建筑工程混凝土溫度與裂縫控制

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(zhì)量也直接影響到結(jié)構(gòu)的承載性，耐久性和整體性，在現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)混凝土的裂縫問(wèn)題較為普遍，究其原因是忽視了混凝土溫度應(yīng)力的變化對(duì)混凝土開(kāi)裂的影響，因此在建筑工程中對(duì)混凝土的溫度控制和裂縫防治具有積極意義。

關(guān)鍵詞：建筑工程;混凝土;裂縫;溫度控制

隨著建筑行業(yè)的迅猛發(fā)展，混凝土以其優(yōu)良的性能在工程建設(shè)中得到廣泛的應(yīng)用，然而混凝土也存在如抗裂性能差此類難以克服的缺陷，本文對(duì)混凝土裂縫產(chǎn)生的原因，施工現(xiàn)場(chǎng)的混凝土溫度控制以及預(yù)防裂縫的措施進(jìn)行論述。

1.裂縫產(chǎn)生的原因

混凝土裂縫產(chǎn)生的原因有多種，主要是溫度和濕度的變化，混凝土的脆性和不均勻性，以及結(jié)構(gòu)不合理;原材料（如水泥）選擇不當(dāng)或原材料不合格（如堿骨料反應(yīng)）;配合比設(shè)計(jì)不合理（如水泥用量過(guò)大或水灰比過(guò)大）以及澆筑過(guò)程中水灰比不穩(wěn)定;施工環(huán)境溫度及混凝土養(yǎng)護(hù)溫度過(guò)高或過(guò)低;模板變形;混凝土上過(guò)早施加荷載（主要是活荷載）;基礎(chǔ)不均勻沉降等。

混凝土硬化期間水泥放出大量的水化熱，內(nèi)部溫度上升，表面引起拉應(yīng)力。后期降溫過(guò)程中，由于受到基礎(chǔ)或老混凝土的約束，又會(huì)在內(nèi)部和表面都引起大的拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力超出混凝土的抗裂能力時(shí)出現(xiàn)裂縫。許多混凝土的內(nèi)部濕度變化很小或變化很慢，但表面濕度可能變化較大或發(fā)生劇烈變化。如果養(yǎng)護(hù)不周，表面干縮形變受到內(nèi)部混凝土的約束，也可導(dǎo)致裂縫?；炷潦且环N脆性材料，抗拉強(qiáng)度是抗壓強(qiáng)度的1/10左右，短期加荷時(shí)的極限拉應(yīng)變?yōu)椋?.6～1.0）×104，長(zhǎng)期加荷時(shí)的極限拉伸變形也只有（1.2～2.0）×104。由于原材料不均勻，水灰比不穩(wěn)定，加上運(yùn)輸和澆筑過(guò)程中的離析現(xiàn)象，在同一塊混凝土中其抗拉強(qiáng)度又是不均勻的，易于出現(xiàn)裂縫的薄弱部位。在施工中混凝土由最高溫度冷卻到運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)期的穩(wěn)定溫度，往往在混凝土內(nèi)部引起相當(dāng)大的拉應(yīng)力。有時(shí)溫度應(yīng)力可能超過(guò)其它外荷載所引起的應(yīng)力，因此掌握溫度應(yīng)力的變化規(guī)律對(duì)于進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工極為重要。

2.溫度應(yīng)力分析

溫度應(yīng)力的形成過(guò)程大致可分為以下3個(gè)階段：⑴前期：這一階段自澆筑混凝土開(kāi)始至水泥放熱基本結(jié)束為止，通常大約需要30d的時(shí)間。在這個(gè)階段內(nèi)，混凝土?xí)霈F(xiàn)兩個(gè)明顯的物理和化學(xué)變化特征：一是水泥放出大量的水化熱，二是混凝土彈性模量急劇變化。由于彈性模量的變化，混凝土內(nèi)會(huì)形成殘余應(yīng)力。⑵中期：這一階段自水泥放熱作用基本結(jié)束時(shí)起至混凝土冷卻到穩(wěn)定溫度時(shí)止。在這個(gè)階段內(nèi)，溫度應(yīng)力主要是由于混凝土的冷卻及外界氣溫變化所引起。這些應(yīng)力與早期形成的殘余應(yīng)力疊加在一起。⑶后期：是指混凝土完全冷卻以后的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)期。這時(shí)的溫度應(yīng)力主要是由外界氣溫變化所引起，這些應(yīng)力與前兩種殘余應(yīng)力進(jìn)一步疊加。

澆筑溫度與施工時(shí)外部氣溫變動(dòng)有直接關(guān)系。外界氣溫愈高，混凝土的澆筑溫度也就會(huì)愈高;如果外界溫度降低則又會(huì)增加大體積混凝土的內(nèi)外溫度梯度，如果外界溫度下降過(guò)快，會(huì)造成很大的溫度應(yīng)力，極其容易引發(fā)混凝土的開(kāi)裂。另外，外界的濕度對(duì)混凝土的裂縫也有很大的影響，外界的濕度降低會(huì)加速混凝土的干縮，也會(huì)導(dǎo)致混凝土裂縫的產(chǎn)生。

3.施工過(guò)程溫度控制與裂縫預(yù)防

根據(jù)以上對(duì)溫度應(yīng)力的分析，可以針對(duì)不同時(shí)期的影響因素，對(duì)混凝土施工各個(gè)過(guò)程中的溫度進(jìn)行控制，以減少裂縫的產(chǎn)生。為最大程度地減少混凝土裂縫，在施工中采取了以下措施來(lái)控制溫度，取得了不錯(cuò)的施工效果，使裂縫產(chǎn)生的現(xiàn)象明顯減少。

⑴改善骨料級(jí)配，科學(xué)設(shè)計(jì)配合比。在盡量保證其強(qiáng)度的前提下，選取粒徑大、強(qiáng)度高、級(jí)配好的骨料，確定適合的水灰比、水泥用量、砂率。不宜過(guò)多增加水泥用量，坍落度不宜過(guò)大，這樣可以獲得較小的空隙率及比表面積，從而減少水泥的用量，降低水化熱，減少干縮，減小了混凝土裂縫的開(kāi)展。⑵用干硬性混凝土，摻混合料，加引氣劑或塑化劑等措施以減少混凝土中的水泥用量。合理地選用水泥，可以減少水泥水化過(guò)程中釋放的熱量，降低混凝土內(nèi)溫度梯度。對(duì)于大體積混凝土應(yīng)該選擇低熱或者中熱的水泥品種，而水泥釋放溫度的大小及速度取決于水泥內(nèi)的礦物成分，水泥礦物中發(fā)熱速率最快和發(fā)熱量最大的是鋁酸三鈣，其他成分依次為硅酸三鈣、硅酸二鈣和鐵鋁酸四鈣;另外，水泥越細(xì)發(fā)熱速率越快，但是不影響最終發(fā)熱量。因此在大體積混凝土施工中應(yīng)盡量使用礦渣硅酸鹽水泥、火山灰水泥等低熱水泥。⑶拌合混凝土?xí)r加水或用水將碎石冷卻以降低混凝土的澆筑溫度，熱天澆筑混凝土?xí)r減少澆筑厚度，利用澆筑層面散熱;在混凝土中埋設(shè)水管，通入冷水降溫。⑷規(guī)定合理的拆模時(shí)間，氣溫驟降時(shí)進(jìn)行表面保溫，以免混凝土表面發(fā)生急劇的溫度梯度變化;施工中長(zhǎng)期暴露的混凝土澆筑塊表面或薄壁結(jié)構(gòu)，在寒冷季節(jié)應(yīng)采取保溫措施。

4.制定合理的施工方案，加強(qiáng)施工管理

⑴合理安排施工工序，避免高差過(guò)大或側(cè)面長(zhǎng)期暴露。合理調(diào)整施工進(jìn)度，避免在夏季和冬季極端氣候條件下進(jìn)行混凝土施工;高溫季節(jié)進(jìn)行澆筑混凝土作業(yè)時(shí)應(yīng)適當(dāng)減少澆筑厚度，并利用澆筑層面散熱。⑵嚴(yán)格按規(guī)定的配料單進(jìn)行配料，水、水泥、砂、石子均應(yīng)事先稱重，稱量偏差控制在允許偏差范圍內(nèi)。拌和程序和拌和時(shí)間應(yīng)嚴(yán)格按操作要求進(jìn)行。⑶夏季施工時(shí)注意降低混凝土澆筑溫度，應(yīng)從降低混凝土出機(jī)口溫度，減少運(yùn)輸和倉(cāng)面的溫度回升兩方面入手;冬季施工時(shí)注意混凝土保溫，在合理的時(shí)間內(nèi)拆模，氣溫驟降時(shí)還要進(jìn)行表面保溫。⑷澆筑倉(cāng)面控制?；炷亮芽p一般最先出現(xiàn)在混凝土的薄弱部位，所以在施工過(guò)程中應(yīng)最大限度地減少薄弱部位。⑸二次抹壓?；炷翝仓戤叄▔撼尚?。在混凝土初凝前進(jìn)行二次抹壓，消除因混凝土干縮、塑性收縮產(chǎn)生表面裂縫，以增加表面混凝土密實(shí)度。二次抹壓對(duì)消除以上原因產(chǎn)生的混凝土表面裂縫效果顯著。

5.結(jié)語(yǔ)

混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫的原因相當(dāng)復(fù)雜，以上僅對(duì)施工溫度與裂縫之間的關(guān)系進(jìn)行了初步探討，即導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生的主要原因是水泥硬化過(guò)程中釋放大量的水化熱所產(chǎn)生的溫度應(yīng)力超過(guò)了混凝土的極限抗拉強(qiáng)度。所以如何控制混凝土水化熱升溫和結(jié)構(gòu)物體內(nèi)外溫差是能否產(chǎn)生裂縫的關(guān)鍵。施工中要充分考慮混凝土原材料的選擇，配合比的優(yōu)化，適當(dāng)?shù)負(fù)交旌狭稀⑼饧觿﹣?lái)提高混凝土的性能。同時(shí)注意澆筑方法、層厚、入倉(cāng)溫度、體積變形及徐變、外界水溫、氣溫變化及養(yǎng)護(hù)等，這些在實(shí)踐應(yīng)用中收到了良好的效果。

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