混凝土温度、收缩裂缝的控制方法

2010-12-31王恩慧

中国新技术新产品 2010年8期

王恩慧

（江苏省农垦工程建设监理有限公司，江苏淮安 223001）

现浇混凝土，当它厚度大于0.8m，混凝土量大，又连续施工的结构物，这种现浇混凝土称为大体积混凝土。从结构物的裂缝有关调查资料介绍，裂缝产生原因，由荷载引起的裂缝约占15%-20%，而由温度，收缩变形引起的裂缝约占80%-85%，由此可见，在施工期间采取有效措施来控制温度，收缩(包括徐变)裂缝，保证工程质量，提高建筑物结构的耐久性，对发展国民经济建设具有重要的现实意义。

根据国内外设计规范和有关试验要求，混凝土最大裂缝宽控制标准一般为：(1)无侵蚀介质、无防渗要求的0.3～0.4MM；(2)轻微侵蚀介质、无防渗要求的0.2～0.3MM；(3)严重侵蚀介质、有防渗要求的0.1～0.2MM。否则将影响结构物的耐久性和使用安全。

1 混凝土产生裂缝的种类及成因

结构物在实际使用过程中，承受两大类荷载:静荷载，动荷载和其他外荷载称为第一类荷载。温度，收缩，不均匀沉陷的变形荷载称为第二类荷载。因此，结构混凝土裂缝的产生主要有两种：一是由体积变形变化产生内应力引起，结构由温度、收缩和膨胀、不均匀沉降等因素引起的裂缝；二是在荷载作用下的变形，即应力引起的裂缝。由于第二类荷载产生引起的裂缝约占80%-85%，且在实际施工中可以控制，我们将重点对第二类荷载进行分析。

1.1 温差裂缝和收缩裂缝

温度收缩应力是结构裂缝的主要成因，温差高低变化，会使混凝土发生膨胀或收缩，产生温度应力。当温度应力超过混凝土抗拉强度时产生温差裂缝。而混凝土内的温度差一般由水泥水化热和外界温度变化，构件处于聚热聚冷状态等因素造成。

建筑工程的钢筋混凝土结构，它承受的温差与收缩的主要部分是由均匀温差和均匀收缩。但是由于结构截面大，水泥用量多，水泥和水化合所释放的水化热就会产生较大的温度变化和收缩作用，由此造成的温度收缩应力是导致钢筋混凝土裂缝的主要原因，这种裂缝大致可分为两种：

表面裂缝：大体积混凝土浇筑后，水泥和水化合所产生的大量水化热，使混凝土内部温度不断上升，从而形成中心温度高、表面温度低这样一个温度梯度。使混凝土内产生压应力，表面产生拉应力，当这个拉应力超过混凝土抗拉强度时，混凝土表面就会产生裂缝。

混凝土在养护过程中，会出现毛细收缩、化学收缩及干烘收缩过程，当混凝土强度较低时会产生收缩裂缝，常常出现在混凝土和钢筋混凝土结构表面上，呈现细而浅的状态。具体分析如下:(1)收缩裂缝与养护条件有关，混凝土未完全硬化前，若日晒、高温、养护不周，混凝土表面失水过快促使混凝土表面温度发生剧烈变化，表面收缩受到内部混凝土的约束而导致表面龟裂。这种收缩裂缝一般很细，分布不规则，如及时发现压抹密实养护是可以愈合的。终凝前后，由于养护不当会产生较宽较深裂缝，有些是从石颗粒边缘开始发展，此时混凝土尚未与石子结合牢固，裂缝由外向内宽度减小，凝固后期，混凝土已有相当强度之后，钢筋可与混凝土共同受压力，由于养护不当，产生的收缩裂缝一般均匀分布于相邻的两根钢筋之间，这多由于混凝土收缩时钢筋不变形，阻碍了混凝土的收缩变形而造成的。(2)收缩裂缝还与混凝土级配、浇捣密实程度、水灰比和构件几何尺寸有关。

贯穿裂缝：大体积混凝土浇筑初期，混凝土处于升温阶段及塑性状态，弹性模量很小，变形变化所引起的应力很小，故温度应力一般可忽略不计。但是过了数日，混凝土逐渐降温，这个降温差引起的变形加上混凝土多余水份蒸发时引起的体积收缩变形，受到结构边界条件的约束时又引起拉应力，当这个拉应力超过混凝土抗拉强度时，混凝土整个截面就会产生贯穿裂缝。

从控制裂缝的观点来讲，表面裂缝危害较小，而贯穿裂缝要影响结构的整体性、防水性和耐久性，影响正常使用。因此应积极采取措施，尽量避免表面裂缝的开展。

1.2 荷载引起的裂缝

混凝土裂缝有些并不是温度和收缩所引起的，而是在由于施工中，因不按规范及操作规程和构件设计要求进行施工，会使构件处于不利状态受力而引起裂缝。

混凝土没有达到拆模强度，此时混凝土受自重或稍有外力作用可能产生裂缝。即使达到拆模强度，在拆模时若受到较大冲击也会产生裂缝。有时裂缝在拆模后并没有产生，但因未达到吊装强度而过早吊装也会产生裂缝。

钢筋混凝土构件在浇筑中，钢筋移位，受拉区保护层过厚，容易在吊装或承载后，受拉区产生裂缝。

构件物的不均匀沉降，使构件实际受力状态与设计受力状态改变也会引起裂缝。

构件材料、混凝土标号都达到设计要求，承受压力时，承压面面积变化，发生应力集中，也会引起裂缝。

大体积混凝土由于水泥的水化作用，混凝土浇筑后在硬化过程中产生的温度不均匀，混凝土内部高温可达800C 左右，内外温差形成温度应力，造成结构物产生裂缝。怎样控制温度应力产生的裂缝？我们在宿迁三线船闸的施工中针对温度来进行控制。

2 温度控防裂措施:

目前国内外一般都采用设置永久伸缩缝、后浇带、隔段分浇等方法来释放温度和收缩应力，以控制裂缝的开展。大多数国家伸缩缝的间距定为30～40M，个别国家则定为10～20M。我国现行规范（TJ10-74）规定：混凝土中配有构造钢筋的现浇式结构，其伸缩缝的最大间距为30M。以上方法的优点是符合设计规范要求，但施工相当麻烦，并在一定程度上影响工程进度和受力状态。除此以外，还有一种薄层浇筑混凝土的方法，就是将大截面的混凝土横向分成0.75～1.50M 左右的厚度进行水平分层浇筑混凝土，每层间隔时间有的5－7 天，有的多达15 天以上。这样做的好处是可以利用分层，易于散热来加速降低混凝土内部的温度，减少内部温差，但不利的是分层浇筑将使上层后浇的混凝土受到下层先浇混凝土的很大约束作用，反而促使裂缝更易开展。

因此为了防止裂缝开展，应着重控制混凝土凝固期的温升，在温度应力方面采取一些技术措施，但这些措施不是孤立的，而且相互联系，相互制约的，必须结合实际全面考虑，合理采用，才能收到防止裂缝的效果。

2.1 在设计上采取措施

将大体积混凝土结构解体、分块。在大体积混凝土结构的适当部位设置施工宽缝以减少在施工期产生的温度应力。

在结构容易产生裂缝的部位设置施工宽缝。

待混凝土稳定达到一定的强度或沉降稳定后，用提高一级微膨胀混凝土将施工宽缝封住。

设计取低标号混凝土以减少水泥用量。

混凝土与钢筋混凝土的裂缝一般均由拉应力引起，即使是轴向受压荷载的结构物，其内部也存在劈拉应力，容易引起裂缝。在混凝土结构中适当配置防裂钢筋和构造钢筋，对温度应力或收缩应力，都能提高结构的抗裂性。

2.2 在施工中采取的措施

优化混凝土配合比。混凝土的沉缩裂缝和沉缩量与混凝土的流动性有关，混凝土配合比应满足的基本要求是：在满足设计强度，施工和易性要求的前提下，尽可能降低水泥材料的用量，以控制混凝土内部水化热温升。降低单位水泥用量，如果水泥用量越多，水灰比越大，则收缩就越大，优化混凝土配合比是降低混凝土水化热必要措施。

原材料选择及其品质控制:

水泥：选择水化热低的水泥，水泥入场后应分批堆放，并采取有效的防潮措施。散装水泥入场温度不超过500C。

粉煤灰：为降低混凝土水化热温升，采用双掺技术。大体积混凝土选用二级粉煤灰，改善混凝土的和易性。

外加剂：在混凝土中加入各种外加剂可以使混凝土获得必要的特性。减少水泥用量，降低水化热（通过试验外加剂在水泥用量的15%，降低水化热15%左右）。液化剂和塑化剂都有助于防止混凝土收缩裂缝的形成,同时避免出现施工冷缝，延缓混凝土水化热的开展，削减了混凝土温升。

混凝土浇筑温度控制。混凝土浇筑温度控制要从混凝土的出机温度，运输过程，入仓等三个环节进行温度控制。

混凝土出机温度的控制。砂石料尽量避免阳光曝晒引起骨料温度的大幅度升高。采用不受气温影响的井水，作为混凝土拌和用水，浇筑温度超过29℃时，采用加冰措施，用冰水拌和混凝土，使水温度降低到18℃左右。选择温度较低的季节施工，在夏季高温季节施工时，为降低浇筑温度，宜采用夜间浇筑混凝土。

混凝土在运输过程中尽量缩短混凝土的运输时间和减少曝晒时间。

混凝土入仓温度的控制。当气温高于混凝土入仓温度时，尽量缩短覆盖时间，防止热量倒灌，缩短混凝土曝晒时间。

为降低混凝土的水化热，在混凝土浇筑过程中掺人10-15%坚实无裂缝，冲洗干净，规格为150-250mm 的石块。投人石块不仅使水泥用量减少，而且石块本身也吸收热量，对降低水化热控制温度裂缝相当重要。

混凝土养护。混凝土凝固期在弹性模量和强度未达一定数值时是不具抗裂能力的。表面养护不仅有利于混凝土表面散热，而且对保证混凝土强度的增长，降低干缩应力都具有十分重要的意义。混凝土浇筑后，采用一层土工布覆盖，并始终保持混凝土表面潮湿。混凝土养护用水温度必须和混凝土尽量保持一致，以避免出现内外较大温差，养护时间不得少于15 天。

保温是防止混凝土表面裂缝的重要环节。当气温骤降，日平均气温在2-3d 内连续下降6-8℃，或昼夜温差超过上述温度幅度时，对龄期不满28 天的混凝土要采取表面保温措施，以降低混凝土内表温差，防止出现裂缝。

此外控制拆模时机，避免在夜间或气温骤降期间拆模，拆模后能够回填的部位应尽可能立即回填。

混凝土的温度测量:将铂电阻元件装人保护笼内，用导线连接铂电阻元件和温度巡测仪，经调整后，埋在指点的测温点上，巡测仪将混凝土内部温度可及时显示在数字指示盘上。

总之，为了避免混凝土裂缝的产生应注意：

严格控制水灰比；振捣要密实；凝固时间不宜过快，掺加减水剂和适量粉煤灰，促进和易性；混凝土下料不应过快；注意高温季节；注意混凝土的养护；在混凝土浇筑1～2 小时后（初凝）对混凝土进行二次振捣、二次收面；避免过长时间的混凝土搅拌等。