建筑工程混凝土温度与裂缝控制

孟加敏

摘要：混凝土在建筑工程占有重要地位，混凝土工程的質量也直接影响到结构的承载性，耐久性和整体性，在现场施工过程中发现混凝土的裂缝问题较为普遍，究其原因是忽视了混凝土温度应力的变化对混凝土开裂的影响，因此在建筑工程中对混凝土的温度控制和裂缝防治具有积极意义。

关键词：建筑工程;混凝土;裂缝;温度控制

随着建筑行业的迅猛发展，混凝土以其优良的性能在工程建设中得到广泛的应用，然而混凝土也存在如抗裂性能差此类难以克服的缺陷，本文对混凝土裂缝产生的原因，施工现场的混凝土温度控制以及预防裂缝的措施进行论述。

1.裂缝产生的原因

混凝土裂缝产生的原因有多种，主要是温度和湿度的变化，混凝土的脆性和不均匀性，以及结构不合理;原材料（如水泥）选择不当或原材料不合格（如碱骨料反应）;配合比设计不合理（如水泥用量过大或水灰比过大）以及浇筑过程中水灰比不稳定;施工环境温度及混凝土养护温度过高或过低;模板变形;混凝土上过早施加荷载（主要是活荷载）;基础不均匀沉降等。

混凝土硬化期间水泥放出大量的水化热，内部温度上升，表面引起拉应力。后期降温过程中，由于受到基础或老混凝土的约束，又会在内部和表面都引起大的拉应力，当拉应力超出混凝土的抗裂能力时出现裂缝。许多混凝土的内部湿度变化很小或变化很慢，但表面湿度可能变化较大或发生剧烈变化。如果养护不周，表面干缩形变受到内部混凝土的约束，也可导致裂缝。混凝土是一种脆性材料，抗拉强度是抗压强度的1/10左右，短期加荷时的极限拉应变为（0.6～1.0）×104，长期加荷时的极限拉伸变形也只有（1.2～2.0）×104。由于原材料不均匀，水灰比不稳定，加上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，易于出现裂缝的薄弱部位。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。有时温度应力可能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.温度应力分析

温度应力的形成过程大致可分为以下3个阶段：⑴前期：这一阶段自浇筑混凝土开始至水泥放热基本结束为止，通常大约需要30d的时间。在这个阶段内，混凝土会出现两个明显的物理和化学变化特征：一是水泥放出大量的水化热，二是混凝土弹性模量急剧变化。由于弹性模量的变化，混凝土内会形成残余应力。⑵中期：这一阶段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。在这个阶段内，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叠加在一起。⑶后期：是指混凝土完全冷却以后的运转时期。这时的温度应力主要是由外界气温变化所引起，这些应力与前两种残余应力进一步叠加。

浇筑温度与施工时外部气温变动有直接关系。外界气温愈高，混凝土的浇筑温度也就会愈高;如果外界温度降低则又会增加大体积混凝土的内外温度梯度，如果外界温度下降过快，会造成很大的温度应力，极其容易引发混凝土的开裂。另外，外界的湿度对混凝土的裂缝也有很大的影响，外界的湿度降低会加速混凝土的干缩，也会导致混凝土裂缝的产生。

3.施工过程温度控制与裂缝预防

根据以上对温度应力的分析，可以针对不同时期的影响因素，对混凝土施工各个过程中的温度进行控制，以减少裂缝的产生。为最大程度地减少混凝土裂缝，在施工中采取了以下措施来控制温度，取得了不错的施工效果，使裂缝产生的现象明显减少。

⑴改善骨料级配，科学设计配合比。在尽量保证其强度的前提下，选取粒径大、强度高、级配好的骨料，确定适合的水灰比、水泥用量、砂率。不宜过多增加水泥用量，坍落度不宜过大，这样可以获得较小的空隙率及比表面积，从而减少水泥的用量，降低水化热，减少干缩，减小了混凝土裂缝的开展。⑵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。合理地选用水泥，可以减少水泥水化过程中释放的热量，降低混凝土内温度梯度。对于大体积混凝土应该选择低热或者中热的水泥品种，而水泥释放温度的大小及速度取决于水泥内的矿物成分，水泥矿物中发热速率最快和发热量最大的是铝酸三钙，其他成分依次为硅酸三钙、硅酸二钙和铁铝酸四钙;另外，水泥越细发热速率越快，但是不影响最终发热量。因此在大体积混凝土施工中应尽量使用矿渣硅酸盐水泥、火山灰水泥等低热水泥。⑶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，热天浇筑混凝土时减少浇筑厚度，利用浇筑层面散热;在混凝土中埋设水管，通入冷水降温。⑷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变化;施工中长期暴露的混凝土浇筑块表面或薄壁结构，在寒冷季节应采取保温措施。

4.制定合理的施工方案，加强施工管理

⑴合理安排施工工序，避免高差过大或侧面长期暴露。合理调整施工进度，避免在夏季和冬季极端气候条件下进行混凝土施工;高温季节进行浇筑混凝土作业时应适当减少浇筑厚度，并利用浇筑层面散热。⑵严格按规定的配料单进行配料，水、水泥、砂、石子均应事先称重，称量偏差控制在允许偏差范围内。拌和程序和拌和时间应严格按操作要求进行。⑶夏季施工时注意降低混凝土浇筑温度，应从降低混凝土出机口温度，减少运输和仓面的温度回升两方面入手;冬季施工时注意混凝土保温，在合理的时间内拆模，气温骤降时还要进行表面保温。⑷浇筑仓面控制。混凝土裂缝一般最先出现在混凝土的薄弱部位，所以在施工过程中应最大限度地减少薄弱部位。⑸二次抹压。混凝土浇筑完毕，抹压成型。在混凝土初凝前进行二次抹压，消除因混凝土干缩、塑性收缩产生表面裂缝，以增加表面混凝土密实度。二次抹压对消除以上原因产生的混凝土表面裂缝效果显著。

5.结语

混凝土结构产生裂缝的原因相当复杂，以上仅对施工温度与裂缝之间的关系进行了初步探讨，即导致裂缝产生的主要原因是水泥硬化过程中释放大量的水化热所产生的温度应力超过了混凝土的极限抗拉强度。所以如何控制混凝土水化热升温和结构物体内外温差是能否产生裂缝的关键。施工中要充分考虑混凝土原材料的选择，配合比的优化，适当地掺混合料、外加剂来提高混凝土的性能。同时注意浇筑方法、层厚、入仓温度、体积变形及徐变、外界水温、气温变化及养护等，这些在实践应用中收到了良好的效果。

参考文献：

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