浅谈混凝土温度应力裂缝防治

张斌程向红

1石家庄建工集团有限公司（050000）2石家庄万成民用建筑设计有限公司（050000）

设计与施工

浅谈混凝土温度应力裂缝防治

张斌1程向红2

1石家庄建工集团有限公司（050000）2石家庄万成民用建筑设计有限公司（050000）

这里对混凝土温度裂缝产生的原因、现场混凝土温度的控制和预防裂缝的措施等进行阐述。

混凝土；温度应力；裂缝控制

混凝土在现代工程建设中占有重要地位。尽管施工中采取各种措施，小心谨慎，但裂缝仍然时有出现。

1 裂缝的原因

混凝土产生裂缝有多种原因，主要原因是温度和湿度的变化，混凝土的脆性和不均匀性，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。

混凝土硬化期间水泥放出大量水化热，内部温度不断上升，在表面引起拉应力。后期在降温过程中，由于受到基础或老混凝土的约束，又会在混凝土内部出现拉应力。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。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。如果养护不周、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。混凝土是一种脆性材料,抗拉强度是抗压强度的1／10左右,短期加荷时的极限拉伸变形只有（0.6～1.0）×104，长期加荷时的极限拉伸变形也只有（1.2～2.0）×104。由于原材料不均匀，水灰比不稳定，运输和浇筑过程中出现离析现象，在同一块混凝土中抗拉强度不均匀，存在着许多抗拉能力很低，因此，容易出现裂缝。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土的边缘部位，如果结构内出现了拉应力，则须依靠混凝土自身承担。一般设计中均要求混凝土不出现拉应力或者只出现很小的拉应力。但是在施工中混凝土由最高温度冷却到正常温度，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

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30d。这个阶段有两个特征，一是水泥放出大量的水化热,二是混凝土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引起，并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。

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引起，这些应力与前两种的残余应力相叠加。

温度应力引起的原因可分为两类：

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，桥墩结构尺寸相对较大,混凝土冷却时表面温度低，内部温度高，在桥墩表面出现拉应力，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。例如，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。计算温度应力时，必须考虑徐变的影响。

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）采用改善骨料级配、用干硬性混凝土、掺混合料、加引气剂或塑化剂等措施，以减少混凝土中的水泥用量。

2）拌和混凝土时加水或用水将碎石冷却,以降低混凝土的浇筑温度。

3）热天浇筑混凝土时减少浇筑厚度，利用浇筑层面散热。

4）在混凝土中埋设水管，通入冷水降温。

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。

为保证混凝土工程质量，防止混凝土裂缝，提高混凝土的耐久性，正确使用外加剂也是减少混凝土裂缝的措施之一。

4 混凝土的早期养护

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也容易形成裂缝。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）防止混凝土内外温度差及混凝土表面梯度，防止表面裂缝。2）防止混凝土过冷，尽量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。3）防止老混凝土过冷，以减少新老混凝土间的约束。