巖土工程師輔導：混凝土施工溫度與裂縫產生

　　混凝土在現代工程建設中占有重要地位，但混凝土施工中的裂縫較為普遍，主要是我們對混凝土溫度應力的變化注意不夠造成的?，F針對混凝土裂縫的成因和處理措施分析如下：

　　1.裂縫的原因

　　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(如堿骨料反應)，模板變形，基礎不均勻沉降等?；炷猎缙陔A段水泥放出大量水化熱，內部溫度不斷上升，在表面引起拉應力。后期在降溫過程中，由于受到基礎或原混凝上的約束，又會在混凝土內部出現拉應力，同時在混凝土表面引起很大的拉應力。當這些拉應力超出混凝土的抗裂能力時，即會出現裂縫。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?；炷潦且环N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，存在著許多易于出現裂縫的薄弱部位。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。一般設計要求不出現拉應力或者只出現很小的拉應力。但是在施工中混凝土由于溫度變化，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它外荷載所引起的應力，因此掌握溫度應力的變化規(guī)律對于進行合理的結構設計和施工極為重要。

　　2.溫度應力的分析

　　根據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。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形成殘余應力。

　　(2)中期：自水泥放熱作用基本結束時起至混凝土冷卻到穩(wěn)定溫度時，溫度應力主要是由于混凝土的冷卻及外界氣溫變化引起，這些應力與早期形成的殘余應力相疊加，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迭加。

　　根據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，由于結構本身互相約束而出現的溫度應力。例如，橋梁墩身，結構尺寸相對較大，混凝土冷卻時表面溫度低，內部溫度高，在表面出現拉應力，在中間出現壓應力。

　　(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所引起的應力共同作用。要根據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。在大多數情況下，需要依靠模型試驗或數值計算?；炷恋男熳兪箿囟葢τ邢喈敶蟮乃神Y，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

　　為了防止裂縫，減輕溫度應力可以從控制溫度和改善約束條件兩個方面著手?？刂茰囟鹊拇胧┤缦拢?/p>

　　(1)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)在混凝土中埋設水管，通入冷水降溫。

　　(5)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。

　　(6)施工中長期暴露的混凝土澆筑塊表面或薄壁結構，在寒冷季節(jié)采取保溫措施。

　　改善約束條件的措施是：

　　(1)合理地分縫分塊。

　　(2)避免基礎過大起伏。

　　(3)合理的安排施工工序，避免過大的高差和側面長期暴露。

　　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量對防止裂縫是十分重要，應特別注意避免產生貫穿裂縫，出現后要恢復其結構的整體性是十分困難的，因此施工中應以預防貫穿性裂縫的發(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適當考慮拆模時間，以免引起混凝土表面的早期裂縫。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力，與水化熱應力迭加，再加上混凝土干縮，表面的拉應力達到很大的數值，就有導致裂縫的危險，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生過大的拉應力，具有顯著的效果。

　　鋼筋對大體積混凝土的溫度應力影響很小，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。在溫度不太高及應力低于屈服極限的條件下，鋼筋的各項性能是穩(wěn)定的，而與應力狀態(tài)、時間及溫度無關。鋼筋的膨脹系數與混凝土膨脹系數相差很小，在溫度變化時兩者間只發(fā)生很小的內應力。在混凝土中想要利用鋼筋來防止細小裂縫的出現很困難。混凝土和鋼筋混凝土結構的表面常常會發(fā)生細而淺的裂縫，其中大多數屬于干縮裂縫。雖然這種裂縫一般都較淺，但它對結構的強度和耐久性仍有一定的影響。

　　為保證混凝土工程質量，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。在實踐中總結出其主要作用為：

　　(1)混凝土中存在大量毛細孔道，水蒸發(fā)后毛細管中產生毛細管張力，使混凝土干縮變形。增大毛細孔徑可降低毛細管表面張力，但會使混凝土強度降低。

　　(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。

　　(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粘結力，提高的混凝土抗裂性能。

　　(6)摻加外加劑可有效的提高混凝土抗拉強度、密實度、抗碳化性、和易性，使混凝土緩凝時間適當，避免水分過快散失，從而提高混凝土的抗裂性能。

　　4.混凝土的早期養(yǎng)護

　　混凝土的保溫和早期養(yǎng)護對防止表面早期裂縫尤其重要。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，主要目的在于保持適宜的溫濕條件，使混凝土免受不利溫、濕度變形的侵襲，防止有害的收縮，同時使水泥水化作用順利進行，以達到設計的強度和抗裂能力。

　　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，同時在實踐中的應用效果也是比較好的，具體施工中要靠我們多觀察、多總結，結合多種預防處理措施，混凝土的裂縫是完全可以避免的。

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