混凝土在現(xiàn)代工程建設中占有重要地位。然而，盡管我們在施工中采取各種措施，混凝土的裂縫問題在建筑工程中卻仍然存在。在大體積混凝土中，溫度應力及溫度控制具有重要意義，這主要是由于兩方面的原因。首先，在施工中混凝土常常出現(xiàn)溫度裂縫，影響到結構的整體性和耐久性。其次，在運轉過程中，溫度變化對結構的應力狀態(tài)具有顯著的不容忽視的影響。我們遇到的主要是施工中的溫度裂縫，因此本文僅對施工中混凝土裂縫的成因和處理措施作一探討。

裂縫原因

　　混凝土中產生裂縫有多種原因，主要是溫度和濕度的變化，混凝土的脆性和不均勻性，以及結構不合理、原材料不合格（如堿骨料反應）、模板變形、基礎不均勻沉降等。

　　混凝土硬化期間水泥放出大量水化熱，內部溫度不斷上升，在表面引起拉應力。后期在降溫過程中，由于受到基礎或老混凝土的約束，又會在混凝土內部出現(xiàn)拉應力。氣溫的降低也會在混凝土表面引起很大的拉應力。當這些拉應力超出混凝土的抗裂能力時，即會出現(xiàn)裂縫。許多混凝土的內部濕度變化很小或變化較慢，但表面濕度可能變化較大或發(fā)生劇烈變化。如養(yǎng)護不周、時干時濕，表面干縮形變受到內部混凝土的約束，也往往導致裂縫。

　　混凝土是一種脆性材料，抗拉強度是抗壓強度的1／10左右，短期加荷時的極限拉伸變形只有（0.6～1.0）×104，長期加荷時的極限位伸變形也只有（1.2～2.0）×104。由于原材料不均勻、水灰比不穩(wěn)定、運輸和澆筑過程中的離析現(xiàn)象，在同一塊混凝土中其抗拉強度又是不均勻的，存在著許多抗拉能力很低，易于出現(xiàn)裂縫的薄弱部位。在鋼筋混凝土中，拉應力主要是由鋼筋承擔，混凝土只是承受壓應力。在素混凝土內或鋼筋混凝土的邊緣部位如果結構內出現(xiàn)了拉應力，則須依靠混凝土自身承擔。一般設計中均要求不出現(xiàn)拉應力或者只出現(xiàn)很小的拉應力。但是在施工中混凝土由最高溫度冷卻到運轉時期的穩(wěn)定溫度，往往在混凝土內部引起相當大的拉應力。有時溫度應力可超過其它外荷載所引起的應力，因此掌握溫度應力的變化規(guī)律對于進行合理的結構設計和施工極為重要。

溫度應力的分析

　　根據(jù)溫度應力的形成過程可分為以下三個階段：

　　早期：自澆筑混凝土開始至水泥放熱基本結束，一般約30天。這個階段的兩個特征，一是水泥放出大量的水化熱。二是混凝土彈性模量的急劇變化。由于彈性模量的變化，這一時期在混凝土內形成殘余應力。

　　中期：自水泥放熱作用基本結束時起至混凝土冷卻到穩(wěn)定溫度時止，這個時期中，溫度應力主要是由于混凝土的冷卻及外界氣溫變化所引起，這些應力與早期形成的殘余應力相疊加，在此期間混凝土的彈性模量變化不大。

　　晚期：混凝土完全冷卻以后的運轉時期。溫度應力主要是外界氣溫變化所引起，這些應力與前兩種的殘余應力相疊加。

　　根據(jù)溫度應力引起的原因可分為兩類：

　　自生應力：邊界上沒有任何約束或完全靜止的結構，如果內部溫度是非線性分布的，由于結構本身互相約束而出現(xiàn)的溫度應力。例如，橋梁墩身，結構尺寸相對較大，混凝土冷卻時表面溫度低，內部溫度高，在表面出現(xiàn)拉應力，在中間出現(xiàn)壓應力。

　　約束應力：結構的全部或部分邊界受到外界的約束，不能自由變形而引起的應力。如箱梁頂板混凝土和護欄混凝土。

　　這兩種溫度應力往往和混凝土的干縮所引起的應力共同作用。

　　要想根據(jù)已知的溫度準確分析出溫度應力的分布、大小是一項比較復雜的工作。在大多數(shù)情況下，需要依靠模型試驗或數(shù)值計算?；炷恋男熳兪箿囟葢τ邢喈敶蟮乃沙?，計算溫度應力時，必須考慮徐變的影響，具體計算這里就不再細述。

溫度的控制和防止裂縫的措施

　　為了防止裂縫，減輕溫度應力可以從控制溫度和改善約束條件兩個方面著手。

　　控制溫度的措施如下：

　　采用改善骨料級配，用干硬性混凝土，摻混合料，加引氣劑或塑化劑等措施以減少混凝土中的水泥用量。

　　拌和混凝土時加水或用水將碎石冷卻以降低混凝土的澆筑溫度。

[Page]

　　熱天澆筑混凝土時減少澆筑厚度，利用澆筑層面散熱。

　　在混凝土中埋設水管，通入冷水降溫。

　　規(guī)定合理的拆模時間，氣溫驟降時進行表面保溫，以免混凝土表面發(fā)生急劇的溫度梯度。

　　施工中長期暴露的混凝土澆筑塊表面或薄壁結構，在寒冷季節(jié)采取保溫措施。

　　改善約束條件的措施：

　　合理地分縫分塊；避免基礎過大起伏；合理地安排施工工序，避免過大的高差和側面長期暴露。

　　此外，改善混凝土的性能，提高抗裂能力，加強養(yǎng)護，防止表面干縮，特別是保證混凝土的質量對防止裂縫十分重要，應特別注意避免產生貫穿裂縫，出現(xiàn)后要恢復其結構的整體性是十分困難的，因此施工中應以預防貫穿性裂縫的發(fā)生為主。

　　在混凝土的施工中，為了提高模板的周轉率，往往要求新澆筑的混凝土盡早拆模。當混凝土溫度高于氣溫時應適當考慮拆模時間，以免引起混凝土表面的早期裂縫。新澆筑早期拆模，在表面引起很大的拉應力，出現(xiàn)“溫度沖擊”現(xiàn)象。在混凝土澆筑初期，由于水化熱的散發(fā)，表面引起相當大的拉應力，此時表面溫度亦較氣溫為高，若拆除模板，表面溫度驟降，必然引起溫度梯度，從而在表面附加一拉應力，與水化熱應力疊加，再加上混凝土干縮，表面的拉應力達到很大的數(shù)值，就有導致裂縫的危險，但如果在拆除模板后及時在表面覆蓋一輕型保溫材料，如泡沫海綿等，則對防止混凝土表面產生過大的拉應力具有顯著效果。

　　加筋對大體積混凝土的溫度應力影響很小，因為大體積混凝土的含筋率極低。只是對一般鋼筋混凝土有影響。在溫度不太高及應力低于屈服極限的條件下，鋼的各項性能是穩(wěn)定的，而與應力狀態(tài)、時間及溫度無關。鋼的線脹系數(shù)與混凝土線脹系數(shù)相差很小，在溫度變化時兩者間只發(fā)生很小的內應力。由于鋼的彈性模量為混凝土彈性模量的7~15倍，當內混凝土應力達到抗拉強度而開裂時，鋼筋的應力將不超過100~200kg／cm2。因此，在混凝土中想要利用鋼筋來防止細小裂縫的出現(xiàn)很困難。但加筋后結構內的裂縫一般就變得數(shù)目多、間距小、寬度與深度也小了。而且如果鋼筋的直徑細而間距密時，對提高混凝土抗裂性的效果較好。混凝土和鋼筋混凝土結構的表面常常會發(fā)生細而淺的裂縫，其中大多數(shù)屬于干縮裂縫。雖然這種裂縫一般都較淺，但它對結構的強度和耐久性仍有一定的影響。

　　為保證混凝土工程質量，防止開裂，提高混凝土的耐久性，正確使用外加劑也是減少開裂的措施之一。例如使用減水防裂劑，筆者在實踐中總結出其主要作用為：

　　混凝土中存在大量毛細孔道，水蒸發(fā)后毛細管中產生毛細管張力，使混凝土干縮變形。增大毛細孔徑可降低毛細管表面張力，但會使混凝土強度降低。這個表面張力理論早在上世紀60年代就已被國際上所確認。

　　水灰比是影響混凝土收縮的重要因素，使用減水防裂劑可使混凝土用水量減少25％。

　　水泥用量也是混凝土收縮率的重要因素，摻加減水防裂劑的混凝土在保持混凝土強度的條件下可減少15％的水泥用量，其體積用增加骨料用量來補充。

　　減水防裂劑可以改善水泥漿的稠度，減少混凝土泌水，減少沉縮變形。

　　提高水泥漿與骨料的粘結力，提高混凝土的抗裂性能。

　　混凝土在收縮時受到約束產生拉應力，當拉應力大于混凝土抗拉強度時裂縫就會產生。減水防裂劑可有效提高混凝土的抗拉強度，大幅提高混凝土的抗裂性能。

　　摻加外加劑可使混凝土密實性好，可有效地提高混凝土的抗碳化性，減少碳化收縮。

[Page]

　　許多外加劑都有緩凝、增加和易性、改善塑性的功能，我們在工程實踐中應多進行這方面的實驗對比和研究，比單純的靠改善外部條件，可能會更加簡捷、經濟。

（作者單位：哈爾濱興旺建設工程質量檢測有限公司、黑龍江省第一建筑工程公司）