浅析混凝土温度裂缝产生原因及控制措施

姜柏军

摘要：混凝土材料是现代工程建设中最常见的建筑材料。在混凝土浇筑完后，可是经常会发现有很多的裂缝出现，在这些裂缝中，有些是对建筑物有害的，它们影响到建筑物的耐久性和整体性，所以，我们必须要采取相应的措施来保证建筑物的安全。在这些裂缝当中，我们遇到的主要是在施工中出现的裂缝。引起裂缝的原因是多方面的，比如混凝土的脆性和不均匀性、配合比不合理、施工不规范等等，而其中最主要的还是由于温度和湿度的变化，在大体积混凝土中，温度应力及温度控制是影响温度裂缝形成的关键，只有掌控好这个过程，才能有效的防治有害温度裂缝的出现。

关键词：混凝土材料；裂缝；温度应力；温度控制；温度裂缝

Abstract: the concrete material is modern engineering construction is the most common building materials. In the concrete casting finished, but often find that there are a lot of cracks in the cracks, some is harmful to the building, they affect the durability of the building and integrity, so, we have to take corresponding measures to ensure the safety of the building. In the cracks of the main is met in construction of cracks. Cause the cause of the tear is various, such as brittle and the concrete uniformity, mixing ratio is not reasonable, construction is not standard, and so on, and one of the main or is it due to temperature and humidity changes, in the mass concrete, temperature stress and temperature control is the influence of the temperature cracks are key, only control the process, can effective prevention harmful temperature crack to appear.

Keywords: concrete materials; Crack; Temperature stress; Temperature control; Temperature crack

中图分类号：TU528文献标识码：A 文章编号：

引言

混凝土在现代工程建设中是最常用的建筑材料，在混凝土浇筑完毕后，往往会发现有裂缝出现，这些裂缝可分为有害裂缝和无害裂缝。对于无害裂缝，我们无需处理，但是对于有害裂缝，则必须采取有效措施处理，以保证建筑安全。

形成裂缝主要是由于两方面的原因，首先，在施工中混凝土常常出現温度裂缝，影响到结构的整体性和耐久性；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。而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。

正文

1、 裂缝产生的原因

混凝土产生裂缝有很多原因，如混凝土的脆性和不均匀性、配合比不合理、施工不规范、以及原材料不合格（如碱骨料反应）、模板变形、结构不合理、基础不均匀沉降等，但主要是温度和湿度的变化。在大体积混凝土中，温度应力及温度控制是影响温度裂缝形成的关键。只有掌控好这个过程，才能有效的防治有害温度裂缝。

混凝土硬化期间有大量水化热散发出来，使得内部温度不断上升，在表面引起拉应力；外界低于混凝土内部的温度也会在混凝土表面引起很大的拉应力；后期在降温过程中，由于新混凝土受到基础或老混凝土的约束，又会在混凝土内部出现拉应力，当这些拉应力超出混凝土的抗裂能力时，即会出现裂缝。

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。如养护不及时、不到位，表面干缩变形却被内部混凝土约束也往往导致裂缝。混凝土是一种脆性材料，抗拉强度是抗压强度的1／10左右，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，在同一块混凝土中其抗拉强度又是不均匀的，存在着许多抗拉能力很低，易于出现裂缝的薄弱部位。混凝土由最高温度冷却到稳定温度，往往会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

2.1、温度应力的形成阶段

根据温度应力的形成过程可分为早期、中期和后期三个阶段：

2.1.1、早期：一般约30天，自浇筑混凝土开始至水化放热基本结束。该阶段有两个主要特征：混凝土弹性模量急剧变化，在混凝土内形成残余应力；水泥放出大量的水化热。

2.1.2、中期：自水化放热作用基本结束时起至混凝土冷却到稳定温度时止。此阶段温度应力主要是由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迭加，而此阶段混凝上的弹性模量变化不大。

2.1.3、后期：混凝土已完全冷却。温度应力主要是由外界气温变化所引起，这些应力与前两种的残余应力相迭加。

2.2、引起温度应力的原因

根据温度应力引起的原因可分为两种：

2.2.1、自生应力：边缘无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，桥梁墩身，结构尺寸相对较大，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。

2.2.2、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。如大型筏基。

这两种温度应力往往和混凝土的干缩应力共同作用。

根据已知的温度准确分析出温度应力的分布、大小是一项复杂的工作，在大多数情况下，需要依靠模型试验或数值计算，且计算温度应力时，必须考虑徐变的影响。

3、 温控和防止裂缝的措施

3.1、怎么防止温度应力

为了防止裂缝、减小温度应力，可以从控制温度变化、改善约束条件两个方面考虑。

3.1.1、控制温度的措施

3.1.1.1、采取措施减少水泥用量（如加引气剂或塑化剂、掺混合料、使用干硬性混凝土、改善骨料级配等）；

3.1.1.2、使用冰水拌合混凝土或采取措施冷却粗骨料以降低混凝土的出机温度；

3.1.1.3、采用分层法浇筑施工，每层厚度不超过500mm；

3.1.1.4、在混凝土中埋设循环水管，注入冷水循环降温；

3.1.1.5、规定合理的拆模时间，表面保温及时，避免混凝土表面温度急剧变化；

3.1.1.6、加强混凝土养护工作，尤其是施工中长期暴露的混凝土浇筑块表面或薄壁结构。

3.1.2、改善约束条件的措施是：

3.1.2.1、尽量保持每次浇筑的混凝土外形无异型；

3.1.2.2、科学、合理的划分施工缝；

3.1.2.3、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施工质量对防止裂缝是十分重要的。应特别注意不能产生贯穿裂缝，它对构件产生的威胁是非常大的，出现后要恢复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产生为主。

在工程施工中，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。但是如果混凝土温度高于气温时则应适当延长拆模时间，以免引起混凝土表面的早期裂缝。新浇筑的混凝土如果早期拆模，则会在表面引起很大的拉应力，出现“温度冲击”现象。在混凝土浇筑初期，由于水化热的散发，表面引起相当大的拉应力，此时表面温度亦较气温为高，如果此时拆除模板，那么表面温度骤降，必然引起温度梯度，从而在表面附加收缩应力，与水化热应力迭加，再加上混凝土干缩，表面的拉应力就会达到很大的数值，就容易导致裂缝，但如果在拆除模板后及时在表面覆盖轻型保湿保温材料，如塑料薄膜、泡沫海绵等，对于防止混凝土表面产生过大的拉应力，则具有显著的效果。

加温度钢筋对大体积混凝土的温度应力影响很小，因为大体积混凝土的含筋率极低，只是对一般钢筋混凝土构件有影响。在温度不太高及应力低于屈服极限的条件下，钢筋的各项性能是稳定的，而与应力状态、时间及温度无关。钢筋的线膨胀系数与混凝土线膨胀系数相差很小，在温度变化时两者间只发生很小的内应力。由于钢筋的弹性模量为混凝土弹性模量的7~15倍，当混凝土应力达到抗拉强度而开裂时，钢筋的应力将不超过100~200kg／cm2。因此，在混凝土中想要利用钢筋来防止细小裂缝的出现很困难。而且如果钢筋的直径细而间距密时，钢筋混凝土结构的表面常常会发生细而浅的裂缝，其中大多数属于干缩裂缝。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。

3.2、外加剂的使用

混凝土中存在大量毛细孔道，水蒸发后毛细管中产生毛细管张力，使混凝土干缩变形。增大毛细孔径可降低毛细管表面张力，但会使混凝土强度降低。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。根据各种不同的实际情况，选用合适的外加剂可达到减少混凝土裂缝的目的。

3.2.1、掺缓凝剂后混凝土缓凝时间适当，可有效防止水泥迅速水化放热。

3.2.2、水灰比是影响混凝土收縮的重要因素，可使用减水剂减少混凝土用水量，提高水泥浆与骨料的粘结力，增加混凝土粘聚力，提高混凝土的抗裂性能。

3.2.3、掺外加剂混凝土和易性好，表面易抹平，形成微膜，减少水分蒸发，减少干燥收缩。

3.2.4、减水剂、引气剂可使用适合的外加剂改善水泥浆的稠度，减少混凝土泌水，减少沉缩变形。

3.2.5、抗裂剂可有效的提高的混凝土抗拉强度，大幅提高混凝土的抗裂性能。

3.2.6、掺外加剂可使混凝土密实性好，可有效地提高混凝土的抗碳化性，减少碳化收缩。

目前外加剂种类繁多，且多为综合了各项性能的合成外加剂，许多都有缓凝、增加和易性、改善塑性的功能，我们在实际选用时应多进行外加剂比对和研究，比其他方式更加经济、便利。

3.3、水泥用量对收缩的影响

水泥用量也是混凝土收缩率的重要因素，可在国家规范允许的前提下，根据实际情况减少水泥用量，其体积用增加粉煤灰等替代材料来补充。

4 、混凝土的早期养护

混凝土的保温对防止表面早期裂缝尤其重要。实践证明，混凝土常见的裂缝多为不同深度的表面裂缝，其主要原因是温度梯度造成，冬季的温度骤降也容易形造成裂缝。

混凝土的早期养护，主要目的在于保持适宜的温湿条件，以使混凝土免受不利温、湿度变化的影响，防止有害的冷缩和干缩以及使水泥水化作用顺利进行而达到设计的强度和抗裂能力。

新浇筑混凝土中所含水分理论上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耗，会推迟或妨碍水泥的水化反应，表面混凝土受到这种不利影响最直接。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。适宜的温、湿度条件是相互关联的，混凝上的保温措施常常也有保湿的效果。

4．1保温应达到的要求

从温度应力观点出发，保温应达到下述要求：

4.1.1、防止混凝土内外温度差及混凝土表面温度梯度，防止表面裂缝。

4.1.2、防止混凝土表面过冷，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。

4.1.3、防止老混凝土过冷，以减少新老混凝土间的约束力。

结论

以上的初步探讨仅针对温度变化方面对混凝土开裂现象的影响和须采取的部分措施，其他还有一些影响因素需要仔细研究，不但需要研究裂缝的成因，还需要把相应预防和改善措施拟定好，并在实践应用中加以验证，最终完全避免混凝土裂缝的出现。

参考文献

[1] 王铁梦．工程结构裂缝控制[M]．北京：中国建筑工业出版社．2001

[2] 蒋亚清．混凝土外加剂应用基础[M]．北京：化学工业出版社．2004

[3] GB50496-2009 大体积施工规范[S]. 北京：中国计划出版社. 2009

[4] 建筑施工手册（第四版）[M]. 北京：中国建筑工业出版社，2003

作者简介： （1983.6—） 黑龙江省宾县 助理工程师 研究方向：建筑工程施工技术