梁国荣

随着建筑业在国内的兴起，混凝土在现代工程建设中的地位显得越来越重要。而混凝土裂缝问题至今仍然困扰着整个建设领域，特别是大体积混凝土基础、桥墩、大跨度的梁、屋架等。尽管我们在施工过程中采取了各种防范措施，但还是无法避免。究竟为什么，除了混凝土本身抗拉强度较低外，还有一个往往被我们忽视掉的特别重要的原因，就是混凝土对温度应力的反映特别敏感。对混凝土本身抗拉强度低造成的裂缝可以在设计时通过配筋来调节和控制。笔者仅就温度应力引起的裂缝谈一谈个人见解。

1 裂缝原因分析

众所周知，混凝土抗拉强度只有抗压强度的 1/10左右，短期加荷时极限拉伸变形只有(0.6～1.0)×104，长期加荷时极限拉伸变形只有(1.2～2.0)×104，可见，混凝土是一种脆性材料。混凝土裂缝原因有好多种，例如，混凝土的脆性和不均匀性以及结构不合理，原材料不合格(如碱骨料反应)，模板变形，基础不均匀沉降等，除此之外，温度的变化也是一个非常重要的原因。

混凝土硬化期间，由于水泥的水化反应放出大量水化热，内部温度就会不断升高，内部骨料遇热膨胀，在表面引起拉应力。后期在降温过程中，表面混凝土收缩，也会在混凝土表面引起拉应力，当这些拉应力的作用超出混凝土的抗拉强度时，即会出现裂缝，这就是温度应力所引起的裂缝。

在钢筋混凝土中，拉应力主要是由钢筋承担，混凝土只是承担压应力，在素混凝土内或钢筋混凝土保护层部位如果结构内出现拉力，则需要混凝土自身承担。一般设计中不出现抗拉应力，或只出现很小的拉应力，但在施工过程中混凝土由最高温度冷却到运转时期的稳定温度，往往在混凝土表面引起相当大的拉应力。有时温度应力可超过外部荷载所引起的应力，因此，掌握温度应力的变化规律对于进行合理的设计和施工极为重要。

2 温度应力分析

温度应力的形成过程可分为三个阶段:1)早期阶段:自浇筑混凝土开始至水泥放热基本结束，一般约 30 d。这个阶段有两个特征:a.水泥放出大量的水化热;b.混凝土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部形成参与应力。2)中期阶段:自水泥放热作用基本结束至混凝土冷却至稳定温度为止，这个时期，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的，这些应力与早期形成的残余应力相迭加，在此期间混凝土的弹性模量变化不大。3)晚期阶段:混凝土完全冷却后的运转时期，温度应力主要来自外界气温变化所引起，这些应力与前两种的应力相迭加。由此可见，温度应力引起的原因可分为两类:一类为自生应力，即边界上没有任何约束或完全静止的结构，如果温度非线性分布，由于结构本身互相约束而出现的温度应力。例如，桥墩等大体积混凝土结构，混凝土冷却时，表面温度低，内部温度高，在表面出现拉力，在中间出现压力;另一类为约束应力，结构的全部或部分边界受到外界的约束，不能自由变形而引起的应力，如箱式基础顶板混凝土和框架结构中的深梁。这两种温度应力往往和混凝土干缩应力共同作用。要想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。在通常情况下，主要依靠模型试验获得数据计算。混凝土的徐变能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，具体计算这里就不再细述。

3 预防裂缝措施

控制温度的措施有:1)采用改善骨料级配，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;2)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;3)夏季施工时，应减少混凝土厚度，利用浇筑层面散热;4)冬季施工中，应该尽量设法使混凝土的施工期环境温度不低于混凝土使用期的稳定温度，对混凝土表面及薄壁结构应采取保温措施;5)在混凝土中埋设水管，通入冷水降温;6)控制拆模时间，气温骤降时采用表面保温，以免混凝土表面发生急剧的温度梯度。除此以外，还要加强混凝土的早期养护。因水泥具有快硬、高强、水化热大的特点，如果混凝土浇捣后未能及时浇水养护，混凝土在较高温度下失水收缩，水化热释放量较大，而又未及时得到水分的补充，必将导致混凝土早期裂缝。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，例如，寒冷地区的温度聚降极易形成裂缝。因此说混凝土的早期养护及做好冬季保温对防止表面早期裂缝尤其重要。

从理论上分析，新混凝土中所含水完全可以满足水泥水化的要求而有余。但由于蒸发等原因常引起水分损失，从而推迟或妨碍水泥的水化，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。

改善约束条件的措施:1)合理设计分隔缝;2)避免基础过大起伏;3)合理安排施工工序，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十分重要，应特别注意避免产生贯穿裂缝，出现后要恢复其结构的整体性是十分困难的，因此，在施工中应以预防贯穿性裂缝的发生为主。

新浇混凝土拆模过早，由于水化热的散发，表面引起相当大的拉应力，极易出现温度冲击现象。所以当环境温度低于混凝土温度时，应当适当延迟拆模时间，一旦拆除模板，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，与水化热应力迭加，再加上混凝土干缩，表面的拉应力达到极限，超过混凝土的抗拉强度，裂缝就会产生。但如果在拆除模板后及时在其表面覆盖一层轻型保温材料，如采用喷HL等品种养护液进行养护，可达到降低成本和提高工效，并可避免或减少对施工的影响。对防止混凝土表面产生过大拉力具有明显效果。所以施工中必须坚持覆盖麻袋或草包进行一周左右的妥善保湿养护。

4 对裂缝的弥补处理

在采取了上述综合性防治措施后，由于各种原因仍可能有少量的裂缝发生。当这些裂缝发生后，对于钢筋混凝土结构，大部分温度应力引起的裂缝只停留在表面，不影响正常使用，无须弥补，但涉及大型公共建筑及民用建筑结构部位应引起重视，不仅影响美观，有时会造成恐慌并引起投诉，应作好妥善的裂缝处理工作。根据笔者的经验，梁、板底细缝应委托专业加固单位采用复合增强纤维等材料对裂缝作粘贴加强处理(注:当遇到裂缝较宽、受力较大等特殊情况时，建议采用碳纤维粘贴加强)。复合增强纤维的粘贴宽度以350mm～400mm为宜，既能起到良好的抗拉裂补强作用，又不影响粉刷和装饰效果，是目前较理想的裂缝弥补措施。

5 结语

以上是笔者对混凝土的温度变化与裂缝之间的关系进行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还是比较统一，同时在实践中的应用效果也是比较明显的，具体施工中要靠我们观察、分析、比较、总结，具体问题具体分析，多种预防处理措施并举，混凝土的裂缝还是可以避免的。要彻底消除裂缝现象，尚有待不断提高施工技术和不断积累施工经验，采用更为科学的解决方法。

[1] 刘景刚.简述混凝土裂缝的成因与防治措施[J].山西建筑，2010，36(10):152-153.