淺談大體積鋼筋混凝土施工中溫度裂縫的成因及防治措施

趙金鎮(zhèn)　洪芝芳

【摘 要】混凝土裂縫的產生在鋼筋混凝土構件施工過程中一個普遍存在的質量問題，本文分析工程施工中遇到的因溫度變化導致鋼筋混凝土產生裂縫的原因，并針對性的提出控制裂縫產生的預防措施。

【關鍵詞】鋼筋混凝土；溫度裂縫；施工；防治措施

0.前言

鋼筋混凝土構件具有原材料豐富、造價低、可澆筑成多種斷面形狀、良好的耐久性及承載力等優(yōu)勢而被普遍應用于建筑工程中。因混凝土抗拉性差，鋼筋混凝土構件極易出現裂縫。據調查資料顯示，工程構件裂縫產生的原因中約20%為荷載不合理，約80%為自身變化變形引起的[1]。溫度變化是最主要的變化變形因素，特別對大體積鋼筋混凝土結構而言，因水泥產生大量的水化熱，造成混凝土的溫度應力與內部溫度劇烈變化，致使混凝土出現裂縫，對結構的耐久性與整體性造成嚴重影響。本文探討混凝土溫度裂縫形成的因素，并提出控制溫度裂縫的措施。

1.產生溫度裂縫的原因

1.1混凝土的水化熱

大體積鋼筋混凝土構件澆筑后，水泥與水發(fā)生反應釋放出數量巨大的水化熱，導致混凝土構件的內部溫度快速升高，一般在3至5天內升至最高值。因溫度變化引起體積脹縮，特別是降溫過程中，隨混凝土的齡期不斷增長、強度與彈性模量的提高，其約束混凝土降溫收縮的作用力逐漸增大，產生拉應力較大，導致混凝土出現裂縫。最初階段時微量裂縫可使應力集中，裂縫存在逐漸變大的可能性。因混凝土不是熱的良導體，散熱緩慢，澆筑之后，大體積鋼筋混凝土的內部溫度大大超出表面溫度，出現內脹外縮，構件外表形成很大的拉應力導致混凝土發(fā)生開裂。

1.2外界的氣溫變化

外界的氣溫變化直接影響混凝土的澆筑溫度與內外溫差控制。在高溫季節(jié)施工，外界氣溫越高，澆筑的溫度越高，大體積鋼筋混凝土結構內部溫度通常高達60至80°C[2]。低溫季節(jié)施工時也會極大提高混凝土構件內外溫差?；炷羶韧鉁囟炔痪鈽O易形成溫度應力，溫差越大生產的溫度應力越大，越容易引起混凝土發(fā)生開裂。

1.3混凝土的收縮變形

理論上，混凝土構件澆筑時水泥的水灰比約為0.38，但施工過程中，為了提高混凝土的和易性，水灰比常常高達0.40～0. 45，剩余的水分會在后期蒸發(fā)，導致混凝土干縮變形，使混凝土出現開裂。

1.4約束條件

結構發(fā)生變形時必定受到不同程度的抑制，即約束。約束類型有：外約束，即不同結構間的約束；內約束，即結構內部的各個質點間相互約束。約束的存在阻礙結構自由變形導致應力產生，如護欄混凝土、頂板混凝土及箱梁等。大體積的混凝土構件常受到外約束，當混凝土構件澆筑完成后，因發(fā)生各種變形，處于約束狀態(tài)下不同結構相互產生應力，形成混凝土裂縫。

2.溫度應力分析

2.1溫度應力形成時期

早期：混凝土開始澆筑至水泥熱量基本釋放結束，通常約30天。該階段的特征：一是水泥大量釋放水化熱，二是混凝土的彈性模量發(fā)生急劇變化。受彈性模量變化影響，混凝土內可產生殘余應力；中期：水泥放熱結束至混凝土溫度下降到一穩(wěn)定值為止，該時期的溫度應力是由混凝土冷卻與外界的氣溫變化造成的，該應力與早期的殘余應力疊加，混凝土彈性模量的變化較小。晚期：混凝土冷卻之后的運轉階段。溫度應力由外界的氣溫變化引起，并與前兩種應力的殘余部分相疊加。

2.2溫度應力類型

依溫度應力形成原因將其分為：（1）約束應力：部分或全部邊界存在外界約束的結構，無法自由變形從而產生應力。如護欄混凝土、頂板混凝土等。這兩類溫度應力常與混凝土干縮產生的應力共同起作用。（2）自生應力：完全靜止或邊界無任何約束的結構，若內部溫度分布呈非線性狀，因結構內部各質點相互約束而產生溫度應力。如橋梁墩身，具有較大的結構尺寸，混凝土在冷卻階段表面的溫度低，內部的溫度高，結構表面表現拉應力，結構內部表現為壓應力。

3.施工中溫度控制與裂縫的預防措施

3.1裂縫產生的防治措施

3.1.1控制溫度的措施

（1）采取優(yōu)化骨料級配，摻入混合料，使用干硬型混凝土等措施降低混凝土拌和物中水泥用量。

（2）高溫期進行混凝土澆筑時澆筑厚度宜薄些，利用表面進行散熱。

（3）混凝土拌合時加入冰塊或用水冷卻碎石以使混凝土澆筑時的溫度大大降低。

（4）寒冷季節(jié)施工時，對長時間暴露的結構表面或者薄壁結構宜采取相應的保溫措施。

（5）合理安排拆模時間，外界溫度驟降時采取相應保溫措施，防止混凝土表層形成急劇溫度梯度。

3.1.2裂縫形成的控制措施

（1）防止基礎上表面的橫截面或者高差過大。

（2）對混凝土進行合理的分塊分縫。

（3）對施工工序進行合理安排，防止大高差存在長期暴露現象。

混凝土澆筑后，因水化熱的釋放，表面產生的拉應力較大，表面溫度遠高于氣溫，此時將模板拆除，表面溫度會驟降，產生溫度梯度，使表面產生另一拉應力，與前一應力迭加，再因混凝土的干縮影響，可導致裂縫產生，但若模板拆除后立即用輕型的保溫材料覆蓋表面，有效避免混凝土表面形成過大拉應力。對于大體積混凝土，加筋對其溫度應力的影響較小，因為其含筋率十分低。加筋只對常規(guī)鋼筋混凝土構件有影響。在溫度較低與應力小于屈服極限前提下，鋼筋各項性能不受時間、溫度及應力狀態(tài)影響。鋼筋的線脹系數大小接近混凝土的，當溫度波動時兩者間僅產生極小的應力[3]。因鋼筋的彈性模量是混凝土的7至15倍，當內部混凝土的應力超過抗拉強度產生裂縫時，鋼筋應力低于100～200kg/cm2。故加筋無法有效預防混凝土形成細小的裂縫。

3.1.3合理運用外加劑

大部分外加劑均具提高和易性、緩凝、改良塑性等功能，在工程中應在實驗室進行多方面的外加劑配比試驗，以找出最優(yōu)的配比方案。工程實踐中，外加劑主要作用有：

（1）水泥用量直接影響混凝土收縮，在保證混凝土強度基礎上，混凝土中摻入減水防裂劑可使水泥用量降低15%，并用骨料補充其體積[4]。

（2）水灰比對混凝土收縮有重要影響，采用減水防裂劑能夠使用水量降低25%。

（3）減水防裂劑具有改良水泥漿稠度，降低混凝土的泌水量，控制沉縮變形。

（4）外加劑可增加混凝土的密實性，增強混凝土抗碳化性，降低碳化收縮。

（5）增強水泥漿粘結骨料的牢固性，增加混凝土的抗裂性能。

3.2混凝土的養(yǎng)護

保溫措施應滿足以下要求：

（1）避免混凝土過冷，應采取相應措施使混凝土在施工階段的最低溫度高于使用階段的穩(wěn)定溫度。

（2）避免混凝土構件表面梯度與混凝土的內外溫度過度失衡，預防產生表面裂縫。

（3）防止成型混凝土溫度過低，以降低新澆筑混凝土與成型混凝土的相互約束。對混凝土進行早期養(yǎng)護，是為了保持適度的溫濕狀況，以實現兩個目標，一是最大限度降低不利濕、溫度變形對混凝土的侵襲，避免有害的干縮與冷縮。二是使水泥的水化過程順利展開，以實現設計的抗裂能力與強度。混凝土的溫濕度是相互作用的，保溫措施通常也會有保濕的功能。理論上，新澆筑的混凝土構件所含水分滿足了水泥水化過程對水的需求且有剩余。但因蒸發(fā)等因素影響常造成水分損失，妨礙或者推遲水泥水化反應，該不利因素可直接影響表層的混凝土。故混凝土結構澆筑后的早期養(yǎng)護尤為關鍵，應予以重視。

4.結束語

鋼筋混凝土構件因溫度變化引起構件產生裂縫是一種較為常見的現象，裂縫不僅降低構件的抗?jié)B性能，影響其使用功能，而且易造成鋼筋銹蝕，使材料耐久性降低，縮短結構的使用壽命。因此需仔細分析溫度裂縫的形成原因，并采取有效的措施防止裂縫的發(fā)生、發(fā)展。只要充分考慮設計、材料選用、施工工藝及后期養(yǎng)護等方面存在的各種影響因素，還是可以有效的避免結構開裂。 [科]

【參考文獻】

[1]劉洋.淺談混凝土施工溫度裂縫的原因及預防措施[J].科技資訊，2011，（02）：102.

[2]張紅帥，鮑安紅，陳明龍.混凝土溫度裂縫研究與控制[J].山西建筑，2009，35（33）：139-140.

[3]徐秋林.大體積混凝土溫度裂縫成因分析及控制方法[J].路基工程，2009，（03）：181-182.

[4]林東輝.底板大體積混凝土防止溫度裂縫的技術措施[J].山西建筑，2009，35（30）：138-139.