浅析现浇钢筋混凝土温度裂缝产生的成因及控制措施

摘要：钢筋混凝土温度裂缝主要成因，提出温度裂缝控制措施

关键词：水化热；混凝土温度应力；裂缝控制；温度应力

中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：

钢筋混凝土中的水泥在水化过程中，将释放大量的热量形成不均匀非稳定温度场，产生非均匀温度变形，极易导致混凝土裂缝产生，还有施工中的混凝土的干缩也会使混凝土产生裂缝，影响到结构的整体性和耐久性。本文就钢筋混凝土温度裂缝成因及控制措施进行分析、总结。

1 裂缝产生的原因

混凝土中产生裂缝的原因有多种，主要是混凝土内部温度变化产生不均匀变形和湿度的变化引起的不均匀干缩变形叠加作用导致。混凝土是一种脆性、非匀质的脆性材料，抗压力比抗拉力大一个数量级，极易在由于温差、干缩变形的作用下产生的主拉应力作用下产生宏观裂缝。

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。

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。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。但是在凝固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

根据温度应力的形成过程可分为以下三个阶段：

（1）早期：自浇筑混凝土开始至水泥放热基本结束，一般约3天。这个阶段的两个特征，一是水泥水化放出大量的水化热，二是混凝上弹性模量的急剧变化。由于弹性模量的变化，这一时期在混凝土内形成残余应力。

（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，在此期间混凝上的弹性模量变化不大。

（3）晚期：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迭加。根据温度应力引起的原因可分为两类：

（1）自生应力：周围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，桥梁墩身，结构体积相对较大，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）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 温度的控制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：

（1）采用低热或中热的水泥品种，例如选用低水化热的粉煤灰水泥；

（2）选用质地坚硬、级配良好、颗粒洁净、低热膨胀系数、低吸水率的优质骨料改善骨料级配；

（3）加入缓凝剂，延长混凝土的凝固时间，对水化热的散失是一个有效的措施。

（4）拌合混凝土时加冰水或用水将碎石冷却以降低混凝土的浇筑温度；控制混凝土浇筑温度不宜高于30℃

（5）合理安排工期，选择最佳开盘时间

（6）热天采用薄层浇筑，利用层面散热以降低混凝土温度，浇筑厚度为30cm；（一般常用于大体积混凝土）

（7）确保钢筋保护层厚度符合设计要求

（8）在混凝土中埋设水管，通入冷水降温；（一般常用于大体积混凝土）

（9）顶层混凝土浇筑完毕后，在顶部混凝土初凝前，对其进行二次压实抹平；或在顶层混凝土振捣找平后随即用塑料薄膜粘贴在混凝土表面以减小混凝土表面与内部的温差；加强养生以增加混凝土表面湿度。

（10）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；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质量对防止裂缝是十分重要，应特别注意避免产生贯穿裂缝，出现后要恢复其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发生为主。

在混凝土的施工中，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。当混凝土温度高于外界气温时应适当考虑拆模时间，以免引起混凝土表面的早期裂缝。新浇筑早期拆模，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，此时拆除模板，表面温度骤降，必然引起温度梯度，从而在表面附加一拉应力，与水化热应力迭加，再加上混凝土干缩，表面的拉应力达到很大的数值，就有导致裂缝的危险，但如果在拆除模板后及时在表面覆盖一轻型保温材料，如塑料布、泡沫海棉等，对于防止混凝土表面产生过大的拉应力，具有显著的效果。

正确使用外加剂也是减少开裂的措施之一。例如使用减水防裂剂，在实践中总结出其主要作用为：

（1）水灰比是影响混凝土收缩的重要因素，使用减水防裂剂可使混凝土用水量减少25％。

（2）水泥用量也是混凝土收缩率的重要因素，掺加减水防裂剂的混凝土在保持混凝土强度的条件下可减少15％的水泥用量，其体积用增加骨料用量来补充。

（3）减水防裂剂可以改善水泥浆的稠度，减少混凝土泌水，减少沉缩变形。

（4）提高水泥浆与骨料的粘结力，提高的混凝土抗裂性能。

（5）混凝土在收缩时受到约束产生拉应力，当拉应力大于混凝土抗拉强度时裂缝就会产生。减水防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。

（6）掺加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。

（7）掺减水防裂剂后混凝土缓凝时间适当，在有效防止水泥迅速水化放热基础上，避免因水泥长期不凝而带来的塑性收缩增加。

（8）掺外加剂混凝土和易性好，表面易摸平，形成微膜，减少水分蒸发，减少干燥收缩.

5 结束语

以上对混凝土的施工温度和湿度与裂缝之间的关系进行了理论和实践上的初步探讨，具体施工中要靠我们具体问题具体分析多方面找原因来解决混凝土裂缝问题。

参考文献

（1）孙肖虎 冷春峰 张慧宇 《水利科技与经济》 2008 第3期

（2）谭子云 张智 李镭 《湖南交通科技》 2007 第3期

（3）刘伟 董必钦 李伟文 邢锋 《工业建筑》 2008 第7期

（4）黄子春 《混凝土》 2010 第1期