混凝土施工過程溫度與裂縫預控

李曉峰

(西北大學基建處710068  西安)

    在混凝土過程中，溫度應力及溫度控制具有重要意義，這主要是由于兩方面的原因混凝土常常出現溫度裂縫，影響到結構的整體性和耐久性。其次，在使用過程中的應力狀態具有不容忽視的影響。我們遇到的主要是施工中的溫度裂縫。對混凝土裂縫的成因和處理措施如下：

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，混凝土的脆性和骨料不均勻以及結構不合理、原材料缺陷性問題(如堿骨料反應)，模板變形，基礎使用過程不均勻沉降等�；炷�土硬化期間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土的約束，又會在混凝土內部出現拉應力。氣溫的降低也會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，但表面濕度可能變化較大或發生劇烈變化。如養護不周，時干時濕，表面干縮形變受到內部混凝土的約束，也往往導致裂縫。混凝土是一種脆性材料，抗拉強度是抗壓強度的l／10左右，短期加荷時的極限拉伸變形只有(0．6～1．0)X104，長期加荷時的極限位伸變形也只有(1．2—2．0)*104。由于原材料的不均勻，水灰比不穩定，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不是不均勻的，存在著許多抗拉能力很低，易于出現裂縫的薄弱部位在鋼筋砼中，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結構中內出現了拉應力，則須依靠混凝土自身承擔。一般設計中均要求不出現拉應力或著只出現很小的拉應力。但在施工中混凝土由最高溫度冷卻到運轉時期的穩定溫度，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它外荷載所引起的應力，因此掌握溫度應力的變化規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

    根據施工過程中溫度應力的形成過程可分為以下階段：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時起至混凝土冷卻到穩定溫度時止，這個時期中，溫度應力主要是由于混凝土的冷卻及外界氣溫變化所引起，這些應力與早期形成的殘余應力相疊加在此期間混凝土的彈性模量變化不大。

    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。如箱梁頂板混凝土。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。要想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�；炷�土的徐變使溫度應力有相當的松弛，這里不再細述。 

3.施工過程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�

    (1)采用改善骨料級配，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)規定合理的拆模時間，氣溫驟降時進行表面保溫，以免混凝土表面發生急劇的溫度梯度。

    (5)施工中長期暴露的混凝土澆筑塊表面或薄壁結構。在寒冷季節采取保溫措施；改善約束條件的措施是：

    A：合理地分縫分塊；

    B：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生為主；正確的使用減水、防裂外加劑也是減少開裂的有效措施。

    在混凝土的施工中，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。新澆筑早期拆模，在表面上引起很大的拉應力，出現“溫度沖擊”現象。在混凝土澆筑初期，由于水化熱的散發，表面引起相當大的拉應力，此日寸表面溫度亦較氣溫為高，此時拆除模板，表面溫度驟降，必須引起溫度梯度，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。

    c：為保證混凝土工程質量，防止開裂，提高混凝土的耐久性，正確作用外加劑也是減少開裂的措施之一。

    (1)混凝土中存在大量毛細孔道，水蒸發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。這個表面張力理論早在六十年代就已被國際上所公認。  

    (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時減少25％。

    (3)水泥用量也是混凝土收縮的重要因素，摻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，其體積用增加骨料的用量來補  充。

    (4)減水防裂劑可以改善水泥漿的稠度，減少混  凝土泌水，減少收縮變形。    

    (5)提高水泥漿與骨料的粘結力，提高的混凝土抗裂性能。 

    (6)混凝土在收縮時受到約束產生拉應力，當拉應力大于混凝土抗拉強度時裂縫就會發生，減水防裂劑可有效的提高混凝土抗拉強度，大幅度提高混凝土的抗裂性能。   

    (7)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。 

    (8)摻加減水防裂劑后混凝土緩凝時間適當，在有效防止水泥迅速水化熱基礎上，避免因水泥長期不凝而帶來的塑性收縮增加。 

    (9)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，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，我們在工程實踐中應多進行這方面的實驗對比和研究，比單純的靠改善外部條件，可能會更加簡捷、經濟。

4.混凝土的早期養護 

    實踐證明，混凝土常見的裂縫，大多數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的溫度驟降也容易形成裂縫。因此說混凝土的保溫對防止表面早期裂縫尤其重要，從溫度應力觀點出發，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)防止混凝土冷卻過快，應該盡量設法控制混凝土的施工期降溫速率。     

    (3)防止老混凝土過冷，以減少新老混凝土間的約束。

    混凝土的早期養護，主要目的在于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。適宜的溫度條件是相互關聯的，混凝土的保溫措施常常也有保濕的效果。   

    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。但由于蒸發等原因常引起水分損失，從而推遲或防礙水泥的水化，表面混凝土最容易而且直接受到這種不利影響，因此混凝土澆筑后的最初幾天是養護的關鍵時期，在施工中應切實重視起來。   

    對混凝土的施工溫度與裂縫之間的關系及具體的預防和改善措施有了一定的了解，實際運用效果將會比較理想。在施工中通過我們全面觀察、正確分析、結合多種預防處理措施，混凝土的裂縫是可以避免的。

(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網絡：尹維維 尚雯瀟 編輯  文徑 審核)