混凝土结构温度裂缝成因分析及防治措施

摘要：近年来,随着钢筋混凝土结构的复杂化,以及商品混凝土的大量推广和混凝土强度等级的提高,结构裂缝出现机率大大增加,有些已危及结构的安全性和耐久性,有的地下工程裂渗已影响其使用功能。本文以温度裂缝为例，从温度裂缝的成因和分类出发，提出了防治温度裂缝的几项措施。

关键词：混凝土结构；温度裂缝；成因；

Abstract: In recent years, with the reinforced concrete structure of the complex, as well as commodity concrete widely popularized and enhanced concrete strength, structure crack probability increases greatly, some have endanger the safety and durability of the structure, some underground engineering crack and leakage has influenced its function. This paper take the temperature crack as an example, from the temperature crack origin and the classification of the temperature crack, puts forward the prevention measures.

Key words: concrete; temperature crack; cause

TU375

引言：混凝土在凝结硬化过程中，由于水泥释放大量的水化热，在表面和内部先后出现较大的温差变化而引起拉应力；外部气温骤降也会在混凝土表面引起较大的拉应力，当这些拉应力超出混凝土的抗裂能力时即会出现裂缝。

一、温度裂缝产生的原因

1、水泥的水化热

水泥水化过程中所释放出的热量，会引起结构物20℃～30℃的升温，这些热量聚集在结构物内部，其温升随结构物的厚度增加而加大。无论混凝土在温升阶段，还是温降阶段，因内部水化热不易散失，所以结构物中心温度总是高于混凝土表面温度。此外，混凝土内外散热速度的不同，使得结构物中心混凝土的膨胀速率大于表面，在内部压应力、表面拉应力作用下，当温度梯度达到一定程度时，混凝土表面就会产生裂缝。

2、气温变化影响

混凝土施工阶段，受外界气温变化影响较大，特别是外界温度下降或骤降，大大增加了混凝土内外部混凝土的温度梯度，此温差变形与温度应力成正比，温差愈大，温度应力也愈大，混凝土发生裂缝的几率就越大。

3、混凝土的收缩变形

理论上，混凝土凝固过程中约有80％的水分将被蒸发，水分的蒸发过程会引起混凝土体积的收缩，这种收缩变形一旦受到约束条件的限制和影响，就会引起混凝土结构物的开裂。

二、温度应力分析

1、根据温度应力的形成过程可分为以下三个阶段：

1.1早期

自浇筑混凝土开始至水泥放热基本结束，一般约30天。这个阶段的两个特征，一是水泥放出大量的水化热，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。

1.2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，在此期间混凝土的弹性模量变化不大。

1.3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。

2、根据温度应力引起的原因可分为两类：

2.1自生应力：边界上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。如箱粱顶扳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。

三、实际工程操作中防治温度裂缝的几大措施

1、设计方面

1.1根据实际情况采取合理的结构形式进行分块、分层和分时段的浇筑形式，应对各分层之间混凝土浇筑的时间提出要求，保证每层表面水化热的散发，尽量降低约束作用。应根据温度裂缝的要求分块设置水平施工缝，并设置合理的连接方式。

1.2设计时应选用强度等级在C20～C35的低强度混凝土。由于高强混凝土呈现“脆性”易产生裂缝，而且工程造价较高，所以应避免采用水化热较高的高强度混凝土。

1.3进行结构设计时，应对分布钢筋进行合理设置，尽量采用小直径钢筋、采取密间距布置等对降低混凝土裂缝有较好效果的配筋方式，以减少裂缝出现的程度及概率。

2、原材料的选择方面

2.1水泥的选择

水泥的水化热，直接影响混凝土的温升。因此在保证建筑物设计强度的前提下，应选用低热或者中热的C3S及C3A等水泥，并宜对低矿碴、火山灰质等水泥优先选用。并应按照《水泥水化热试验方法(直接法)》等行业标准对所选定的水泥进行水化热测定。

2.2粗、细骨料的选择

a) 为达到设计要求,同时又能发挥水泥的有效作用，应优先选用自然连续级配的粗骨料，因其配制的混凝土所具有的较好的和易性，可有效减少水泥用量，并达到相应的强度。

b) 由于采用碎石拌制的混凝土，其强度较高，并具有良好的抗裂性能，所以选择粗骨料时，宜优先选用碎石。

c) 经验数据表明，当选用中粗砂做细骨料时，可减少混凝土水泥用量，而水泥用量的减少，有利于降低绝热温升，所以，宜采用中粗砂做细骨料。

d) 粗、细骨料均应对含泥量进行严格控制，因为含泥量一旦超标，混凝土的收缩性会大幅度提高，而抗拉强度大大下降，加剧了混凝土的温度裂缝。

3、施工方面

3.1控制混凝土的出机温度

为有效降低混凝土的出机温度，可采取降低石子温度的方法，如夏日气温较高时，为防止太阳热能的聚集，可在砂、石堆施工现场搭设遮阳设施，或采取向骨料喷射水雾和冷水冲洗骨料等方式降低混凝土的出机温度。

3.2降低浇筑温度

浇筑温度对混凝土整体温度的影响较大，施工中首先应对骨料与拌和水的温度进行控制，其次，混凝土浇筑温度不宜超过30℃。

3.3合理设计浇筑方式

施工时，应根据混凝土的初凝时间、供应能力等综合技术条件确定浇筑方式。通常，应将分层连续浇筑、分段分层踏步式推进浇筑等浇筑方法科学、合理地结合起来。

3.4做好温度测试

采用建筑电子测温仪测温.两次浇筑分别设了10个和7个测温断面,每个测温断面分别在上、中、下及覆盖层下埋设测温传感器,在浇筑混凝土后的5d内,每2h测读一次温度,同时监测气温.实测结果与理论计算,可看出,理论计算与实测数据很接近,可作为以后制定保温保湿措施的依据。

四、混凝土早期养护

实践证明,混凝土常见的裂缝,大多数是不同深度的表面裂缝,其主要原因是温度梯度造成寒冷地区的温度骤降。因此,混凝土的保温对防止表面早期裂缝尤其重要。从温度应力观点出发,保温应达到下述要求:

1、防止混凝土超冷,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。

2、防止混凝土内外温度差及混凝土表面梯度,防止表面裂缝。

3、防止老混凝土过冷,以减少新老混凝土间的约束。混凝土的早期养护,主要目的在于保持适宜的温湿条件,以达到2个方面的效果,一方面使混凝土免受不利温、湿度变形的侵袭,防止有害的冷缩和干缩;另一方面使水泥水化作用顺利进行,以期达到设计的强度和抗裂能力。

参考文献：

【1】陈裕新.浅析钢筋混凝土裂缝的预防和控制[J].中国高新技术企业,2009(11):178.

【2】聂力.高层建筑混凝土基础温度裂缝控制探讨[J].建筑科学，2010，（04）：80.

作者简介：曾晓云( 1977- ), 女, 硕士,讲师,主要从事建筑结构的教学与研究工作。