李坡

[摘 要]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。当外部环境或结构内部温度发生变化，混凝土将发生变形，若变形遭到约束，则在结构内将产生应力，当应力超过混凝土抗拉极限应力时就会产生温度裂缝。温度应力的形成过程，可分为初期、中期、末期三个阶段，自生应力与约束应力两种类型。引起混凝土裂缝的主要温度因素，有热胀裂缝、冷缩裂缝、冻胀裂缝。最后重点介绍了温度裂缝预防的几个要点，即控制混凝土的内外温差△T，施工中最大应力水平和最大温差的关系，关于浇筑和振捣，关于养护。

[关键词]混凝土 ； 温度裂缝 ； 预防

中图分类号：TU528.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）01-0088-02

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。本文仅对混凝土裂缝的温度原因及预防，做一些探讨。

一.温度裂缝的成因

混凝土具有热胀冷缩性质。当外部环境或结构内部温度发生变化，混凝土将发生变形，若变形遭到约束，则在结构内将产生应力，当应力超过混凝土抗拉极限应力时就会产生温度裂缝。

根据温度应力的形成过程，可分为以下三个阶段：

1.初期：从浇筑混凝土起到水泥放热基本结束止，大约30天。这个阶段中水泥放出大量的水化热，混凝土弹性模量急剧变化，在混凝土内形成残余应力。

2.中期：从水泥放热基本结束起，至混凝土冷却到稳定温度止。这个阶段中，温度应力主要是由混凝土的冷却及外界气温变化所引起，与早期形成的残余应力相叠加。

3.末期：混凝土完全冷却之后。温度应力主要是由外界气温变化所引起，与前两种的残余应力相迭加。

温度应力按其来源可分为两类：一是自生应力，即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，桥梁墩身，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；二是约束应力，即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。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所引起的应力共同作用。

温度裂缝区别于其它裂缝最主要特征是，将随温度变化而扩张或合拢。引起混凝土裂缝的主要温度因素，有热胀裂缝、冷缩裂缝、冻胀裂缝。

1 热胀裂缝

（1）日照。日照温度差（温度梯度）对混凝土梁桥的影响较大。

（2）暑热。炎热的夏季气温高，水的蒸发量大，新浇筑砼工程干燥快，凝结速度快，强度降低，并会产生许多裂缝，从而影响了砼结构本身的质量。如果再遇上大气中湿度小、空气干燥、风速大，则混凝土水分蒸发就越快，混凝土收缩也越快。

（3）水化热。施工过程中，大体积混凝土（厚度超过2.0米）浇筑之后由于水泥水化放热，致使内部温度很高，内外温差太大，致使表面出现裂缝。

（4） 蒸汽养护措施不当，混凝土骤热，内外温度不均，易出现裂缝。

（5）采用电热张拉法张拉预应力构件时，预应力钢材温度可升高至35℃，混凝土构件容易开裂。

2 冷缩裂缝

突降大雨、冷空气侵袭、日落等，导致结构外表面温度突然下降，而内部温度变化相对较慢，产生温度梯度。

冬季施工时施工措施不当，混凝土骤冷，内外温度不均，易出现裂缝。

3 冻胀裂缝

发生冻胀破坏的必要条件是，温度低于零度和混凝土吸水饱和。当混凝土中骨料空隙多 、吸水性强，骨料中含泥土等杂质过多，混凝土水灰比偏大、振捣不密实，因养护不力而使混凝土早期受冻，均可能导致混凝土冻胀裂缝。

三.温度裂缝预防几个要点

1.控制混凝土的内外温差△T

混凝土施工包括混凝土的生产、运输、浇筑和温度及表面保护，是保护混凝土温度裂缝的关键环节。而热应力的控制手段主要是控制混凝土的内外温差△T：

△T=Tp+Tr-Tf

式中：Tp —起始浇筑温度；Tr —水泥水化温升；Tf—天然或人工冷却后浇筑块的稳定温度。

2.施工中最大应力水平和最大温差的关系

最大应力水平和最大温差的关系

1）混凝土运到工地后应立即检测坍落度，并尽快浇筑。如发现坍落度不足，不得擅自加水，应当在技术人员指导下用追加减水剂的方法解决。

2）浇筑温度：夏季浇筑混凝土应降低温度，至少应比当天最高温度气温低10℃。混凝土浇筑温度太低时，受环境较高温度影响的表面硬化较快，内部温度升高时产生膨胀，会使先硬化的表面受拉而开裂。因此在夏季，不仅要降低浇筑温度，而且要采取措施（例如避免上午浇筑，冷却模板，避免阳光直射于混凝土表面等）避免混凝土表面受气温影响而先于内部硬化。冬季要提高混凝土浇筑温度，则混凝土内部温度高于气温，内部成熟快，产生膨胀时，表面仍有一定塑性，可变形而不裂，而当混凝土降温时，在表面产生压应力，而有利于抗裂。冬季浇筑温度应不低于10℃。

3）图1所示在不同气温下不同浇筑温度的不同厚度构件的构件在约束条件下最大应水平和最大温差的关系，控制混凝土的浇筑温度和温差。由图1可见，如果混凝土澆筑温度Ti降低10℃时， 相应地使积聚的拉应变减小约70微应变， 占极限应变相当大的部分。

4） 在气温高的热天，不宜在上午浇筑，以免在混凝土升温恰值气温最高时而加剧。

3.关于浇筑和振捣

1）长墙或板的施工缝的间距应视构件尺寸而定。高宽比大于2的墙，上部一般不会出现裂缝，但是应注意分层浇筑时，下层高度要大于上层高度，否则，上层拌和物会增大对与基底接触面的正压力而增加约束应力。混凝土浇筑高度不宜超过2m，如必须超过，则必须用串筒等辅助下料；每层混凝土一次性布料不宜超过1m。

2）泵送混凝土下料位置相隔应当小于3m，每层下料位置应当交错，如图2所示，以保证均匀。

3）不正确的浇筑顺序会造成可以避免的约束和不均匀的沉降。例如梁和柱或板和墙同时浇筑，会因沉降不匀在交接处产生裂缝，；相反，采取恰当的浇筑顺序会减少开裂，如大面积的板当使用膨胀剂时，采取“跳仓”方式浇筑可减少开裂。所以不同构件浇筑前应认真规划浇筑顺序。

4）应当正确进行混凝土拌和物的振捣，使用振捣棒时绝对禁止用振捣棒横拖赶动混凝土拌和物。否则必然造成离下料口远处砂浆过多而开裂。

5）混凝土采用插入式振捣棒振捣密实。使用插入式振捣器时，移动间距不应超过振捣器作用半径的1.5倍；与侧模应保持5～10cm的距离；插入下层混凝土5～10cm；振动完毕后边振动边徐徐提出振动棒；避免振动棒碰撞模板、钢筋、预埋件。对每一振动部位，必须振动到该部位混凝土密实为止。密实的标志是：振捣时混凝土停止下沉、不再冒出气泡、表面呈现平坦、泛浆。

6）混凝土的浇注应连续进行，如因故必须间断时，其间断时间应小于前层混凝土的初凝时间或能重塑的时间。若超过允许间断时间，按工作缝处理必须采取质量保证措施。

4.关于养护

作为浇筑温度、体积面积比V/A（m）函数的砼最高温度，如图3。硅酸盐水泥用量350kg/m3，假设浇筑温度与气温相同

1）对于板，浇注后立即覆盖，避免塑性开裂。当混凝土表面“收水”过快时，会结成一层硬壳，而内部则凝结变慢。在干燥有风的条件下，硬壳会开裂并脱落。实践证明，如能及时覆盖，就能避免发生这种情况。

2）尽早开始湿养护。墙、柱等在拆模前应及早松动模板浇水，或是用透水性模板或吸水性模板。

3）在最小断面大于30cm的构件中，早期温度应力引起的开裂往往占大部分（至少60%），因此温度控制很重要。首先应降低浇筑温度，浇筑温度和构件体积与面积的比值和混凝土内部最高温度的关系见图3。

4）拆模时间应视混凝土内部温度而定，不能在混凝土内部温度最高时拆模，尤其不能在混凝土内部温度最高时拆模后立即浇凉水，以避免对混凝土产生热震。拆模后注意保温，以避免降温速率太快。

5）避免间断浇水。

6）混凝土在相对湿度低于100%时开始失去毛细水，在相对湿度低于65%时，开始失去凝胶的吸附水；凝胶越多，体积越不稳定。硬化的混凝土水泥浆体需要有一定量的未水化颗粒稳定其体积。因此浇水周期既要足够，又不宜随意延长。但目前主要矛盾是湿养护不足。

7）应在混凝土还处于塑性时开始冷却表面。夏季使用钢模板时，可在浇筑时同时向模板表面浇凉水，以推迟混凝土温峰时间，并降低温峰；混凝土内部达到温峰后开始降温是则应控制降温速率，避免在混凝土升温后以后尤其是在温度最高时拆模，更不能立即浇凉水。冬季尽量使用导热系数小的模板，以减小混凝土中心和表面的温差，必要时，应采取灵活保温措施。对于厚度超过30cm的墙、柱、基础地板等中等体积和大体积混凝土结构，夏季施工时应尽量降低入模温度，在混凝土达到温峰前应在模板外（对墙、柱）或覆盖的塑料薄膜上面（向板）浇凉水降温，到达温峰以后的降温阶段应采取保温措施以降低降温速率，必要时可用热水养护。

图4所示为混凝土典型的内部温度发展曲线。在刚浇筑很短时间的第Ⅰ阶段（约3～6小时）温度还没有上升，基本上保持浇筑温度；第Ⅱ阶段开始升温，但因混凝土尚处于塑性而内部为零应力，直到温度为T1，2时，混凝土内部开始产生压应力；第Ⅲ阶段混凝土持续升温，但由于徐变和自收缩的影响，在达到温峰前，压应力就开始下降；第Ⅳ阶段混凝土开始降温，当压应力下降为0时，混凝土仍然为温度很高的T2，3 ；第Ⅴ阶段内部应力由压应力变成拉应力；在温度到达Tc时，混凝土开裂。T1，2称为第一次零应力温度，T2，3为第二次零应力温度，Tc为开裂温度。开裂温度越低，混凝土抗裂性越好。图4函数关系可以指导施工期间混凝土的温度控制，即，尽量在第Ⅰ、Ⅱ阶段冷却混凝土，减小升温速率和温峰值，第Ⅳ、Ⅴ阶段要采取灵活保温措施控制降温速率。

对于尽量在第Ⅰ、Ⅱ阶段冷却混凝土，施工要点 ：

表面冷却的最重要影响是使早期表面混凝土温度适应（或低于）环境的温度。温度引起的混凝土表面预应力能由洒水过程的持续和适时来控制。

1）在混凝土降温阶段应控制降温速率不超过2℃/日。

2）关于温差的控制，当混凝土内外温差和混凝土表面与大气的温差不大于15℃时，混凝土就不会开裂。

3）为避免早期裂缝，应尽量控制抗压强度12小时≯6～8MPa，24小时≯10～12MPa。

4）掺用大量矿物掺和料时应特别注意保湿养护，养护时间至少需7天。

防止混凝土温度裂缝，要在有效预防上做足文章，方能事半功倍，效益最大化。施工实践反复证明，严格施工，科学施工，才是预防的关键环节。

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