广东潮州市水利工程质量检测站 方虎玉

水利工程中混凝土温度裂缝的成因和防治

广东潮州市水利工程质量检测站 方虎玉

水利工程中混凝土温度裂缝时有发生，因为水利工程中的大体积混凝土建筑物较其他土建工程都多，在其施工过程中不仅要注意做好结构分缝，同时也要特别预防温度裂缝的产生。在大体积混凝土中，温度应力及温度控制具有重要意义，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。

一、温度应力分析

1. 温度应力的形成过程。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。这个阶段的两个特征：一是水泥放出大量的水化热；二是混凝土弹性模量的急剧变化。

（2）中期。自水泥放热作用基本结束起，至混凝土冷却到稳定温度止，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，这些应力与早期形成的残余应力相叠加，在此期间混凝土的弹性模量变化不大。

（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所引起，这些应力与前两种的残余应力相叠加。

2. 温度应力分类。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温度应力。

（2）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。

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。

二、温度裂缝产生的原因和特征

水利工程温度裂缝多发生在大体积混凝土表面，或温差变化较大地区的混凝土结构中。混凝土浇筑后，在硬化过程中，水泥水化产生大量的水化热，导致内部温度急剧上升，而混凝土表面散热较快，就形成内外的较大温差。较大的温差造成内部与外部热胀冷缩的程度不同，使混凝土表面产生一定的拉应力，当拉应力超过混凝土的抗拉强度极限时，混凝土表面就会产生裂缝，这种裂缝多发生在混凝土施工中后期。

温度裂缝的走向通常无一定规律，大面积结构裂缝通常纵横交错；梁板类长度尺寸较大的结构，裂缝多平行于短边。裂缝宽度大小不一，受温度变化影响较为明显，冬季较宽，夏季较窄。

三、温度裂缝影响因素和防治措施

混凝土内部的温度与混凝土厚度及水泥品种、用量有关。混凝土越厚，水泥用量越大，水化热越高的水泥，其内部温度越高，形成温度应力越大，产生裂缝的可能性越大。

对于大体积混凝土，其形成的温度应力与其结构尺寸相关，在一定尺寸范围内，混凝土结构尺寸越大，温度应力也越大，因而引起裂缝的危险性也越大，这就是大体积混凝土易产生温度裂缝的主要原因，防治措施如下。

1. 混凝土原材料和配合比的选用。

（1）水泥品种选择和水泥用量控制。大体积钢筋混凝土引起裂缝的主要原因是水泥水化热的大量积聚，使混凝土出现早期升温和后期降温，产生内部和表面的温差。减少温差的措施是选用中热硅酸盐水泥或低热矿渣硅酸盐水泥，在掺加泵送剂或粉煤灰时，也可选用矿渣硅酸盐水泥。另外，可充分利用混凝土后期强度，以减少水泥用量。

（2）掺加掺合料。国内外大量试验研究和工程实践表明，混凝土中掺入一定数量优质的粉煤灰后，不但能代替部分水泥，而且由于粉煤灰颗粒呈球状具有滚珠效应，可起到润滑作用，改善混凝土拌和物的流动性、黏聚性和保水性，从而改善了可泵性。

2. 施工工艺改进。

（1）搅拌工艺。采用二次投料的净浆裹石或砂浆裹石工艺，可以有效地防止水分聚集在水泥砂浆和石子的界面上，使硬化后界面过渡层结构致密、黏结力增大，从而提高混凝土强度10%或节约水泥5%，并进一步减少水化热和裂缝。

（2）振动工艺。对已浇筑的混凝土，在终凝前进行二次振动，可排除混凝土因渗水在石子、水平钢筋下部形成的空隙和水分，提高黏结力和抗拉强度，并减少内部裂缝与气孔，提高抗裂性。

（3）养护工艺。为了严格控制大体积混凝土的内外温差，确保混凝土质量，减少裂缝，养护是一个十分重要和关键的工序，必须切实做好。混凝土养护主要是保持适当的温度和湿度条件。保温能减少混凝土表面的热扩散，降低混凝土表层的温差，防止表面裂缝。

三、有关裂缝的处理措施

裂缝的出现不但会影响结构的整体性和刚度，还会引起钢筋的锈蚀、加速混凝土的碳化、降低混凝土的耐久性和抗疲劳、抗渗能力。因此根据裂缝的性质和具体情况，我们要区别对待、及时处理，以保证建筑物的安全使用。

混凝土裂缝的修补措施主要有以下一些方法：表面修补法，嵌缝法，结构加固法。

1. 表面修补法。表面修补法是一种简单、常见的修补方法，它主要适用于稳定和结构承载能力没有影响的表面裂缝以及深进裂缝的处理。通常的处理措施是在裂缝的表面涂抹水泥浆、环氧胶泥或在混凝土表面涂刷油漆、沥青等防腐材料。在防护的同时，为了防止混凝土受各种作用的影响继续开裂，通常可以采用在裂缝的表面粘贴玻璃纤维布等措施。

2. 嵌缝法。嵌缝法是裂缝封堵中最常用的一种方法，它通常是沿裂缝凿槽，在槽中嵌填塑性或刚性止水材料，以达到封闭裂缝的目的。

3. 结构加固法。当裂缝影响到混凝土结构的性能时，就要考虑采用加固法对混凝土结构进行处理。结构加固中常用的主要有以下几种方法：加大混凝土结构的截面面积，在构件的角部外包型钢、采用预应力法加固、粘贴钢板加固、增设支点加固以及喷射混凝土补强加固。

四、结论

裂缝是混凝土结构中普遍存在的一种现象，它的出现不仅会降低建筑物的抗渗能力，影响建筑物的使用功能，而且会引起钢筋的锈蚀、混凝土的碳化，降低材料的耐久性，影响建筑物的承载能力。因此要对混凝土裂缝进行认真研究、区别对待，采用合理的方法进行处理，并在施工中采取各种有效的预防措施来预防裂缝的出现和恶化，保证建筑物和构件安全、稳定。