巖土工程師輔導(dǎo)：混凝土施工溫度與裂縫產(chǎn)生

　　混凝土在現(xiàn)代工程建設(shè)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(yīng)力的變化注意不夠造成的。現(xiàn)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(chǎn)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(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?；炷猎缙陔A段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)或原混凝上的約束，又會在混凝土內(nèi)部出現(xiàn)拉應(yīng)力，同時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?；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(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。一般設(shè)計要求不出現(xiàn)拉應(yīng)力或者只出現(xiàn)很小的拉應(yīng)力。但是在施工中混凝土由于溫度變化，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)力的分析

　　根據(jù)溫度應(yīng)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(jié)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(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，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，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時期。溫度應(yīng)力主要是外界氣溫變化引起，這些應(yīng)力與前兩種的殘余應(yīng)力相迭加。

　　根據(jù)溫度應(yīng)力引起的原因可分為兩類：

　　(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。

　　這兩種溫度應(yīng)力往往和混凝土的干縮所引起的應(yīng)力共同作用。要根據(jù)已知的溫度準確分析出溫度應(yīng)力的分布、大小是一項比較復(fù)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?；炷恋男熳兪箿囟葢?yīng)力有相當大的松馳，計算溫度應(yīng)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(yīng)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?xí)r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?xí)r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)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(jié)構(gòu)，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(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。

　　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)量對防止裂縫是十分重要，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。

　　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。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。

　　鋼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，鋼筋的各項性能是穩(wěn)定的，而與應(yīng)力狀態(tài)、時間及溫度無關(guān)。鋼筋的膨脹系數(shù)與混凝土膨脹系數(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。在混凝土中想要利用鋼筋來防止細小裂縫的出現(xiàn)很困難?；炷梁弯摻罨炷两Y(jié)構(gòu)的表面常常會發(fā)生細而淺的裂縫，其中大多數(shù)屬于干縮裂縫。雖然這種裂縫一般都較淺，但它對結(jié)構(gòu)的強度和耐久性仍有一定的影響。

　　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。在實踐中總結(jié)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(chǎn)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(jié)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(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(shè)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(guān)系進行了理論和實踐上的初步探討，雖然學(xué)術(shù)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(yù)防和改善措施意見還是比較統(tǒng)一，同時在實踐中的應(yīng)用效果也是比較好的，具體施工中要靠我們多觀察、多總結(jié)，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。

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