劉偉

【摘要】混凝土在現(xiàn)代建設中占有重要地位，隨著鋼結構等新型材料的不斷使用，但混凝土具有無可替代的作用，仍然被廣泛使用。混凝土的裂縫較為普遍，盡管在施工過程中采取各種措施，但裂縫時有出現(xiàn)，我們對混凝土溫度應力的變化注意不夠是其中之一。

在大體積混凝土中，溫度應力及溫度控制更為重要。這主要是由于兩方面的原因：首先，在施工中混凝土常常出現(xiàn)溫度裂縫，影響到結構的整體性和耐久性；其次，在運轉過程中，溫度變化對結構的應力狀態(tài)具有顯著的不容忽視的影響，主要是施工中的溫度裂縫，因此，本文僅對施工中混凝土裂縫的成因和處理措施做探討。

【關鍵詞】混凝土；裂縫；溫度應力；控制

1、裂縫產生的原因

混凝土中產生裂縫有多種原因，主要是溫度和濕度的變化，混凝土的脆性和不均勻性，以及結構不合理，原材料不合格，模板變形，基礎不均勻沉降等。

（1）混凝土硬化期間水泥釋放大量水化熱，內部溫度不斷上升，在表面引起拉應力。后期在降溫過程中，又會在混凝土內部出現(xiàn)拉應力。當這些拉應力超出混凝土的抗裂能力時，就會出現(xiàn)裂縫。

（2）許多混凝土的內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。如果養(yǎng)生不周，時干時濕，表面干縮變形受到內部混凝土的約束，也會出現(xiàn)裂縫。

（3）混凝土是一種脆性材料，抗拉強度是抗壓強度的1/10～1/20，且混凝土等級越高，該比值越小，短期加荷時的極限拉伸變形只有（0.6～1.0）×10-4，長期加荷時的極限拉伸變形也只有（1.2～2.0）×10-4。

（4）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，抗拉能力很低，容易出現(xiàn)裂縫的薄弱部位。

（5）在鋼筋混凝土中，拉應力主要是由鋼筋承擔，混凝土只是承受壓應力。在素混凝土內或鋼筋混凝土的邊緣部位，如果結構內出現(xiàn)拉應力，則須依靠混凝土自身承擔。在施工中混凝土的最高溫度冷卻到運轉時期的穩(wěn)定溫度，往往在混凝土內部引起相當大的拉應力，有時溫度應力可超過其他外荷載所引起的應力，因此掌握溫度應力的變化規(guī)律對于合理的施工極為重要。

2、溫度應力的分析

（一）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。這個階段的兩個特征：一是水泥放出大量的水化熱，二是混凝土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形成殘余應力。（2）中期：自水泥放熱作用基本結束至混凝土冷卻穩(wěn)定溫度時止，在這個時期，溫度應力主要是由于混凝土的冷卻及外界氣溫變化引起，這些應力與中期形成的殘余應力相疊加，在此期間混凝土的彈性模量變化不大。

（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，這些應力與前兩種的殘余應力相疊加。

（二）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的結構，如果內部溫度是非線性分布的，由于結構本身相互約束而出現(xiàn)的溫度應力。

（2）約束應力：結構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力。

這兩種溫度應力往往和混凝土的干縮引起的應力共同作用，要根據(jù)已知的溫度準確分析出溫度應力的分布、大小是一項比較復雜的工作。在大多數(shù)情況下，需要依靠模型試驗或數(shù)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。

3、溫度的控制和防止裂縫的措施

（一）為了防止裂縫，減輕溫度應力從控制溫度和改善約束條件兩個方面著手。

①控制溫度的措施：

（1）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；

（2）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；

（3）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；

（4）在混凝土中埋設水管，通入冷水降溫；

（5）熱天澆筑混凝土時減少澆筑厚度，利用澆筑面散熱；

（6）在寒冷季節(jié)施工，對長期暴露的混凝土表面或薄壁結構，采取保溫措施。

②改善約束條件的措施是：

（1）避免基礎過大起伏；

（2）合理分縫分塊；

（3）合理安排施工工序，避免過大的高差和側面長期暴露。

（二）改善混凝土的性能，提高抗裂能力，加強養(yǎng)護，防止表面干裂，特別是保證混凝土的質量對防止裂縫是十分重要的，應特別注意避免產生貫穿裂縫，出現(xiàn)裂縫后要恢復其結構的整體性是十分困難的。

（三）在混凝土的施工中，為了提高模板的周轉率，往往要求新澆筑的混凝土盡早拆模。當混凝土溫度高于外界氣溫時應適當考慮拆模時間，以免引起混凝土表面的早期裂縫，新澆筑的混凝土早期拆模表面溫度高，在表面引起很大的拉應力，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力，此時表面溫度比外界氣溫高，此時拆模表面溫度驟降，必然引起溫度梯度，從而在表面產生拉應力，與水化熱疊加，再加上混凝土干裂，表面的拉應力達到很大的數(shù)值，此時了導致裂縫的危險，如果在拆模后及時覆蓋保溫材料，對于預防混凝土表面產生的拉應力具有顯著的效果。

（四）為了保證混凝土施工質量，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。許多外加劑都有緩凝、增加和易姓、改善塑性的功能，我們在工程實踐中應多進行這方面的實驗對比和研究，比單純的依靠改善外部條件，可能會更加簡接、經濟。

4、混凝土的早期養(yǎng)護

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，主要原因是溫度梯度造成寒冷地區(qū)的溫度驟降而形成裂縫。因此混凝土的保溫對防止表面裂縫尤其重要。

從溫度應力觀點出發(fā)，保溫應達到下述要求：

（1）防止混凝土內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，應該盡量設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。

混凝土的早期養(yǎng)護，主要是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，以期達到設計的強度和抗裂能力。

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需求。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，表面混凝土最容易受到這種不利影響。因此混凝土澆筑后的最初幾天是養(yǎng)護的關鍵時期，在施工中應切實重視起來。

5、結束語

以上對混凝土的施工溫度與裂縫之間的關系進行了理論和實踐上的初步探討，雖然學術界對于混凝土裂縫的成因和計算方法有不同的理論，但對于具體的預防和改善措施意見還是比較統(tǒng)一，具體施工中要靠我們多觀察，多比較，出現(xiàn)問題后多分析，多總結，結合預防處理措施，混凝土的裂縫是完全可以避免和減輕的。