趙朝軍

（雙鴨山市慧源建筑設(shè)計所，黑龍江 雙鴨山 155100）

1 混凝土產(chǎn)生裂縫的原因

混凝土中產(chǎn)生裂縫有多種原因，主要有溫度和濕度的變化，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)或老混凝土的約束，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(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；許多混凝土的內(nèi)部濕度變化很小或較慢,但表面濕度可能變化較大或劇烈。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;混凝土是一種脆性材料,抗拉強度是抗壓強度的1/10左右,由于原材料不均勻,水灰比不穩(wěn)定,及運輸和澆筑過程中的離析現(xiàn)象，在同一塊混凝土中其抗拉強度又是不均勻的,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，則需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。

2 混凝土溫度應(yīng)力分析

根據(jù)溫度應(yīng)力的形成過程可分為以下3個階段:一是早期。自澆筑混凝土開始至水泥放熱基本結(jié)束，一般約30d。這個階段水泥放出大量的水化熱、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。二是中期。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。三是晚期。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2種的殘余應(yīng)力相疊加。根據(jù)溫度應(yīng)力引起的原因可分為2類,一類是自生應(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。混凝土的徐變使溫度應(yīng)力有相當(dāng)大的松馳,計算溫度應(yīng)力時,必須考慮徐變的影響。

3 預(yù)防措施

3.1 減輕溫度應(yīng)力

為了防止裂縫,減輕溫度應(yīng)力可以從控制溫度和改善約束條件方面著手。一是控制溫度。措施如下: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;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;熱天澆筑混凝土?xí)r減少澆筑厚度，利用澆筑層面散熱;在混凝土中埋設(shè)水管,通入冷水降溫;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；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。二是改善約束條件。措施如下:合理地分縫、分塊;避免基礎(chǔ)過大起伏;合理地安排施工工序,避免過大的高差和側(cè)面長期暴露；此外，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,特別是保證混凝土的質(zhì)量十分重要,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)防貫穿性裂縫的發(fā)生為主。

3.2 適時拆模，注重防護

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,從而在表面附加一拉應(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,如泡沫海綿等，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。

3.3 適量加筋

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極低，只是對一般鋼筋混凝土有影響。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)力達到抗拉強度而開裂時,鋼筋的應(yīng)力將不超過100～200kg/cm2。因此,在混凝土中要想利用鋼筋來防止細(xì)小裂縫的出現(xiàn)很困難。但加筋后結(jié)構(gòu)內(nèi)的裂縫一般就變得數(shù)目多、間距小、寬度與深度較小,而且如果鋼筋的直徑細(xì)而間距密時,對提高混凝土抗裂性的效果較好。混凝土和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的表面常常會發(fā)生細(xì)而淺的裂縫,其中大多數(shù)屬于干縮裂縫。雖然這種裂縫一般都較淺,但其對結(jié)構(gòu)的強度和耐久性仍有一定的影響。

3.4 使用外加劑

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。例如使用減水防裂劑,其主要作用：一是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,但會使混凝土強度降低。這個表面張力理論早在20世紀(jì)60年代就已被國際上所確認(rèn)。二是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%。三是水泥用量也是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度的條件下可減少15%的水泥用量,其體積用增加骨料用量來補充。四是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。五是提高水泥漿與骨料的粘結(jié)力,提高混凝土抗裂性能。六是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度時裂縫就會產(chǎn)生。減水防裂劑可有效提高混凝土抗拉強度,大幅提高混凝土的抗裂性能。七是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。八是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。九是摻外加劑混凝土和易性好,表面易摸平,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,在工程實踐中應(yīng)多進行這方面的試驗,比單純地靠改善外部條件,會更加簡捷、經(jīng)濟。

3.5 混凝土的早期養(yǎng)護

混凝土早期養(yǎng)護的主要目的在于保持適宜的溫濕條件,以達到如下效果:一是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;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寒冷地區(qū)的溫度驟降也容易形成裂縫。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: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;防止混凝土超冷,應(yīng)該設(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;防止老混凝土過冷,以減少新老混凝土間的約束。二是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。適宜的溫濕度條件是相互關(guān)聯(lián)的,混凝土的保溫措施常常也有保濕的效果。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)切實重視該時期的養(yǎng)護。