维普资讯 http://www.cqvip.com 第２５卷第４期 河北建筑工程学院学报 Ｖｏ１．２５ Ｎｏ．４ ２００７年１ ２月 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＨＥＢＥＩ ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ ＯＦ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ ＡＮＤ ＣＩＶＩＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ Ｄｅｃｅｍｂｅｒ ２００７ 混凝土温度裂缝分析及控制措施 田占龙 张家Ｅｌ市清水河管理处 摘要分析混凝土温度裂缝产生的原因，提出现场混凝土温度的控制和预防裂缝的措施． 关键词混凝土；温度应力；裂缝；控制 中图号ＴＵ７ 在现代工程建设中混凝土的裂缝较为普遍，本文仅对施工中混凝土裂缝的成因和处理措施做一 探讨． １裂缝的原因 混凝土中产生裂缝有多种原因，主要是温度和湿度的变化，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． 混凝土硬化期问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．当这些拉应力超出混凝土的抗裂能力时，即会出现裂缝．许多混凝土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，表面干缩形变受到内部 混凝土的约束，也往往导致裂缝．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，往往在混凝土内部引起相当大的拉应力．有时温度 应力可超过其它外荷载所引起的应力，因此掌握温度应力的变化规律对于进行合理的结构设计和施工 极为重要． ．２温度应力的分析 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．这个阶段的两个特征，一是水泥 放出大量的水化热，二是混凝上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形成 残余应力．（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，在此期问 混凝上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迭加． 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的温度应力．例如，桥梁墩身，结构尺寸相对较大，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．如箱梁顶板混凝土和护栏混凝土． 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．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驰，计算温度应力时，必须考虑徐变的影响． ３温度的控制和防止裂缝的措施 收稿日期：２００７—１０—２０ 作者简介：男，１９７４年生，助理工程师，张家Ｅｌ市，０７５０００ 维普资讯 http://www.cqvip.com 第４期 田占龙 混凝土温度裂缝分析及控制措施 为了防止裂缝，减轻温度应力可以从控制温度和改善约束条件两个方面着手．控制温度的措施 如下： （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）热天浇筑混凝土时 减少浇筑厚度，利用浇筑层面散热；（４）在混凝土中埋设水管，通人冷水降温；（５）规定合理的拆模时间， 气温骤降时进行表面保温，以免混凝土表面发生急剧的温度梯度；（６）施工中长期暴露的混凝土浇筑块 表面或薄壁结构，在寒冷季节采取保温措施． 改善约束条件的措施是： （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，改善混凝土的性能，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． 在混凝土的施工中，为了提高模板的周转率，往往要求新浇筑的混凝土尽早拆模．当混凝土温度高 于气温时应适当考虑拆模时间，以免引起混凝土表面的早期裂缝．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．在混凝土浇筑初期，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，再加上混凝土干缩，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，对于防止混凝土表面产生过大的拉应力， 具有显著的效果．加筋对大体积混凝土的温度应力影响很小，因为大体积混凝土的含筋率极低．只是对 一般钢筋混凝土有影响．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．钢的线胀系数与混凝土线胀系数相差很小，在温度变化时两者间只发生很小 的内应力．因此，在混凝土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，对提高混凝土抗裂性的 效果较好．混凝土和钢筋混凝土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． 为保证混凝土工程质量，防止开裂，提高混凝土的耐久性，正确使用外加剂也是减少开裂的措施之 一．许多外加剂都有缓凝、增加和易性、改善塑性的功能，我们在工程实践中应多进行这方面的实验对比 和研究，比单纯的靠改善外部条件，可能会更加简捷、经济． ４混凝土的早期养护 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寒冷地 区的温度骤降也容易形成裂缝．因此说混凝土的保温对防止表面早期裂缝尤其重要． 从温度应力观点出发，保温应达到下述要求： １）防止混凝土内外温度差及混凝土表面梯度，防止表面裂缝．２）防止混凝土超冷，应该尽量设法使 混凝土的施工期最低温度不低于混凝土使用期的稳定温度．３）防止老混凝土过冷，以减少新老混凝土 间的约束． 混凝土的早期养护，主要目的在于保持适宜的温湿条件，以达到两个方面的效果，一方面使混凝土 免受不利温、湿度变形的侵袭，防止有害的冷缩和干缩．一方面使水泥水化作用顺利进行，以期达到设计 的强度和抗裂能力． 适宜的温湿度条件是相互关联的．混凝上的保温措施常常也有保湿的效果． 从理论上分析，新浇混凝土中所含水分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，从而推迟或防碍水泥的水化，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． ‘ （下转第２８页） 维普资讯 http://www.cqvip.com ２８ 河北建筑工程学院学报 第２５卷 增大到离圆管最近时，土壤温度恢复率达到最小值．造成这种情况的主要原因是由于土壤温度的自然恢 复过程在水平方向主要是靠远边界土壤向埋管方向的传热来实现的，因此，离埋管较远处土壤温度恢复 较容易，而近埋管处则较难．同时由图中可以看出，随着ｚ坐标的增加，恢复率逐渐减小，考虑其原因是 浅层土壤受室外气温影响较大，而深层土壤因对地表面温度波具有衰减作用，从而影响较小的缘故． ４结论 通过对土壤源热泵系统运行一段时问后的土壤温度恢复情况的模拟研究得到以下结论： （１）浅层土壤温度恢复率较低，随着深度增加，恢复率逐渐增大； （２）随着ｘ的增加土壤温度恢复率降低，热泵停止运行后，温度变化比较缓慢．确定不同时刻不同 点的土壤温度恢复率，为交替运行模式下的冷管与土壤源热泵的运行时间提供理论基础． 参考文献 ［１］丁力行，陈季芬，彭梦珑．土壤源热泵垂直单埋管换热性能影响因素研究．流体机械，２００２，３ ［２］陶文铨．数值传热学．（第２版）．西安交通大学出版社，２００１ ［３］李芫．垂直埋管式土壤源热泵的研究．青岛建筑工程学院硕士学位论文，１９９９ Ｓｉｍｕｌａｔｉｖｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｔｈｅ Ｇｒｏｕｎｄ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｒｅｓｕｍｉｎｇ ｏｆ Ｇｒｏｕｎｄ Ｓｏｕｒｃｅ Ｈｅａｔ Ｐｕｍｐ Ｚｈｏｕ Ｙｅ。Ｄｏｎｇ Ｈｕｉｆａｎｇ Ｚｈａｎｇ Ｐｅｎｇ３ １．Ｚｈａｎｇｊｉａｋｏｕ Ｇａｓ Ｃｏｍｐａｎｙ ２．Ｈｅｂｅｉ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ａｎｄ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ３．Ｈｅｂｅｉ Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ａｎｄ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ ｒｅｓｕｍｉｎｇ ｃｏｕｒｓｅ ｏｆ ｇｒｏｕｎｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ ｓｏｕｒｃｅ ｈｅａｔ ｐｕｍｐ ｉｓ ｓｉｍｕｌａｔｉｖｅｌｙ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ ａｆｔｅｒ ｔｈｅ ｇｒｏｕｎｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｈｅａｔ ｐｕｍｐ ｉｓ ｐｅｒｆｏｒｍｅｄ ｆｏｒ ｓｏｍｅ ｔｉｍｅ．Ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｇｒｏｕｎｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ ｆａｒ ｇｒｏｕｎｄ ｔｕｂｅｓ ｉｓ ｒｅｓｕｍｅｄ ｑｕｉｃｋｌｙ ｔｈａｎ ｔｈｅ ｎｅａｒ ｇｒｏｕｎｄ．Ａｎｄ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｒｅｓｕｍｉｎｇ ｒａｔｅ ｏｆ ｓｕｐｅｒｆｉｃｉａｌ ｇｒｏｕｎｄ ｉｓ ｌｏｗｅｒ；Ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｒｅｓｕｍｉｎｇ ｒａｔｅ ｉｓ ｇｒａｄｕａｌｌｙ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ａｌｏｎｇ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｅｐｔｈ ｏｆ ｇｒｏｕｎｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｇｒｏｕｎｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ；ｒｅｓｕｍｉｎｇ；ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ （上接第２５页） ５结束语 以上对混凝土的施工温度与裂缝之间的关系进行了理论和实践上的初步探讨，具体施工中要靠我 们多观察、多比较，出现问题后多分析、多总结，结合多种预防处理措施，混凝土的裂缝是完全可以避 免的． Ｂｒｉｅｆ Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ａｂｏｕｔ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ Ｃｒａｃｋｓ ｏｆ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ ａｎｄ ＣＯｒｒｅｓｐＯｎｄｉｎｇ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ Ｍｅａｓｕｒｅｓ Ｔｉａｎ Ｚｈａｎｌｏｎｇ Ｚｈｏｎｇｊｉａｋｏｕ Ｑｉｎｇｓｈｕｉ Ｒｉｖｅｒ Ｓｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｃａｕｓｅ ｏｆ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｒａｃｋｓ ｏｆ ｃｏｎｃｒｅｔｅ，ａｎｄ ｐｒｏｐｏｓｅｓ ｔｈｅ ｏｎ－ｔｈｅ－ｓｐｏｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｔｏ ｐｒｅｖｅｎｔ ｃｒａｃｋｓ． ’ Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｃｏｎｃｒｅｔｅ；ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｓｔｒｅｓｓ；ｃｒａｃｋｓ；ｃｏｎｔｒｏｌ
