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1、谈混凝土的裂缝及控制措施摘要：我公司主要从事冶金工业建设，混凝土工程尤其是大体积混凝土基础十分普遍，通过多年的现场观察，积累，查阅有关混凝土内部应力方面的专著，对混凝土裂缝产生的原因，现场温度控制及预防裂缝的措施进行阐述。关键词：混凝土 温度应力 裂缝 控制混凝土是以胶凝材料、水、细骨料、粗骨料需要时加入外加剂和矿物掺和料，按适当比例配合经过均匀拌制，密实成型及养护硬化而成的人工石材。在现代工程建设中，占有十分重要的地位，而混凝土的裂缝几乎无处不在，成为我们现场施工技术人员十分关注的一项内容。1 裂缝产生原因混凝土结构物的裂缝可分为微观裂缝和宏观裂缝，微观裂缝肉眼看不见，主要有三种：一骨料与水
2、泥石结合面上的裂缝，称粘着裂缝；二是水泥石中自身裂缝；三骨料本身裂缝。微观裂缝是不规则的，不贯通的。宏观裂缝是由微观裂缝扩展而来的。因此混凝土结构中裂缝是绝对存在的。本文主要是指宏观裂缝。混凝土结构物的宏观裂缝产生原因主要有三种：一是由外荷载引起的，发生最为普遍。即按常规计算的主要应力引起的。二结构次应力引起的裂缝是由于结构的实际工作状态与计算假设模型的差异引起的。三是变形应力引起的裂缝由温度、收缩膨胀、不均匀沉降等引起结构变形。当变形受到约束时便产生应力。当此应力超过混凝土的抗拉强度时就产生裂缝。工程中的大体积混凝土结构所承受的变形主要是因温差和收缩而产生的。因此控制温度应力是防止出现裂缝的
3、重中之重。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上的约束，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，当这些拉应力超过混凝土的抗裂能力时，即会出现裂缝，这些往往都是表面裂缝。许多混凝土的内部温度变化很小或很慢，但表面湿度可能变化较大或发生剧烈变化，如养护不同，时干时湿，表面干缩形变，受到内部混凝土的约束等往往导致裂缝。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（0.61.0）*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
4、，水灰比不稳定及运输和浇筑过程中的离析现象，在同一块混凝土中其抗拉强度又是不均匀的。存在许多抗拉能力低易于出现裂缝的薄弱部位。一般设计中均要求混凝土不出现拉应力或只出现很小拉应力，但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，有时温度应力可超过外荷引起的应力。因此掌握温度应力变化规律对于进行合理的结构设计和施工极为重要。2 温度应力分析根据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水化热，二是混凝土弹性模量急剧变化，由于弹性模量的变化，这一时期混凝土内形成残余
5、应力，此时混凝土主要产生塑性收缩，温度收缩变形。(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温度变化引起的，这些应力与早期形成的残余应力相叠加，在此期间混凝土弹性模量变化不大，此时混凝土产生温度收缩、自收缩变形。(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的，这些应力与前两种残余应力相叠加。此时混凝土主要产生干燥收缩变形。根据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。如大体积混凝土基础，结构
6、尺寸较大，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） 约束应力：结构全部或部分边界受到外界约束，不能自由变形而引起的应力，如顶板混凝土，护栏混凝土。这两种温度应力往往和混凝土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。大体积混凝土的裂缝控制计算比较复杂，需要计算最大绝热温升、中心计算温度、表层温度、各段应力、混凝土干缩率和收缩当量温差以及混凝土浇筑时的整浇长度（伸缩缝间距），这里不再详细列式计算。
7、大体积混凝土最高温度计算，目前还没有完整的计算方法，仅根据现场多年经验公式计算：Tmax=To+Q/10+F/50式中：To-砼入槽温Q-每立方米砼中水泥用量，kg/m3F-每立方米砼中粉煤灰用量，kg/m3在绝热条件下不同龄期的砼内部最高温度可用下式计算：T=T0+WQ/CP（1-2.718-md）式中：T0-砼入模温度，0CW-每立方米砼中水泥用量，kg/m3Q-每公斤水泥水化热量，KJ/Kg，可查附表：每公斤水泥散发热量表C-砼比热，可取0.96KJ/(kg.k)P-砼密度，可取2400kg/m3m-系数，可取0.20.4d-龄期，天附表：每公斤水泥散发热量表品种发热量（KJ/Kg）32
8、.5R42.5R52.5R普通水泥289377461矿渣水泥247335_3温度控制和防止裂缝的措施为防止混凝土裂缝，减轻温度应力可以从控制温度和改善约束条件两方面入手：（！）降低水化热和变形首先从材料选用上用低水化热的水泥品种配置混凝土，利用混凝土的后期强度减少水泥用量，选用粒径较大，级配良好的粗细骨料，控制含泥量，掺加相应的粉煤灰和外加剂，改善和易性，降低水灰比。其次在混凝土中预埋冷却水管，通入冷却水强制降低混凝土水化热温度，另外大体积混凝土中可以加入不超过20的大石块以减少混凝土用量。最后可以设置温度筋和后浇带，利于散热和降低混凝土内部温度。（2）降低混凝土温差，加强施工中温度控制首先选
9、用合适的气温浇筑大体积混凝土，避开热天。夏天可用低温水或冰水搅拌混凝土，对骨料进行强冷，运输工具遮盖等以降低混凝土入模温度，另外改善混凝土模内通风，加速混凝土热量散发。其次浇筑后做好混凝土保温保湿养护，缓缓降温，充分发挥徐变特性，降低温度应力，夏季注意暴晒，冬期注意保温覆盖，以免发生急剧的温度梯度，采取长时间养护，规定合理的拆模时间，延缓降温时间和速度，充分发挥混凝土的“应力松弛效应”。最后加强测温管理工作，混凝土灌入后在升温阶段，用点式测温计每隔2h测量一次混凝土内部各点、混凝土表面、循环水进出水温度。在降温阶段每隔8h进行一次测温工作，随时控制混凝土内温度变化，内外温差控制在25以内，基面
10、温差和基底面温度差控制在20以内，及时调整保温和养护措施，调整通水压力和用循环水养护，以有效控制有害裂缝的出现。合理安排施工程序，控制现浇过程中均匀上升，避免混凝土拌和物堆积过高，在结构完成时及时回填，避免长期暴露。降温工作结束后，冷却管采取压注掺加适量膨胀剂的纯水泥浆回填。（3） 改善约束条件，削减温度应力采用分层或分块浇筑大体积混凝土，合理设置水平，垂直施工缝，在适当位置设置后浇带，放松约束程度，减少每次浇筑长度的蓄热量，防止水化热积聚，减少温度应力。采用二次投料，二次振捣法，浇筑后及时排除表面积水，提高混凝土早期抗拉强度和弹性模量，另外在大体积混凝土中设温度配筋，在截面突变处、转折处、洞
11、口边增加斜向构造配筋，改善应力集中，防止裂缝出现。此外，改善混凝土的性能，提高抗裂能力，合理选定拆模时间，与垫层间设滑动层，特别是保证混凝土质量对防止裂缝十分重要。应特别注意避免产生贯通裂缝，出现后要在恢复其整体性是十分困难的。为保证混凝土的工程质量，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主要手段。比如减水防裂剂的主要作用有：（1） 使用减水防裂剂可使混凝土用水量减少25，水灰比是影响收缩的重要因素。（2） 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。（3） 可以改善水泥浆稠度，减少混凝土泌水，减少沉缩变形，提高水泥浆与骨料的粘结力，提高混凝土抗拉强
12、度，使其密实性更好，减少碳化收缩。（4） 可适当延缓混凝土凝固时间，防止水泥迅速水化放热基础上，避免因水泥长期不凝固而带来塑性收缩增加。（5） 掺外加剂和易性好，表面易摸平，易形成保护膜，减少水分蒸发，减少干燥收缩我们在工程实践中应多进行这方面的实践、对比、研究、积累，比单纯改善外部条件，更简便，更经济。3 混凝土的早期养护实践证明，混凝土的裂缝大多数是深度不同的表面裂缝，保温对防止混凝土表面早期裂缝尤为重要。保温可防止混凝土内外温度差及混凝土表面梯度，防止表面裂缝。混凝土早期养护主要目的在于保持适宜的温湿条件，达到两方面的效果，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。
13、一方面使水泥水化作用顺利进行，以达到设计强度和抗裂能力。适宜的温湿条件是相互关联的，保温措施常常也有保湿效果。从理论上分析新浇混凝土中所含水分完全可以满足水泥水化的要求。但由于蒸发等原因常引起水分损失，从而推迟或防碍水泥水化，表面混凝土最容易而且直接受到这种不利影响。因此混凝土浇筑后的最初几天是养护的关键时期，在施工中应切实重视起来。4 结束语以上对混凝土的温度应力及裂缝控制进行了理论分析和实践的初步探讨，虽然各个方面对混凝土的裂缝成因及计算方法有不同的理论，但对于预防和改善措施还是比较统一的，实践中应用效果也是比较好的。具体施工中靠我们多观察，多比较，出现问题后多分析，多总结，结合多种预防措施，混凝土的裂缝还是可以避免的。 9
