钢筋混凝土温度控制与防裂措施

周连华

（浙江广艺建筑装饰工程有限公司，浙江 绍兴 312000）

目前以钢筋混凝土为主要结构材料的建筑物大量出现，对现代化建设起到了重要的促进作用。但在混凝土施工中很容易出现温度裂缝。其中表面裂缝又占绝大多数，而表面裂缝在一定条件下可能继续发展成贯穿性裂缝，将严重影响结构性能和使用功能。因此，合理地确定建筑物温度控制方法，采取必要的防裂措施，对于减少表面裂缝，保证建筑物的整体性和耐久性，确保工程的质量和安全，是至关重要的。尽管我们在施工中采取各种措施，但裂缝仍然时有出现。究其原因，我们对混凝土温度应力的变化不够注意是其中之一。

在大体积混凝土中，温度应力及温度控制具有重要意义。这主要是由于两方面的原因。首先，在施工中混凝土常常出现温度裂缝，影响到结构的整体性和耐久性。其次，在运转过程中，温度变化对结构的应力状态具有显著的不容忽视的影响。我们遇到的主要是施工中的温度裂缝，因此仅对施工中混凝土裂缝的成因和处理措施做探讨。

1 裂缝产生原因

混凝土中产生裂缝有多种原因，主要是温度和湿度的变化，混凝土养护不当，以及结构不合理，原材料不合格（如碱骨料反应），模板变形，基础不均匀沉降等。

1.1 混凝土硬化期间水泥放出大量水化热，内部温度不断上升，尤其是大体积混凝土内部热量不易散发，温度峰值在45-55℃，而表面因受大气温度影响，散热较快，形成内外温差，若表面养护不好，将导致混凝土表面急剧的温度变化而产生较大的降温收缩，此时表面受到内部混凝土的约束，将产生很大的拉应力（内部降温慢，受自约束而产生压应力），而混凝土早期抗拉强度低，因而出现裂缝。

1.2 在混凝土降温阶段，混凝土逐渐冷却，加上混凝土本身的收缩，当受到外部（岩基或厚大老混凝土基层或外围结构）的约束产生内部裂缝。气温的降低也会在混凝土表面引起很大的拉应力。当这些拉应力超出混凝土的抗裂能力时，即会出现裂缝。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。

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：

2.1 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。

2.2 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。

2.3 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：

2.4 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，大体积混凝土基础，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。

2.5 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。

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，具体计算就不再细述。

3 温度的控制和防止裂缝的措施

3.1 配制混凝土时，严格控制水灰比和水泥用量，应尽量选用低热或中热水泥（如矿渣水泥、粉煤灰水泥）拌制混凝土，或混掺适量粉煤灰、减水剂，或利用混凝土后期强度（60-90d），降低水泥用量以减少水化热量；选择级配良好的骨料，减少空隙率和砂率，控制砂石含泥量，降低水灰比，加强振捣，提高混凝土密实性和抗拉强度。

3.2 尽量避开炎热天气浇筑大体积混凝土，必要时可采冰水拌制混凝土，或对骨料进行喷水预冷却，以降低浇筑温度。

3.3 分层浇灌混凝土，减少浇筑厚度，每层厚度不大于300mm，大体积基础，采取分块分层间隔浇筑（间接时间为5~7d），分块厚度1.0~1.5m，以利水化热散发和减少约束作用，或每隔20~30m留一条0.7~1.0m宽后浇带，42d后再填筑，以减少温度收缩应力。

3.4 加强洒水养护，夏季应适当延长养护时间，冬季适当延缓保温和脱模时间，缓慢降温。

3.5 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；拆模时混凝土表面温度与环境温度差控制不大于25℃。

3.6 在岩石或厚大混凝土垫层上，浇筑大体积混凝土时，可铺二层沥青卷材作隔离层，以减少热作用。

3.7 蒸汽养护构件时，控制升温速度不大于250c/h，降温速度不大于200c/h，并缓慢揭盖，及时脱模，避免引起过大的温度应力。

3.8 施工中长期暴露的混凝土浇筑块表面或薄壁结构，在寒冷季节采取保温措施。

改善约束条件的措施是：

3.8.1 合理地分缝分块。

3.8.2 避免基础过大起伏。

3.8.3 合理的安排施工工序，避免过大的高差和侧面长期暴露。

此外，改善混凝土的性能，提高抗裂能力，加强养护，防止混凝土表面出现塑性收缩、沉降收缩、凝缩、干燥收缩等裂缝和温度裂缝，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温度裂缝，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，当混凝土温度高于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。新浇筑混凝土早期拆模，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，对于防止混凝土表面产生过大的拉应力，具有显著的效果。

加筋对大体积混凝土的温度应力影响很小，因为大体积混凝土的含筋率不高。只是对一般钢筋混凝土有影响。在温度不太高及应力低于屈服极限的条件下，钢的各项性能是稳定的，而与应力状态、时间及温度无关。钢的线胀系数与混凝土线胀系数相差很小，在温度变化时两者间只发生很小的内应力。由于钢的弹性模量为混凝土弹性模量的7~15倍，当混凝土应力达到抗拉强度而开裂时，钢筋的应力将不超过100~200kg/cm2。因此，在混凝土中想要利用钢筋来防止细小裂缝的出现很困难。但加筋后结构内的裂缝一般就变得数目多、间距小、宽度与深度较小了。而且如果钢筋的直径细而间距密时，对提高混凝土抗裂性的效果较好。混凝土和钢筋混凝土结构的表面常常会发生细而浅的裂缝，其中大多数属于干缩裂缝。虽然这种裂缝一般都较浅，但它对结构的强度和耐久性仍有一定的影响。

4 结束语

通过对混凝土的温度控制与防裂措施关系进行了初步探讨，虽然对于混凝土裂缝的成因和计算方法有不同的理论，但对于具体的预防和改善措施意见还是基本一致，同时在实践中的应用效果也是比较好的，我们在工程施工时要多观察、多比较，根据施工实际情况对出现的问题多分析研究、多总结经验，结合多种预防处理措施，避免混凝土的裂缝。

[1]王铁梦.工程结构裂缝控制[M].中国建筑工业出版社，2007.

[2]唐岱新，龚绍熙，周炳章.砌体结构设计规范理解与应用[M].中国建筑工业出版社，2002.