抵消，表現(xiàn)為緊貼基礎(chǔ)部位無變形發(fā)生，根據(jù)變形相容條件有:

εT+εσ=α△T+(1-μ)σ/E=0 σ=-Eα△T/(1-μ)

式中:σ——溫度應(yīng)力;

εT、εσ——分別為澆筑塊溫升引起的應(yīng)變和基礎(chǔ)約束產(chǎn)生的應(yīng)變;

μ——混凝土的泊桑比，可取0.16～0.2;其余符號同前。

顯然，對于注塊混凝土，E、α、μ均為常量，溫度應(yīng)力的大小只決定于溫度變差△T。

4 溫度的控制

4.1 控制溫度和改善約束條件 ①改善骨料級配;②拌和混凝土?xí)r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?xí)r減少澆筑厚度，利用澆筑層面散熱;④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;⑤施工中長期暴露的混凝土薄壁結(jié)構(gòu)，在寒冷季節(jié)采用保溫措施。

4.2 改善約束條件的措施 合理地安排施工工序，避免過大的高差和側(cè)面長期暴露。改善混凝土的性能，提高抗裂能力。防止表面干縮，特別是保證混凝土的質(zhì)量對防止裂縫十分重要，應(yīng)特別注意避免產(chǎn)生貫穿裂縫，出現(xiàn)后要恢復(fù)其結(jié)構(gòu)的整體性是十分困難的，因此施工中應(yīng)以預(yù)防其貫穿性裂縫的發(fā)生為主。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(dāng)混凝土溫度高于氣溫時應(yīng)適當(dāng)考慮拆模時間，以免引起混凝土表面的早期裂縫。新澆筑混凝土早期拆模，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(dāng)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，從而在表面附加拉應(yīng)力，與水化熱應(yīng)力疊加，再加上混凝土干縮，表面的拉應(yīng)力達(dá)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，如塑料薄膜，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。加筋對大體積混凝土的溫度應(yīng)力影響很小，因為大體積混凝土的含筋率低，在溫度不太高及應(yīng)力低于屈服極限的條件下，鋼的各項性能是穩(wěn)定的，而與應(yīng)力狀態(tài)、時間及溫度無關(guān)。鋼的線脹系數(shù)與混凝土線脹系數(shù)相差很小，在溫度變化時兩者間只發(fā)生很小的內(nèi)應(yīng)力，由于鋼的彈性模量為混凝土彈性模量的7～15倍，當(dāng)內(nèi)混凝土應(yīng)力達(dá)到抗拉強(qiáng)度而開裂時，鋼筋的應(yīng)力將不超過100～200kg/cm2。因此，在混凝土中想利用鋼筋來防止細(xì)小裂縫的出現(xiàn)很困難，如果鋼筋的直徑細(xì)而間距密時，對提高混凝土抗裂性的效果較好。

5 防止施工工藝質(zhì)量低劣引發(fā)的裂縫

在混凝土結(jié)構(gòu)澆筑、拆模，若施工工藝不合理，施工質(zhì)量低劣，容易產(chǎn)生各種裂縫，裂縫的寬度因產(chǎn)生的原因而異。

比較常見的有:①混凝土震搗過快，混凝土流動性較低，在硬化前因混凝土沉實不足，硬化后沉實過大，容易澆筑數(shù)小時后發(fā)生裂縫，既塑性收縮裂縫。②混凝土攪拌運(yùn)輸時間過長，使水分蒸發(fā)過多，引起混凝土塌落度過低，使得混凝土出現(xiàn)不規(guī)則的收縮裂縫。③混凝土保護(hù)層過厚或上層鋼筋被踩壓變位，使承受負(fù)彎矩的受力鋼筋保護(hù)層加厚，導(dǎo)致構(gòu)件的有效高度減少，形成與受力鋼筋垂直方向的裂縫。④用泵送混凝土施工時，為了保證混凝土的流動性，增加水和水泥用量，或因其他原因加大了水灰比，導(dǎo)致混凝土結(jié)硬化時收縮量的增加，使得混凝土出現(xiàn)不規(guī)則裂縫。⑤混凝土分層或分段澆筑時，接頭部位處理不當(dāng)，易在新舊混凝土和施工縫之間出現(xiàn)裂縫。⑥施工模板剛度不足，在澆筑混凝土?xí)r，由于側(cè)向壓力的作用，使得模板變形，產(chǎn)生與模板變形一致的裂縫。⑦施工時拆模過早，混凝土強(qiáng)度不足，使構(gòu)件在自重或施工荷載作用下，產(chǎn)生裂縫。⑧施工前對支架壓實不足，或支架剛度不足，澆筑混凝土后支架不均勻下沉，導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)裂縫。以上問題在施工中應(yīng)加以注意，可以避免裂縫的發(fā)生。

6 混凝土的早期養(yǎng)護(hù)

混凝土的早期養(yǎng)護(hù)至關(guān)重要，主要在于保持適宜的溫度條件，以達(dá)到兩個方面的效果。一方面使混凝土免受不利溫、濕度的侵襲，防止有害的冷縮和干縮;一方面使水泥水化作用順利進(jìn)行，以期達(dá)到設(shè)計的強(qiáng)度和抗裂能力。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，從而推遲或妨礙水泥的水化反應(yīng)，表面混凝土最容易直接受到這種不利影響。因此混凝土澆筑后最初七天是養(yǎng)護(hù)的關(guān)鍵，在施工中應(yīng)著重加以重視。

7 結(jié)束語

橋梁混凝土施工裂縫牽涉到諸多方面，如設(shè)計疏忽、施工低劣、監(jiān)理不嚴(yán)等，均可能使橋梁出現(xiàn)裂縫。因此須嚴(yán)格按照國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行設(shè)計、施工，同時在具體施工過程中要多觀察，結(jié)合各種預(yù)防措施，進(jìn)一步加強(qiáng)質(zhì)量管理，有效控制混凝土施工裂縫。

參考文獻(xiàn):

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