施工温度对钢筋砼构件裂缝的影响

　    摘 要：经过所经管的及日常对钢筋砼构件的观察，查阅有关构件内部应力方面的资料，对构件温度裂缝产生的原因、施工现场对构件温度的控制和预防裂缝措施等进行分析、阐述。 

　　关键词： 钢筋砼构件、温度应力、裂缝、控制 

　　中图分类号： TV543 文献标识码： A 文章编号： 

　　钢筋砼构件在如今工程建设中占有不可取缔的地位。而钢筋砼构件的裂缝较为普遍。尽管我们在施工中采取各种各样的措施，但裂缝仍然时有出现。究其原因，我们对钢筋砼构件温度应力的变化注意不够是其中之一。 

　　在大体积钢筋砼构件中，温度应力及温度控制具有重要意义。因为在施工中钢筋砼构件常常出现温度裂缝，从而影响到结构的整体性和耐久性。 

　　1 裂缝的原因 

　　钢筋砼构件中产生裂缝的原因主要有：温度和湿度的变化、砼构件的脆性和不均匀性、结构设计不合理、原材料不合格、施工配合比不当、模板变形、施工工艺不当、基础不均匀沉降等因素。 

　　1.1温度和湿度的变化。 

　　砼构件硬化期间水泥释放出大量水化热，内部温度不断上升，从而使砼构件内外形成温差效应——在砼构件表面引起拉应力。后期在降温过程中，由于受到基础或老混凝上的约束，又会在砼构件内部出现拉应力。气温的降低也会在砼构件表面引起很大的拉应力。当这些拉应力超出砼构件的抗裂能力时，即会出现裂缝。许多钢筋砼构件的内部湿度变化很小或变化较慢，但表面湿度可能变化较大或发生剧烈变化。如养护不周、时干时湿，表面干缩变形受到内部钢筋砼构件的约束，也往往导致裂缝。砼构件是一种脆性材料，具实验资料显示：抗拉强度是抗压强度的10%左右、短期加荷时的极限拉伸变形只有（0.6～1.0）×104、长期加荷时的极限位伸变形也只有（1.2～2.0）×104。 

　　1.2由于原材料不均匀、施工配合比不当、水灰比不稳定及运输和浇筑过程中的离析现象。在同一块砼构件中其抗拉强度又是不均匀的，存在着许多抗拉能力很低，易于出现裂缝的薄弱部位。在钢筋砼构件中，拉应力主要是由钢筋承担，而砼只是承受压应力。在钢筋砼构件内或构件边缘部位如果出现了拉应力，则须依靠砼构件自身承担。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。但是在施工中钢筋砼构件由最高温度冷却到使用时期的稳定温度，往往在钢筋砼构件内部引起极大的拉应力。因此掌握温度应力的变化规律对于进行合理的施工工艺的选择极为重要。 

　　1.3模板变形 。施工中的模板变形，导致钢筋砼构件过早受载及承受不均匀荷载，使构件产生裂缝。 

　　1.4地基及基础不均匀沉降。地基及基础不均匀沉降，导致构件不均匀受载，从而产生裂缝。　　 

　　2 温度应力的分析 

　　2.1温度应力的形成过程 

　　（1）早期：自浇筑砼开始至水泥放热基本结束，一般约30天。这个阶段的水泥放出大量的水化热，砼的弹性模量的急剧变化。由于混凝土弹性模量的变化，导致在构件内形成残余应力。 

　　（2）中期：自水泥放热作用基本结束时起至钢筋砼构件冷却到稳定温度时止，这个时期中，温度应力主要是由于钢筋砼构件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，在此期间混凝上的弹性模量变化不大。 

　　（3）晚期：钢筋砼构件完全冷却以后的时期。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迭加。 　 

　　2.2温度应力引起的原因 

　　（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的温度应力。如筏板基础的结构尺寸相对较大，构件冷却时表面温度低，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。如桥梁工程中：箱梁顶板钢筋砼构件和护栏钢筋砼构件。 

　　这两种温度应力往往和钢筋砼构件的干缩所引起的应力共同作用。 

　　施工中应根据现场温度、构件内外所测量的温度，分析出构件温度应力的分布状况、估计温度应力的大小分布状态，从而对构件裂缝控制采取相应的措施。 　 

　　3 温度控制与裂缝防止 

　　3.1控制温度的措施 

　　（1）材料选用：采用改善骨料级配，用干硬性钢筋砼构件，掺混合料，加引气剂或塑化剂等措施以减少钢筋砼构件中的用水量及水泥用量； 

　　（2）材料降温：拌合钢筋砼构件时加水或用水将碎石冷却以降低钢筋砼构件的浇筑温度； 

　　（3）工艺：热天浇筑钢筋砼构件时减少浇筑厚度，利用浇筑层面散热； 

　　（4）强制降温：在钢筋砼构件中埋设水管，通入冷水循环水强制降温； 

　　（5）确定合理的拆模时间：规定合理的拆模时间，气温骤降时进行表面保温，以免钢筋砼构件表面发生急剧的温度梯度； 

　　（6）保温措施：施工中长期暴露的钢筋砼构件浇筑块表面或薄壁结构，在寒冷季节采取保温措施。 

　　3.2改善约束条件的措施 

　　（1）合理地分缝分块 

　　（2）避免基础过大起伏 

　　（3）合理的安排施工工序，避免过大的高差和侧面长期暴露；此外，改善钢筋砼构件的性能，提高抗裂能力，加强养护，防止表面干缩，特别是保证钢筋砼构件的质量对防止裂缝是十分重要，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，因此施工中应以预防贯穿性裂缝的发生为主。 

　　（4）适时拆模及保湿：在钢筋砼构件的施工中，为了提高模板的周转率，往往要求新浇筑的钢筋砼构件尽早拆模。当钢筋砼构件温度高于气温时应适当考虑拆模时间，以免引起钢筋砼构件表面的早期裂缝。新浇筑早期拆模，在表面引起很大的拉应力，出现“温度冲击”现象。在钢筋砼构件浇筑初期，由于水化热的散发，表面引起相当大的拉应力，此时表面温度亦较气温为高，此时拆除模板，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，再加上钢筋砼构件干缩，表面的拉应力达到很大的数值，就有导致裂缝的危险，但如果在拆除模板后及时在表面覆盖一轻型保温材料，如泡沫海棉等，对于防止钢筋砼构件表面产生过大的拉应力，具有显著的效果。 

　　（5）选用合理的配筋率及配筋直径：加筋对大体积钢筋砼构件的温度应力影响很小，因为大体积钢筋砼构件的含筋率极低。只是对一般钢筋钢筋砼构件有影响。在温度不太高及应力低于屈服极限的条件下，钢的各项性能是稳定的，而与应力状态、时间及温度无关。钢的线胀系数与钢筋砼构件线胀系数相差很小，在温度变化时两者间只发生很小的内应力。由于钢的弹性模量为钢筋砼构件弹性模量的7~15倍，当内钢筋砼构件应力达到抗拉强度而开裂时，钢筋的应力将不超过10～20N／mm2..因此，在钢筋砼构件中想要利用钢筋来防止细小裂缝的出现很困难。但加筋后结构内的裂缝一般就变得数目多、间距小、宽度与深度较小了。而且如果钢筋的直径细而间距密时，对提高钢筋砼构件抗裂性的效果较好。钢筋砼构件和钢筋钢筋砼构件结构的表面常常会发生细而浅的裂缝，其中大多数属于干缩裂缝。虽然这种裂缝一般都较浅，但它对结构的强度和耐久性仍有一定的影响。 

　　（6）按实况选用外加剂：为保证钢筋砼构件工程质量，防止开裂，提高钢筋砼构件的耐久性，正确使用外加剂也是减少开裂的措施之一。例如使用减水防裂剂，笔者在实践中总结出其主要作用为： 

　　.钢筋砼构件中存在大量毛细孔道，水蒸发后毛细管中产生毛细管张力，使钢筋砼构件干缩变形。增大毛细孔径可降低毛细管表面张力，但会使钢筋砼构件强度降低。这个表面张力理论早在六十年代就已被国际上所确认。 .水灰比是影响钢筋砼构件收缩的重要因素，使用减水防裂剂可使钢筋砼构件用水量减少25％。