大体积混凝土温度裂缝处理探讨

胡 鑫 李国忱 于厚文

（辽宁省观音阁水库管理局，辽宁 本溪 117100）

建筑裂缝可分为结构裂缝和非结构裂缝。结构裂缝是构件的强度和刚度不足，裂缝宽度失去控制而引起的较为规律的严重裂缝，这类裂缝危及结构安全，必须对之进行补强。非结构性裂缝是指构件的强度和刚度足够，由于施工、材料、温度等原因而引起的无规律、不太严重的裂缝，此类裂缝不影响结构安全，但会影响建筑的正常使用和混凝土寿命，必须加以处理。

混凝土裂缝在水利工程中几乎无所不在。究其原因，我们对混凝土温度变化注意不够是其中之一。在大体积混凝土中，温度应力及温度控制具有重要意义。这主要是由于两方面的原因：首先，在施工中混凝土常常出现温度裂缝，影响到结构的整体性和耐久性。其次，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。我们遇到的主要是施工中的温度裂缝，因此本文仅对施工中混凝土裂缝的成因和处理措施做一探讨。

1 裂缝的成因

混凝土中产生裂缝有多种原因，主要是温度和温度的变化，混凝土的脆弱性和不均匀性，以及结构不合理，原材料不合格，模板变形，基础不均匀沉降等。混凝土在拌和、运输、振捣、凝结、硬化的过程中，水泥与水发生水化反应。水化过程中释放出大量的热能，水化反应有两次升温和两次降温过程，内部温度升高，而板面温度因外界气温有所降低。升温使混凝土内部体积膨胀，降温使混凝土表面收缩，膨胀时混凝土内部产生压应力，收缩时混凝土表面产生拉应力，当压应力和拉应力超过其抗压强度和抗拉强度时，梁板表面将发生裂缝现象。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。在钢筋混凝土中，拉应力主要是由钢筋承担，混凝土只是承受压应力。在素混凝土内或钢筋混凝土上的边缘部位如果结构内出现了拉应力，则须依靠混凝土自身承担。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，当应力出现不均时就会产生裂缝，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

根据温度应力的形成过程可分为以下三个阶段：

2.1 初期：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，二是混凝土上弹性模量的急剧变化。由于弹性模量的变化，这一时期混凝土内形成残余应力。

2.2 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，在些期间混凝土上的弹性模量变化不大。

2.3 后期：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。

根据温度应力引起的原因可分为两类：

2.3.1 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。例如，混凝土坝浇筑时，混凝土冷却时表面温度低，内部温度高，在表面出现拉应力，在中间出现压应力。

2.3.2 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。如箱梁顶板混凝土和护栏混凝土。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。要想根据已知的温度准确分析出温度应力的分布、大小是一项比较复杂性的工作。在大多数情况下，需要依靠模型试验或数值计算。混凝土的徐变使温度应力有相当大的松驰，计算温度应力时，必须考虑徐变的影响，具体计算这里就不再细述。

3 如何控制温度和防止裂缝的措施

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。

控制温度的措施如下：

3.1 采用改善骨料级配，在施工上，要求不得使用不符合设计的沙子、粗细骨料。

3.2 拌合混凝土时加冰块或用水将碎石冷却以降低混凝土的浇筑温度。

3.3 大体积浇筑混凝土时减少浇筑厚度，利用浇筑层面散热。

3.4 使用各种措施，降低混凝土。

3.5 规定合理的拆模时间，气温骤降时进行表面保温、养生、以免混凝土表面发生急剧的温度梯度，控制合理的工期，避免过早拆模。

3.6 施工中长期暴露的混凝土浇筑表面或薄壁结构，在寒冷季节采取保温措施；虽说混凝土施工程中对温度进行了控制，但不可能都达到效果，往往还会出现不同程度的裂缝。这就是需要我们加强对施工的管理，从而防止裂缝。

以上对混凝土的施工温度与裂缝之间的关系进行了理论和实践上的初步探讨，虽然学术界对于混凝土裂缝的成因和计算方法有不同的理论，但对于具体的预防和改进措施意见还是比较统一，同时在实践中的应用效果也是比较好的，具体施工中要靠我们多观察、多比较，出现问题后多分析、多总结，结合多种预防处理措施,混凝土的裂缝是完全可以避免的。