范忠磊/上海二十冶建设有限公司

浅谈混凝土的裂缝及控制措施

范忠磊/上海二十冶建设有限公司

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。

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。

一、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。

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。对于大体积混凝土结构施工，当混凝土浇筑体边界无约束时（如底、顶板顶面），在早期水化热温度迅速升高阶段，由于混凝土内、外散热条件不同，形成温度梯度，表面受拉，内部受压。当拉应力超过混凝土抗拉强度时，混凝土表面就产生裂缝。在混凝土的降温阶段，混凝土的温差引起的变形加上混凝土的体积收缩变形，受到地基和结构边界条件的约束时，在浇筑体中央断面产生内部拉应力，当该拉应力超过混凝土抗拉强度时，混凝土整个截面就产生贯穿裂缝。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。

二、温度应力分析

（一）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。

（二）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。

三、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：

（一）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。

（二）降低混凝土温差，加强施工中温度控制

首先选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。

（三）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。

四、结束语

混凝土结构裂缝的发生的原因很复杂也是不可避免的，混凝土裂缝的防治重点在于“防”，而不在于“治”在采取了上述综合性控制措施后，由于各种原因仍可能有少量的混凝土裂缝发生。当这些裂缝发生后，必须先查明裂缝产生的原因，判明裂缝的类型，才能选择正确的处理方法，同时要通过合理设计混凝土配合比、正确选用原材料、合理设计建筑结构、加强施工监控、严格遵守施工技术规程、提高施工技术水平，这样才有可能最大程度减少混凝土裂缝的产生，把裂缝宽度控制在设计范围内，尽量减少裂缝造成的危害。

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