1、浅析温度对混凝土裂缝的影响 摘 要 混凝土是一种非均质脆性材料，由骨料、水泥石以及其中的气体和水组成。在温度和湿度变化的条件下，硬化并产生体积变形，由于各种材料变形不一致，互相约束而产生初始应力，造成在混凝土内出现微裂缝。这种微细裂缝的分布不规则且不连贯，在荷载或应力作用下，裂缝开始扩展，并逐渐互相贯通，从而出现较大的肉眼可见的裂缝，称为宏观裂缝，即通常所说的裂缝。本文主要分析各种因素对于混凝土裂缝的影响，尤其是温度的影响。 关键词：温度 混凝土裂缝 混凝土开裂发生的原因可能是原材料的选取与配合比的选择不当、施工方法 和措施有误、建筑物所处的条件影响以及结构不合理等。混凝土所产生的温度收缩、干
2、燥收缩、不均匀沉降、结构应力集中等都可能会导致混凝土开裂。在实际工程中 , 往往是各种因素多重作用引起混凝土开裂。宽度小于或等于 0.05mm 的裂缝通常对使用无大的危害 , 叫做无害裂缝 , 而结构物的有害裂缝不仅会降低力学性能和承载力 , 而且直接影响结构耐久性 , 缩短使用寿命。施工中应采取措施使结构尽量不出现裂缝 , 或减少裂缝的数量和宽度 , 特别是避免出现有害裂缝。 一 混凝土裂缝的类型及成因： 从微观上看，混凝土是由 水泥、砂、石、空气、水组成的多相结合体，由于混凝土的组成材料、微观构造以及所受外界影响的程度不同，混凝土裂缝类型及产生的原因也有很多种： 1、温度裂缝：大体积混凝土
3、由于水泥在水化过程中产生的大量水化热得不到散发，导致混凝土内部温度升高，当混凝土块体内部的温度与外部环境温度相差很大，以致形成因温度引起变形超过混凝土当时的抗拉强度，或极限拉伸值时，就会产生裂缝； 2、收缩裂缝：由于混凝土在硬化的过程中干缩引起的体积变形受到约束力超过一定程度，其混凝土强度不足以抵抗时而产生的裂缝，这种裂缝通常 处于应力相对集中的部位； 3、塑性塌落裂缝：在大厚度的构件中，混凝土浇筑后数小时，即可发生这种裂缝，其原因是混凝土的塑性塌落受到模板或顶部钢筋的抑制，或是在过分凸凹不平的基础上进行浇筑，或是模板沉陷、移动或是斜面浇筑的混凝土向下流淌。 4、塑性收缩裂缝：这种裂缝发生在混
4、凝土浇筑后数小时，仍处于塑性状态的时刻。在炎热或大风天气，混凝土表面水分蒸发过快以及混凝土水化热高等，都易产生这种裂缝。这类裂缝的宽度可大可小，小的细如发丝，大的可到数毫米，其长度可由数厘米到数米，深度很少超过 5cm，但薄 板则有可能被其穿透，分布的形状一般是不规则的。 5、反应裂缝：混凝土加水拌和后，水泥中的碱与活性骨料中的活性氧化硅起反应，析出的胶状碱 硅胶从周围介质中吸水膨胀，体积增大到三倍从而使混凝土胀裂产生裂缝； 6、荷载裂缝：构件承受荷载所产生的裂缝：如、构件在均布荷载或集中荷载作用下产生内力弯矩，出现垂直于构件纵轴的裂缝；构件在较大剪力作用下，产生斜裂缝，并向上、下延伸等； 7
5、、沉降裂缝：当结构的基础出现不均匀沉降时，结构构件受到强迫变形，而使结构构件开裂，随着不均匀沉陷的进一步发展 ，裂缝会进一步扩大； 8、切角裂缝：主要出现在转角处或结构刚度突变的地方。切角裂缝产生的原因很多，可能是温度、收缩、沉降等； 9、线管裂缝：主要由于 PVC等管道预埋后，因多方面原因引起的线管埋设部位的裂缝； 10、结构性裂缝：主要是结构受外力或自重作用下，材料承载力不足或不起作用，受拉或剪力破坏而产生的裂缝。 11、墙面裂缝：墙面在抹灰或者涂料涂刷后因干缩产生的裂缝； 12、异材间缝：因建筑、装饰、装修过程中，各种建筑材料之间的结合不密实而留下的缝等等。 二 裂缝的性质分析 裂缝修补
6、方案是裂缝处理施工的先决条件。施工管理人员应对裂缝进行观测，并对构件结构、混凝土施工质量进行分析，找出产生裂缝的原因，分清裂缝的类型；然后结合建筑物的各方面的具体要求，并根据裂缝的特点选择相应的裂缝修补施工工艺。 从裂缝的性质来看，裂缝可分为 “ 活动缝 ” 和 “ 死缝 ” 。 “ 活动缝 ” 是指裂缝的宽度会随着环境的变化而变化的裂缝，如温度缝、基础尚未稳定的沉降缝等。 “ 死缝 ” 是指裂缝的宽度基本不变的裂缝，如塑性裂缝、基础已稳定的沉降缝及施工冷缝等。对于 “ 活动缝 ” ，要求选 用柔性的弹性材料进行防水和封闭处理，以适应裂缝宽的变化；对于 “ 死缝 ” ，则既可选用刚性材料进行防
7、水和补强处理，也可选用柔性的弹性材料。 裂缝的修补方法在具体操作中有很多，如表面修补法、灌浆嵌缝封堵法、结构加固法、混凝土置换法、电化学防护法、仿生自愈合法等等，这些方法的使用都必须根据裂缝的性质和处理要求来具体选择 三 温度应力对裂缝的影响 混凝土中产生的裂缝有多种原因，主要是温度和湿度的变化，混凝土的脆性和不均匀性，原材料不合格（如碱骨料反映），模板变形，基础不均匀沉降等。混凝土硬 化期间水泥放出大量水热化热，内部温度不段上升，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上的约束，又会在混凝土内部出现拉应力，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
8、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。混凝土是一中脆性材料，拉抗强度是抗压强度的 1/10 左右，短期加荷时的极限拉伸变形也只有（ 0.61.0）104 ，长期加荷时的极限拉伸变形也只有（ 1.22.0） 104. 由于原材料不均匀，水灰比不稳定，及运输和浇注过程中的离析现象，在同一块混凝土中其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，拉应力只要是由钢筋来承担，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出现了拉应力，则须依靠混凝土自身承担。
9、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，但是在施工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，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。 （ 一）温度应力的形成过程 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 30 天。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
10、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叠加。 （二）根据温度应力引起的原因及分类 （ 1）自生能力：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，混凝土冷却时表面的温度低，内部温度高，在表面出现拉应力，在中间出现压应力。 （ 2）约束能力：结构的全部或部分边界受到外界的约束，不能自由变形而一起的应力，如箱梁顶板混凝土和护拦混凝土；这两种温度应力 往往和混凝土上的
11、干缩所引起的应力共同作用；想要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弛，计算温度应力时，必须考虑徐变的影响，具有计算这里就不在细述。 四、温度的控制和防止裂缝的措施 为了防止裂缝，可以从控制温度和改善约束条件两个方面着手，现场常用的措施如下： （一）控制温度的措施 （ 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的使用期的稳定温度。 （ 3）防止老混凝土过冷，以减少新老混凝土间的约束。 （ 4）采用改善
12、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。 （ 5）搅拌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。 （ 6）热天浇筑混凝土时减少浇筑厚度，最好控制在 500mm 以内，以便于表面散热；第二层浇筑必须在第一段砼初凝前浇筑完毕。 （ 7）根据混凝土浇注面积，在混凝土上中下部设 置一定数量测温管，定时测定内外温度，前 4 天每 2h 测一次， 5 7 天每 4h 测一次， 8 15 天每天一次，并及时记录，确保混凝土内外温差控制在 25.以内，做到及时观察，出现温度超偏，可通过调整养护方式来降低温差。 （ 8）规定合理的拆模时间，以免混凝土表面发生
13、急剧的温度梯度，加强保温养护措施，现场通常采取措施为混凝土浇注后先覆盖一层塑料薄膜，用麻袋装锯末，厚度 80 100?L进行中层覆盖，最后覆盖 1-2层 100mm厚岩棉被。 （ 9）夏季施工中长期暴露的混凝土浇筑块表面及侧边，设置专人撒水养护时间不 少于 14d，有条件的应对基础侧边进行覆土掩盖，避免内部水分蒸发过快，产生裂缝。 （二）改善约束条件的措施 （ 1）合理地分区分块。 （ 2）避免基础过大起伏。 （ 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，应特别主注意避免产生
14、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。 五 防止混凝土裂缝的 其他措施 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，与水化热应力叠加，再加上混凝土干缩，表面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些轻型保温材料，如泡沫海绵等，对于防止混凝土表面产生过大的拉应力，具有显著的效果。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极低，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
15、极限的条件下，钢 的各项性能是稳定，而与应力状态、时间及温度无关。钢的线胀系数与混凝土的线胀系数相差很小，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 715 倍，当内混凝土应力达到抗拉强度而开裂时，钢筋的应力将不超过 100200kg/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的数目多、间距小、宽度与深度较小了。为了保证混凝土工程质量，防止开裂，提高混凝土的耐久性，正确使用外加剂也是减少开裂的措施之一。 （ 1）混凝土中存在大量的毛细孔道 ，水蒸发后毛细管中产生毛细管张力，使混凝土干缩变形。增大毛细孔径可降低毛细管
16、表面张力，但会使混凝土强度降低。 （ 2）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%. （ 3）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。 （ 4）掺加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。 （ 5）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。 许多外加剂都有缓凝、增加和易性、改善塑性功能，我们在工程实践中应多进性这方面的研究，比单纯改善外部条件，可能会更加简洁、经济。 六 混凝土裂缝的修复方法 （一） 混凝土置
17、换法 混凝土置换法是处理严重损坏混凝土的一种有效方法，此方法是先将损坏的混凝土剔除，然后再置换入新的混凝土或其他材料。常用的置换材料有：普通混凝土或水泥砂桨、聚合物或改性聚合物混凝土或砂浆。凝土仿生自修复是根据生物体损伤修复的原理 ,在混凝土传统组份中复合特殊组份使其具有自修复功能 ,当混凝土材料出现损伤或裂缝时 ,自动触发修复反应使其愈合 ,恢复甚至提高开裂部分的强度 ,从而提高整个结构的性能混凝士自修复系统将免去有效的监听和外部修补所需的高额费用 ,节省建筑结构运行费用 ,且大大有利于建筑结构的安全性和耐久性 七 结束语 以上对混凝土的施工温度与裂缝之间的关系进行了理论和实践的初步探讨 ，虽然现在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比较统一，同时在实践中的应用效果也是比较好的，具体施工中要靠我们多观察、多比较，出现问题后多分析、多 总结，结合多种预防处理措施，混凝土的裂缝是完全可以避免的。 参考文献 赵志缙，应惠清主编，建筑施工，同济大学出版社， 1997 姚谨英主编，建筑施工技术 M，中国建筑工业出版社， 2000 李新山，孙智勇，大体积砼施工中的质量控制要点 J，辽宁建材，2006，（ 01） 注：文章内所有公式及图表请以 PDF 形式查看。
