论混凝土的施工温度与裂缝

【关键词】混凝土;温度控制;防止裂缝；养护混凝土

        在现代土木工程建设中占有重要地位。但是混凝土的裂缝较为普遍，尽管我们在施工中采取各种措施，小心谨慎，但裂缝仍然时有出现。究其原因，主要是混凝土硬化期间水泥释放的大量水化热，造成温度裂缝普遍存在。因此，在混凝土施工过程中,温度应力及温度控制具有十分重要的意义。首先,在施工中混凝土常常出现温度裂缝,在一定程度上影响到结构的整体性、抗渗性和耐久性。其次,在运转过程中,温度变化对结构的应力状态具有显著的不容忽视的影响,在此，我就施工中混凝土温度裂缝的产生原因及其控制裂缝产生的有效措施谈几点粗浅的认识：

　　1.形成裂缝的原因

　　混凝土浇筑后，在硬化过程中水泥水化释放出大量水化热，由于混凝土体积较大，大量水化热聚积内部不易散发，导致内部温度急剧上升，而混凝土表面散热快，使混凝土结构内外温差较大，造成内部与外部热胀冷缩效果不同，使表面产生一定的拉应力。在后期在降温过程中，由于受到基础或老混凝上的约束，又会在混凝土内部出现拉应力。当拉应力超过抗拉强度极限后，混凝土表面就会产生裂缝，许多混凝土的内部湿度变化很小或变化较慢，但表面湿度可能变化较大或发生剧烈变化。如养护不周、时干时湿，表面干缩形变受到内部混凝土的约束，也往往导致裂缝。混凝土是一种脆性材料，由于原材料不均匀，水灰比不稳定，及运输和浇筑过程中的离析现象，其抗拉强度又是不均匀的，导致抗拉能力低，容易出现裂缝的薄弱部位。一般设计中均要求不出现拉应力或者只出现很小的拉应力。但是在施工中混凝土由最高温度冷却到运转时期的稳定温度，往往在混凝土内部引起相当大的拉应力。有时温度应力可超过其它外荷载所引起的应力，因此掌握温度应力的变化规律对于进行合理的结构设计和施工极为重要。

　　2.温度应力的分析

　　混凝土内部温度与混凝土厚度及水泥品种、用量有关。混凝土越厚，水泥用量越大，水化热越高的水泥，其内部温度越高，形成的温度应力越大，产生裂缝的可能性越大。

　　2.1温度应力的形成过程可分为以下三个阶段

　　2.1.1早期

　　自浇筑混凝土开始至水泥放热基本结束，一般约30天。这个阶段的两个特征，一是水泥放出大量的水化热，二是混凝上弹性模量的急剧变化。由于弹性模量的变化，这一时期在混凝土内形成残余应力。

　　2.1.2中期

　　自水泥放热作用基本结束时起至混凝土冷却到稳定温度时止，这个时期中，温度应力主要是由于混凝土的冷却及外界气温变化所引起，这些应力与早期形成的残余应力相叠加，在此期间混凝上的弹性模量变化不大。

　　2.1.3晚期

　　混凝土完全冷却以后的运转时期。温度应力主要是外界气温变化所引起，这些应力与前两种的残余应力相叠加。

　　2.2温度应力引起的原因可分为两类

　　2.2.1自生应力

　　边界上没有任何约束或完全静止的结构，如果内部温度是非线性分布的，由于结构本身互相约束而出现的温度应力。

　　2.2.2约束应力

　　结构的全部或部分边界受到外界的约束，不能自由变形而引起的应力。

　　这两种温度应力往往和混凝土的干缩所引起的应力共同作用。

　　3.温度的控制和防止裂缝的措施

　　混凝土的中心温度与表面温度之间、混凝土表面温度与室外最低气温之间的差值均应小于20℃；当结构混凝土具有足够的抗裂能力时，不大于25℃～30℃。为了防止裂缝，减轻温度应力可以从控制温度和改善约束条件两个方面着手。混凝土温度控制应遵循以下几点：

　　（1）采用改善骨料级配，用干硬性混凝土，掺混合料，加引气剂或塑化剂等措施以减少混凝土中的水泥用量；拌合混凝土时加水或用水将碎石冷却以降低混凝土的浇筑温度。

　　（2）采用内部降温法来降低混凝土内外温差。内部降温法是在混凝土内部预埋水管，通入冷却水，降低混凝土内部最高温度。冷却在混凝土刚浇筑完时就开始进行，还有常见的投毛石法，均可以有效地控制因混凝土内外温差而引起的混凝土开裂。

　　（3）保温法是在结构物外露的混凝土表面以及模板外侧覆盖保温材料（如草袋、锯木、湿砂等），在缓慢的散热过程中，使混凝土获得必要的强度，以控制混凝土的内外温差小于20℃。

　　（4）混凝土表层布设抗裂钢筋网片，防止混凝土收缩时产生干裂。

　　（5）炎热天气浇筑混凝土时减少浇筑厚度，利用浇筑层面散热。

　　（6）规定合理的拆模时间，气温骤降时进行表面保温，以免混凝土表面发生急剧的温度梯度。

　　（7）施工中长期暴露的混凝土浇筑块表面或薄壁结构，在寒冷季节采取保温措施。

　　改善约束条件的措施是：

　　（1）合理地分缝分块。

　　（2）避免基础过大起伏。

　　（3）合理的安排施工工序，避免过大的高差和侧面长期暴露。

　　此外，改善混凝土的性能，提高抗裂能力，加强养护，防止表面干缩，特别是保证混凝土的质量对防止裂缝是十分重要，应特别注意避免产生贯穿裂缝，出现后要恢复其结构的整体性是十分困难的，因此施工中应以预防贯穿性裂缝的发生为主。

　　在混凝土的施工中，为了提高模板的周转率，往往要求新浇筑的混凝土尽早拆模。当混凝土温度高于气温时应适当考虑拆模时间，以免引起混凝土表面的早期裂缝。在拆除模板后及时在表面覆盖一轻型保温材料，如泡沫海棉等，对于防止混凝土表面产生过大的拉应力，具有显著的效果。

　　加筋对大体积混凝土的温度应力影响很小，只是对一般钢筋混凝土有影响。在混凝土中想要利用钢筋来防止细小裂缝的出现很困难。但加筋后结构内的裂缝一般就变得数目多、间距小、宽度与深度较小了。而且如果钢筋的直径细而间距密时，对提高混凝土抗裂性的效果较好。混凝土和钢筋混凝土结构的表面常常会发生干缩裂缝。虽然这种裂缝一般都较浅，但它对结构的强度和耐久性仍有一定的影响。

　　许多外加剂都有缓凝、增加和易性、改善塑性的功能，为保证混凝土工程质量，防止开裂，提高混凝土的耐久性，正确使用外加剂也是减少开裂的措施之一。

　　4.混凝土的早期养护

　　混凝土养护主要是保持适当的温度和湿度条件。混凝上的保温措施常常也有保湿的效果。保温能减少混凝土表面的热扩散，降低混凝土表层的温差，防止表面裂缝。混凝土浇筑后，及时用湿润的草帘、麻片等覆盖，并注意洒水养护，适当延长养护时间，保证混凝土表面缓慢冷却。在寒冷季节，在混凝土表面应设置保温措施，以防止寒潮袭击。保温应达到下述要求：

　　（1）防止混凝土内外温度差及混凝土表面梯度，防止表面裂缝。

　　（2）防止混凝土超冷，应该尽量设法使混凝土的施工期最低温度不低于混凝土使用期的稳定温度。

　　（3）防止老混凝土过冷，以减少新老混凝土间的约束。

　　混凝土的早期养护，主要目的在于保持适宜的温湿条件，以达到两个方面的效果，一方面使混凝土免受不利温、湿度变形的侵袭，防止有害的冷缩和干缩。一方面使水泥水化作用顺利进行，以期达到设计的强度和抗裂能力。 （下转第109页）

　　（上接第58页）从理论上分析，新浇混凝土中所含水分完全可以满足水泥水化的要求而有余。但由于蒸发等原因常引起水分损失，从而推迟或防碍水泥的水化，表面混凝土最容易而且直接受到这种不利影响。因此混凝土浇筑后的最初几天是养护的关键时期，在施工中应切实重视起来。

　　温度裂缝的存在石混凝土施工中不可避免的普遍现象，裂缝的存在，不仅会降低建筑物的抗渗能力，影响建筑物的耐久性和使用功能，而且会引起钢筋锈蚀，混凝土碳化，降低建筑材料耐久性，影响建筑物承载能力。因此，我们在施工中应充分认识到裂缝的出现对建筑物的危害，采取有效的预防和改善措施，不断提高混凝土浇筑质量，满足建筑结构安全稳定的要求。