混凝土施工中温度裂缝的防控探讨

摘 要：混凝土工程中裂缝产生的原因除了自身特性、施工养护条件等原因外，主要为温湿度的变化，笔者根据自身的实践经验，就裂缝产生的原因、现场混凝土温度的控制以及预防裂缝的措施等进行分析，供同行参考。

关键词：混凝土施工; 温度应力; 裂缝; 控制措施

0 前言

混凝土工程在结构工程中占有重要地位，混凝土工程的质量直接影响到结构的承载力、耐久性和整体性。混凝土工程施工包括混凝土制备、运输、浇筑捣实和养护等施工过程，各个施工过程相互联系和影响，任何施工过程处理不当都会影响混凝土工程的最终质量。

施工过程中混凝土工程产生裂缝的原因主要为温湿度的变化，遇到的主要是温度裂缝。因此本文尝试对施工中混凝土裂缝的成因和处理措施做一探讨。

1 混凝土工程中温度是裂缝产生的诱因

导致混凝土产生裂缝的原因很多，概括起来主要是温湿度的变化、混凝土的脆性和不均匀性，以及原材料不合格( 如碱骨料反应) ，配比结构不合理，模板变形，基础不均匀沉降等。

混凝土在硬化期间水泥水化过程中，特别是浇筑后的 7 d 左右，会释放出大量的热量，内部温度不断上升，在表面会引起拉应力。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。

由于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) × 10 ⁴，长期加荷时的极限位伸变形也只有( 1．2 ～2．0) ×10 ⁴。如果原材料本身搅拌不均匀，水灰比不稳定，或者在运输和浇筑过程中产生离析现象，而在同一块混凝土中其抗拉强度又不均匀，这样就可能会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上的边缘部位，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。有时温度应力可超过其它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大致可分为以下 3 个阶段。

( 1) 前期。这一阶段自浇筑混凝土开始至水泥放热基本结束为止，通常大约需要 30 d 的时间。在这个阶段内，混凝土会出现两个明显的物理和化学变化特征: 一是水泥放出大量的水化热，二是混凝土弹性模量急剧变化。由于弹性模量的变化，混凝土内会形成残余应力。

( 2) 中期。这一阶段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。在这个阶段内，温度应力主要是由于混凝土的冷却及外界气温变化所引起。这些应力与早期形成的残余应力叠加在一起。

( 3) 后期。是指混凝土完全冷却以后的运转时期。这时的温度应力主要是由外界气温变化所引起，这些应力与前两种残余应力进一步叠加。

浇筑温度与施工时外部气温变动有直接关系。外界气温愈高，混凝土的浇筑温度也就会愈高; 如果外界温度降低则又会增加大体积混凝土的内外温度梯度。如果外界温度下降过快，会造成很大的温度应力，极其容易引发混凝土的开裂。另外，外界的湿度对混凝土的裂缝也有很大的影响，外界的湿度降低会加速混凝土的干缩，也会导致混凝土裂缝的产生。

3 施工过程中温度的防控措施

( 1) 改善骨料级配，科学设计配合比。在尽量保证其强度的前提下，选取粒径大、强度高、级配好的骨料，确定适合的水灰比、水泥用量、砂率。不宜过多增加水泥用量，坍落度不宜过大，这样可以获得较小的空隙率及比表面积，从而减少水泥的用量，降低水化热，减少干缩，减小了混凝土裂缝的开展。

( 2) 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。合理地选用水泥，可以减少水泥水化过程中释放的热量，降低混凝土内温度梯度。对于大体积混凝土应该选择低热或者中热的水泥品种，而水泥释放温度的大小及速度取决于水泥内的矿物成分，水泥越细发热速率越快，但是不影响最终发热量。因此在大体积混凝土施工中应尽量使用矿渣硅酸盐水泥、火山灰水泥等低热水泥。

( 3) 拌合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，热天浇筑混凝土时减少浇筑厚度，利用浇筑层面散热; 在混凝土中埋设水管，通入冷水降温。

( 4) 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变化;施工中长期暴露的混凝土浇筑块表面或薄壁结构，在寒冷季节应采取保温措施。

4 制定合理的施工方案，加强施工管理

( 1) 合理安排施工工序，避免高差过大或侧面长期暴露。合理调整施工进度，避免在夏季和冬季极端气候条件下进行混凝土施工; 高温季节进行浇筑混凝土作业时应适当减少浇筑厚度，并利用浇筑层面散热。

( 2) 严格按规定的配料单进行配料，水、水泥、砂、石子均应事先称重，称量偏差控制在允许偏差范围内。拌和程序和拌和时间应严格按操作要求进行。

( 3) 夏季施工时注意降低混凝土浇筑温度，应从降低混凝土出机口温度，减少运输和仓面的温度回升两方面入手; 冬季施工时注意混凝土保温，在合理的时间内拆模，气温骤降时还要进行表面保温。

( 4) 浇筑仓面控制。混凝土裂缝一般最先出现在混凝土的薄弱部位，所以在施工过程中应最大限度地减少薄弱部位。

( 5) 二次抹压。混凝土浇筑完毕，抹压成型。在混凝土初凝前进行二次抹压，消除因混凝土干缩、塑性收缩产生表面裂缝，以增加表面混凝土密实度。二次抹压对消除以上原因产生的混凝土表面裂缝效果显著。

5 混凝土早期养护对温度的防控措施

混凝土的早期养护，是指通过保持适宜的温、湿度条件，使混凝土免受不利温、湿度变化引起的内部变形的侵袭，防止有害收缩，同时使水泥水化作用顺利进行，以达到设计强度和设计抗裂能力。许多施工实践证明，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。因此，混凝土施工早期养护针对混凝土的保温措施可以有效防止表面早期裂缝的发生。

从温度应力观点来看，保温应达到下述要求: 一是减小混凝土内外温度差及混凝土表面温度梯度，防止表面裂缝; 二是防止混凝土温度过低，尽量将混凝土的施工期选择在最低气温不低于混凝土使用期稳定温度的时段内; 三是防止老混凝土过冷，以减少新老混凝土间的约束。

为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，许多外加剂都有缓凝、增加和易性、改善塑性的功能。浇筑后控制混凝土与大气温差不大于25 ℃，混凝土本身内外温差在 20 ℃之内。要加强养护过程中的测温工作，发现温差过大要及时覆盖、保温，使混凝土缓慢地降温，缓慢收缩，以有效降低约束应力，提高结构抗拉能力。

6 混凝土裂缝的处理措施

由于受主客观条件的制约，尽管可能采取了绵密的施工防护措施，有时混凝土施工后出现裂缝仍不可避免。如果一旦出现裂缝，且裂缝足以危害到混凝土结构的其它方面的功能，那么最后只能采取补救( 修补) 措施。目前施工中大多采用表面修补法、灌浆嵌缝封堵法、结构加固法、混凝土置换法等方法来进行补救，也有很多技术性总结和经验可供施工时参考。

7 结束语

以上针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上的初步探讨，虽然学术界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，具体施工中要多观察、多比较，出现问题后多分析、多总结，并采用多种预防处理措施，混凝土的裂缝是完全可以避免的。

参考文献

［1］王东升． 建筑工程安全生产技术与管理［M］． 北京: 中国矿业大学出版社，2010．

［2］徐荣年，徐欣磊． 工程结构裂缝控制［M］． 北京: 中国建筑工业出版社，1999．