浅谈混凝土工程中温度裂缝的成因及防治措施

吴小钢

（江苏金堰交通工程有限公司，江苏 泰州 225500）

【摘　要】混凝土的裂缝问题是一个普遍存在而又难于解决的工程实际问题，其产生的原因很多，很复杂。而温度裂缝是混凝土的裂缝中较常见的问题，如不引起重视，情况严重时会影响到结构物的使用寿命及安全。本文就温度裂缝的成因进行了分析，并提出了预防和处理的技术措施。

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关键词 混凝土；温度裂缝；成因；防治措施

混凝土建筑和构件通常都是带缝工作的，由于裂缝的存在和发展通常会使内部的钢筋等材料产生腐蚀，降低钢筋混凝土材料的承载能力、耐久性及抗渗能力，影响建筑物的外观、使用寿命，严重者将会威胁到人们的生命和财产安全。大量的混凝土工程实践证明，在混凝土工程中裂缝问题是不可避免的，在一定的范围内也是可以接受的，只是要采取有效的对策将其危害程度控制在一定的范围之内。在施工中应尽量采取有效措施控制裂缝产生，使结构尽可能不出现裂缝或尽量减少裂缝的数量和宽度，尤其要尽量避免有害裂缝的出现，从而确保工程质量。

混凝土裂缝产生的原因很多，有变形引起的裂缝：如温度变化、收缩、膨胀、不均匀沉陷等原因引起的裂缝；有外载作用引起的裂缝；有养护环境不当和化学作用引起的裂缝等等。本文主要针对温度裂缝的预防与处理作浅要探讨，供工程界同行参考。

1　温度裂缝的成因

混凝土一般是由砂、石、水泥、水及其他外加剂(必要时)混合而形成的非均质脆性材料。由于在混凝土结构物的施工过程中，历经投料、搅拌、运输、浇筑、振捣等诸多工序加之组成材料自身的差异以及外界条件的不确定性，多方面不利因素的叠加组合，使得硬化后的混凝土存在着孔隙、气孔、微裂纹等先天缺陷。当混凝土受温差影响时，内部会产生应力，而应力的重新分布会使得缺陷部分产生应力集中，从而导致缺陷的不断扩展和连通，最终形成我们肉眼可见的宏观裂缝。

温度裂缝产生的实质是由于温差使混凝土表面产生拉应力，在拉应力的作用下表面破坏表现为裂缝。温差产生的因素一般分为内部和外部因素。

内部因素温差多发生在大体积混凝土表面。混凝土浇筑后，在硬化过程中，水泥水化产生大量的水化热。由于混凝土的体积较大，大量的水化热聚积在混凝土内部不易散发，导致内部温度急剧上升，而混凝土表面散热较快，这样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。外部因素温差多发生在温差变化较大地区或时段的混凝土结构中，在混凝土的施工中当温差变化较大，或者是混凝土受到寒潮的袭击等，会导致混凝土表面温度急剧下降，而产生收缩。表面收缩的混凝土受内部混凝土的约束，将产生很大的拉应力而产生裂缝，这种裂缝通常只在混凝土表面较浅的范围内产生。

温度裂缝的走向通常无一定规律，大面积结构裂缝常纵横交错；梁板类长度尺寸较大的结构，裂缝多平行于短边；深入和贯穿性的温度裂缝一般与短边方向平行或接近平行，裂缝沿着长边分段出现，中间较密。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。高温膨胀引起的混凝土温度裂缝通常是中间粗两端细，而冷缩裂缝的粗细变化不太明显。此种裂缝的出现会引起钢筋的锈蚀，混凝土的碳化，从而降低混凝土的抗冻融、抗疲劳及抗渗能力等。

2　温度裂缝的防治措施

目前国内外一般都采用设置永久伸缩缝、后浇带、隔段分别浇筑等方法来释放温度和收缩应力，以控制裂缝的开展。大多数国家伸缩缝的间距为30～40m，个别国家则定为10～20m。我国现行桥梁规范（JTG／T F50-2011）规定：混凝土中配有构造钢筋的现浇式结构，其伸缩缝的最大间距为30m。以上几种方法的优点是符合设计规范要求，但施工相当麻烦，并在一定程度上影响工程进度和受力状态。除此以外，还有一种薄层浇筑混凝土的方法，就是将大截面的混凝土横向分成0.75～1.50m左右的厚度进行水平分层浇筑混凝土，每层间隔时间有的5～7d，有的多达15d以上。这样做的好处是可以利用分层，易于散热来加速降低混凝土内部的温度，减少内部温差，但不利的分层浇筑将使上层后浇的混凝土受到下层先浇混凝土的很大约束作用，反而促使裂缝更易开展。

为了防止裂缝开展，应着重控制混凝土凝固期的温升，在温度应力方面采取一些技术措施，但这些措施不是孤立的，必须结合实际全面考虑，合理采用，才能收到防止裂缝的效果。

2.1　在设计上采取的措施

将大体积混凝土结构解体、分块，在大体积混凝土结构的适当部位设置施工宽缝以减少在施工期产生的温度应力；或在结构容易产生裂缝的部位设置施工宽缝，等混凝土稳定达到一定的强度或沉降稳定后，用提高一级膨胀混凝土将施工宽缝封住。

设计取低标号混凝土以减少水泥用量。

混凝土与钢管混凝土的裂缝一般均由拉应力引起，即使是轴向受压荷载的结构物，其内部也可能存在劈拉应力，容易引起裂缝。在混凝土结构中适当配置防裂钢筋和构造钢筋，对温度应力或收缩应力，都能提高结构的抗裂性。

可以在裂缝易发生部位如孔洞周围以及转角处布置一些斜筋，从而让钢筋代替混凝土承担拉应力，这样可以有效的控制裂缝的发展。为了避免裂缝的出现，在设计中利用中低强度的水泥充分利用混凝土的后期强度, 在工程结构设计中要特别注意降低结构的约束度。对于混凝土中钢筋保护层的厚度应当尽量取较小值，因为保护层的厚度愈大愈容易发生裂缝。

工程实践表明，在相同的配筋率下，选择较细的钢筋，防止混凝土开裂的效果会更好。

在越长越宽的大体积施工图设计中，设计院设计有变形缝、后浇带等施工缝，实际上是为防止混凝土结构因温度变化而必须设置的构造缝，这种方法在施工中常见。它的最大优点是：减少整体结构纵向拉应力过大而产生裂缝，其缺点是设置变形缝、后浇带给施工带来诸多麻烦，但总体看来，利大于弊，混凝土裂缝得到有效控制。

2.2　温度裂缝的预防措施

温度裂缝的预防要在原材料选择、配合比合理设计、施工工艺改进、养护工艺合理化、温度时段优选、技术方案优化等多方面采取措施。

1）原材料选择：尽量选用低热或中热水泥，如矿渣水泥、粉煤灰水泥等。

2）配合比合理设计：减少水泥用量，将水泥用量尽量控制在450kg／m3以下；降低水胶比，一般混凝土的水胶比控制在0.6以下；改善骨料级配，掺加粉煤灰或高效减水剂等来减少水泥用量，降低水化热；在混凝土中掺加一定量的具有减水、增塑、缓凝等作用的外加剂，改善混凝土拌合物的流动性、保水性，降低水化热，推迟热峰的出现时间。

3）施工工艺改进：改善混凝土的搅拌加工工艺；在传统的“三冷技术”的基础上采用“二次风冷”新工艺，降低混凝土的浇筑温度；高温季节浇筑时可以采用搭设遮阳板等辅助措施控制混凝土的温升，降低浇筑混凝土的温度；对大体积混凝土要合理安排施工工序，分层、分块浇筑，以利于散热和减小约束；在大体积混凝土内部设置冷却管道，通冷水或者冷气冷却，减小混凝土的内外温差。

4）养护工艺合理化：加强混凝土养护，混凝土浇筑后，及时用湿润的草帘、麻片等覆盖，并注意洒水养护，适当延长养护时间，保证混凝土表面缓慢冷却。在寒冷季节，混凝土表面应设置保温措施，以防止寒潮袭击。

5）温度时段优选：对特殊结构，如桥梁合拢段，应在低温时段施工。

6）技术方案优化：加强混凝土温度的监控，及时采取冷却、保护措施；预留温度收缩缝；减小约束，浇筑混凝土前宜在基岩和老混凝土上铺设5mm左右的砂垫层或使用沥青等材料涂刷；混凝土中配置少量的钢筋或者掺人纤维材料将混凝土的温度裂缝控制在一定的范围之内。

2.3　温度裂缝的处理

混凝土裂缝的处理措施主要有以下一些方法：表面修补法，灌浆、嵌逢封堵法，混凝土置换法，电化学防护法，仿生自愈合法等。其中前两种方法运用较多。现简述如下：

1）表面修补法: 表面修补法是一种简单、常见的修补方法，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）灌浆、嵌逢封堵法: 灌浆法主要适用于对结构整体性有影响或有防渗要求的混凝土裂缝的修补，它是利用压力设备将胶结材料压入混凝土的裂缝中，胶结材料硬化后与混凝土形成一个整体，从而起到封堵加固的目的。常用的胶结材料有水泥浆、环氧树脂、甲基丙烯酸酯、聚氨酯等化学材料。

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。常用的塑性材料有聚氯乙烯胶泥、塑料油膏、丁基橡胶等等；常用的刚性止水材料为聚合物水泥砂浆。

3）混凝土置换法: 混凝土置换法是处理严重损坏混凝土的一种有效方法，此方法是先将损坏的混凝土剔除，然后再置换入新的混凝土或其他材料。常用的置换材料有：普通混凝土或水泥砂浆、聚合物或改性聚合物混凝土或砂浆。

4）电化学防护法: 电化学防腐是利用施加电场在介质中的电化学作用，改变混凝土或钢筋混凝土所处的环境状态，钝化钢筋，以达到防腐的目的。阴极防护法、氯盐提取法、碱性复原法是化学防护法中常用而有效的3种方法。

5）仿生自愈合法: 仿生自愈合法是一种新的裂缝处理方法，它模仿生物组织对受创伤部位自动分泌某种物质，而使创伤部位得到愈合的机能，在混凝土的传统组分中加入某些特殊组分(如含粘结剂的液芯纤维或胶囊)，在混凝土内部形成智能型仿生自愈合神经网络系统，当混凝土出现裂缝时分泌出部分液芯纤维可使裂缝重新愈合。

3　结束语

虽然混凝土易产生温度裂缝和收缩裂缝，但只要在设计、施工工艺、材料选择及养护过程中能够精细化考虑，并及时采取合理的处治措施，就能避免或减少裂缝的出现。在工程建设实践中应做到：

1）在混凝土施工时要全面和有针对性的考虑施工方案，尽可能利用国内较先进的施工技术及控制方法。

2）要做充分的施工准备，把影响质量的关键问题量化、细化、分解到具体措施上。

3）材料控制及检测要规范，在施工过程中严格按技术方案要求执行，操作和指挥一致，实施和检查一致。

4）应分析裂缝产生的具体原因，判断其扩展趋向，采用合理的处治方法。

温度裂缝是混凝土结构中普遍存在的一种现象。对于这种现象，工程界一直在进行研究和探讨，也提出了许多有见地的处治措施。在施工实践中，只要我们坚持做到科学规范，精心组织，充分考虑多种因素的影响，积极地采取预防措施，发现问题后及时采用针对性的处理方案，使它的产生及其不利影响降低到最小的程度，就一定能较好地解决温度裂缝这种常见的质量通病，从而保证工程质量。

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参考文献

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［责任编辑：杨玉洁］