一、裂縫的原因
混凝土產(chǎn)生裂縫有多種原因，主要是溫度和濕度的變化，混凝土的脆性和不均勻性，結(jié)構(gòu)不合理，原材料不合格 ( 如堿骨料反應(yīng) ) ，模板變形，基礎(chǔ)不均勻沉降等。
混凝土硬化期間水泥放出大量水化熱，內(nèi)部溫度不斷上升，表面產(chǎn)生拉應(yīng)力。后期在降溫過程中，由于受到基礎(chǔ)或者混凝土的約束，混凝土內(nèi)部又出現(xiàn)拉應(yīng)力。氣溫的降低也會(huì)在混凝土表面引起很大的拉應(yīng)力。當(dāng)這些拉應(yīng)力超出混凝土的抗裂能力時(shí)會(huì)出現(xiàn)裂縫。許多混凝土的內(nèi)部溫度變化很小或變化較慢，但表面溫度可能變化較大或發(fā)生劇烈變化。如養(yǎng)護(hù)不周、時(shí)干時(shí)濕，表面干縮變形受到內(nèi)部混凝土的約束，也往往導(dǎo)致裂縫?；炷潦且环N脆性材料，抗拉強(qiáng)度是抗壓強(qiáng)度的 1/10 左右，短期加荷時(shí)的極限拉伸變形只有 (0.8 ～ 1.0 ) × 10 4 ；長(zhǎng)期加荷時(shí)的極限拉伸變形也只有 (1.2 ～ 2.0 ) × 10 4 。由于原材料不均勻，水灰比不穩(wěn)定，及運(yùn)輸和澆筑過程中離析現(xiàn)象，在同一塊混凝土中，拉應(yīng)力主要是由鋼筋承擔(dān)，混凝土只呈承受壓應(yīng)力。在混凝土內(nèi)或鋼筋混凝土的邊緣部位，如果結(jié)構(gòu)內(nèi)出現(xiàn)了拉應(yīng)力，則須依靠混凝土自身承擔(dān)。一般設(shè)計(jì)中均要求不出現(xiàn)拉應(yīng)力或者只出現(xiàn)很小的拉應(yīng)力。但是在施工中混凝土由最高溫度冷卻到運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)期的穩(wěn)定溫度，往往在混凝土內(nèi)部引起相當(dāng)大的拉應(yīng)力。有時(shí)溫度應(yīng)力可超過其他外荷載所引起的應(yīng)力，因此掌握溫度應(yīng)力的變化規(guī)律對(duì)于進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工極為重要。
二、溫度應(yīng)力的分析
根據(jù)溫度應(yīng)力的形成過程可分為以下 3 個(gè)階段：
(1) 早期：自澆筑混凝土開始放熱基本結(jié)束，一般約 30 天。這個(gè)階段有兩個(gè)特征，一是水泥放出大量的水化熱；二是混凝土彈性模量的急劇變化。 (2) 中期：自水泥放熱作用基本結(jié)束時(shí)起到混凝土冷卻到穩(wěn)定溫度時(shí)止，這段時(shí)間內(nèi)，溫度應(yīng)力主要是由于混凝土的冷卻及外界氣溫變化引起。 (3) 晚期：混凝土完成冷卻以后的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)期。
溫度應(yīng)力引起的原因可分為兩類：
(1) 自生應(yīng)力：邊界是沒有任何約束或完全靜止的結(jié)構(gòu)，如果內(nèi)部溫度是非線性分布的，由于結(jié)構(gòu)本身互相約束而出現(xiàn)的溫度應(yīng)力。 (2) 約束應(yīng)力：結(jié)構(gòu)的全部或部分邊界受到外界的約束，不能自由變形而引起的應(yīng)力。如箱梁頂混凝土和護(hù)欄混凝土。這兩種溫度應(yīng)力往往和混凝土的干縮所引起應(yīng)力共同作用。要想根據(jù)已知的溫度準(zhǔn)確分析出溫度應(yīng)力的分布大小，是一項(xiàng)比較復(fù)雜的工作。在大多數(shù)情況下，需要依靠模型試驗(yàn)或數(shù)值計(jì)算。
三、溫度的控制和防止裂縫的措施
為了防止混凝土出現(xiàn)裂縫、減輕溫度應(yīng)力，可以從控制溫度和改善約束條件兩個(gè)方面入手?？刂茰囟鹊拇胧┤缦拢?nbsp;(1) 采用改善骨料級(jí)配用于硬性混凝土、摻混合料、加引氣劑或塑化劑等措施以減少混凝土中的水泥用量。 (2) 拌和混凝土?xí)r加水或用水碎石冷卻以降低混凝土的澆筑溫度。 (3) 外界氣溫高澆筑混凝土?xí)r可減少澆筑厚度，利用澆筑層面散熱。 (4) 在混凝土中埋設(shè)水管，通入冷水降溫或在混凝土接近終凝時(shí)開始灑水。 (5) 規(guī)定合理的拆模時(shí)間，氣溫驟降時(shí)進(jìn)行表面保溫，避免混凝土表面發(fā)生急劇的溫度變化。 (6) 施工中長(zhǎng)期暴露的混凝土澆筑塊表面或薄壁結(jié)構(gòu)，在寒冷季節(jié)采取保溫措施。
改善約束的措施如下： (1) 合理的分縫分塊。 (2) 避免基礎(chǔ)過大起伏。 (3) 合理的安排施工工序，避免過大的高度差和側(cè)面長(zhǎng)期暴露。
此外，改善混凝土的性能，提高抗裂能力，加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，防止表面干縮，特別是保證混凝土的質(zhì)量對(duì)防止裂縫是十分重要的。在混凝土的施工中，為了提高模板的周轉(zhuǎn)率，往往要求新澆筑的混凝土盡早拆模，當(dāng)混凝土溫度高于氣溫時(shí)應(yīng)適當(dāng)考慮拆模時(shí)間，以免引起混凝土表面的早期裂縫。新澆筑混凝土早期拆模，在表面會(huì)引起很大的拉應(yīng)力，出現(xiàn)“溫度沖擊”現(xiàn)象，但如果在拆模后及時(shí)在表面覆蓋輕型保溫材料，如泡沫、海綿等，對(duì)于防止混凝土表面產(chǎn)生過大的拉應(yīng)力，具有顯著的效果。
加筋對(duì)大體積混凝土的溫度應(yīng)力影響很小，因?yàn)榇篌w積混凝土的含筋率極低，只是對(duì)一般鋼筋混凝土有影響。在溫度不太高及應(yīng)力低于屈服極限的條件下，鋼的各項(xiàng)性能是穩(wěn)定的，與應(yīng)力狀態(tài)、時(shí)間及溫度無關(guān)。鋼的線脹系數(shù)與混凝土線脹系數(shù)關(guān)系很小，在溫度變化時(shí)兩者間只發(fā)生很小的內(nèi)應(yīng)力。由于鋼的彈性模量為混凝土彈性模量的 7 ～ 15 倍，當(dāng)內(nèi)部混凝土應(yīng)力達(dá)到抗拉強(qiáng)度而開裂時(shí)，鋼筋的拉力將超過 100kg /cm 2 ～ 200kg /cm 2 。因此，在混凝土中想要利用鋼筋來防止細(xì)小裂縫的出現(xiàn)很困難。
為保證混凝土工程質(zhì)量，防止開裂，提高混凝土的耐久性，正確使用外加劑也是減少開裂的措施之一。例如使用減水防裂劑?；炷林写嬖诖罅棵?xì)孔道，水蒸發(fā)后毛細(xì)管產(chǎn)生毛細(xì)張力，使混凝土干縮變形，增大毛細(xì)孔徑可降低毛細(xì)管表面張力，但會(huì)使混凝土強(qiáng)度降低。水灰比是影響混凝土收縮的重要因素，使用減水防裂劑可使混凝土用水量減少 25 ％。減水防裂劑可以改善水泥漿稠度，減少混凝土泌水，減少沉縮變形。混凝土在收縮時(shí)受到約束產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力大于混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)裂縫就會(huì)產(chǎn)生。減水防裂劑可有效的提高混凝土抗拉強(qiáng)度，大幅度提高混凝土的抗裂性能。摻加減水防裂劑后混凝土緩凝時(shí)間適當(dāng)，在有效防止水泥迅速水化放熱的基礎(chǔ)上，避免因水泥長(zhǎng)期不凝而帶來的塑性收縮增加。水泥用量也是影響混凝土收縮率的重要因素。提高水泥漿與骨料的黏結(jié)力，以提高混凝土抗裂性能。摻加外加劑可使混凝土密實(shí)性好，可有效地提高混凝土的抗碳化性，減少碳化收縮。摻加外加劑的混凝土和易性好，表面易抹平，形成微膜，減少水分蒸發(fā)，減少干燥收縮。
許多外加劑都有緩凝、增加和易性、改善塑性的功能，我們?cè)诠こ虒?shí)踐中應(yīng)多進(jìn)行這方面的實(shí)驗(yàn)對(duì)比和研究。比單純的靠改善外部條件，可能會(huì)更加快捷、經(jīng)濟(jì)。
四、混凝土的早期養(yǎng)護(hù)
混凝土的早期養(yǎng)護(hù)主要目的在于保持適宜的溫度、濕度條件，一方面使混凝土免受不利溫度、濕度變形的侵襲，防止有害的冷縮和干縮；另一方面使水泥水化作用順利進(jìn)行，以期達(dá)到設(shè)計(jì)的強(qiáng)度和抗裂能力。適宜的溫度條件是相互關(guān)聯(lián)的，混凝土的保溫措施常常也有保濕效果。
混凝土產(chǎn)生裂縫有多種原因，主要是溫度和濕度的變化，混凝土的脆性和不均勻性，結(jié)構(gòu)不合理，原材料不合格 ( 如堿骨料反應(yīng) ) ，模板變形，基礎(chǔ)不均勻沉降等。
混凝土硬化期間水泥放出大量水化熱，內(nèi)部溫度不斷上升，表面產(chǎn)生拉應(yīng)力。后期在降溫過程中，由于受到基礎(chǔ)或者混凝土的約束，混凝土內(nèi)部又出現(xiàn)拉應(yīng)力。氣溫的降低也會(huì)在混凝土表面引起很大的拉應(yīng)力。當(dāng)這些拉應(yīng)力超出混凝土的抗裂能力時(shí)會(huì)出現(xiàn)裂縫。許多混凝土的內(nèi)部溫度變化很小或變化較慢，但表面溫度可能變化較大或發(fā)生劇烈變化。如養(yǎng)護(hù)不周、時(shí)干時(shí)濕，表面干縮變形受到內(nèi)部混凝土的約束，也往往導(dǎo)致裂縫?；炷潦且环N脆性材料，抗拉強(qiáng)度是抗壓強(qiáng)度的 1/10 左右，短期加荷時(shí)的極限拉伸變形只有 (0.8 ～ 1.0 ) × 10 4 ；長(zhǎng)期加荷時(shí)的極限拉伸變形也只有 (1.2 ～ 2.0 ) × 10 4 。由于原材料不均勻，水灰比不穩(wěn)定，及運(yùn)輸和澆筑過程中離析現(xiàn)象，在同一塊混凝土中，拉應(yīng)力主要是由鋼筋承擔(dān)，混凝土只呈承受壓應(yīng)力。在混凝土內(nèi)或鋼筋混凝土的邊緣部位，如果結(jié)構(gòu)內(nèi)出現(xiàn)了拉應(yīng)力，則須依靠混凝土自身承擔(dān)。一般設(shè)計(jì)中均要求不出現(xiàn)拉應(yīng)力或者只出現(xiàn)很小的拉應(yīng)力。但是在施工中混凝土由最高溫度冷卻到運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)期的穩(wěn)定溫度，往往在混凝土內(nèi)部引起相當(dāng)大的拉應(yīng)力。有時(shí)溫度應(yīng)力可超過其他外荷載所引起的應(yīng)力，因此掌握溫度應(yīng)力的變化規(guī)律對(duì)于進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工極為重要。
二、溫度應(yīng)力的分析
根據(jù)溫度應(yīng)力的形成過程可分為以下 3 個(gè)階段：
(1) 早期：自澆筑混凝土開始放熱基本結(jié)束，一般約 30 天。這個(gè)階段有兩個(gè)特征，一是水泥放出大量的水化熱；二是混凝土彈性模量的急劇變化。 (2) 中期：自水泥放熱作用基本結(jié)束時(shí)起到混凝土冷卻到穩(wěn)定溫度時(shí)止，這段時(shí)間內(nèi)，溫度應(yīng)力主要是由于混凝土的冷卻及外界氣溫變化引起。 (3) 晚期：混凝土完成冷卻以后的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)期。
溫度應(yīng)力引起的原因可分為兩類：
(1) 自生應(yīng)力：邊界是沒有任何約束或完全靜止的結(jié)構(gòu)，如果內(nèi)部溫度是非線性分布的，由于結(jié)構(gòu)本身互相約束而出現(xiàn)的溫度應(yīng)力。 (2) 約束應(yīng)力：結(jié)構(gòu)的全部或部分邊界受到外界的約束，不能自由變形而引起的應(yīng)力。如箱梁頂混凝土和護(hù)欄混凝土。這兩種溫度應(yīng)力往往和混凝土的干縮所引起應(yīng)力共同作用。要想根據(jù)已知的溫度準(zhǔn)確分析出溫度應(yīng)力的分布大小，是一項(xiàng)比較復(fù)雜的工作。在大多數(shù)情況下，需要依靠模型試驗(yàn)或數(shù)值計(jì)算。
三、溫度的控制和防止裂縫的措施
為了防止混凝土出現(xiàn)裂縫、減輕溫度應(yīng)力，可以從控制溫度和改善約束條件兩個(gè)方面入手?？刂茰囟鹊拇胧┤缦拢?nbsp;(1) 采用改善骨料級(jí)配用于硬性混凝土、摻混合料、加引氣劑或塑化劑等措施以減少混凝土中的水泥用量。 (2) 拌和混凝土?xí)r加水或用水碎石冷卻以降低混凝土的澆筑溫度。 (3) 外界氣溫高澆筑混凝土?xí)r可減少澆筑厚度，利用澆筑層面散熱。 (4) 在混凝土中埋設(shè)水管，通入冷水降溫或在混凝土接近終凝時(shí)開始灑水。 (5) 規(guī)定合理的拆模時(shí)間，氣溫驟降時(shí)進(jìn)行表面保溫，避免混凝土表面發(fā)生急劇的溫度變化。 (6) 施工中長(zhǎng)期暴露的混凝土澆筑塊表面或薄壁結(jié)構(gòu)，在寒冷季節(jié)采取保溫措施。
改善約束的措施如下： (1) 合理的分縫分塊。 (2) 避免基礎(chǔ)過大起伏。 (3) 合理的安排施工工序，避免過大的高度差和側(cè)面長(zhǎng)期暴露。
此外，改善混凝土的性能，提高抗裂能力，加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，防止表面干縮，特別是保證混凝土的質(zhì)量對(duì)防止裂縫是十分重要的。在混凝土的施工中，為了提高模板的周轉(zhuǎn)率，往往要求新澆筑的混凝土盡早拆模，當(dāng)混凝土溫度高于氣溫時(shí)應(yīng)適當(dāng)考慮拆模時(shí)間，以免引起混凝土表面的早期裂縫。新澆筑混凝土早期拆模，在表面會(huì)引起很大的拉應(yīng)力，出現(xiàn)“溫度沖擊”現(xiàn)象，但如果在拆模后及時(shí)在表面覆蓋輕型保溫材料，如泡沫、海綿等，對(duì)于防止混凝土表面產(chǎn)生過大的拉應(yīng)力，具有顯著的效果。
加筋對(duì)大體積混凝土的溫度應(yīng)力影響很小，因?yàn)榇篌w積混凝土的含筋率極低，只是對(duì)一般鋼筋混凝土有影響。在溫度不太高及應(yīng)力低于屈服極限的條件下，鋼的各項(xiàng)性能是穩(wěn)定的，與應(yīng)力狀態(tài)、時(shí)間及溫度無關(guān)。鋼的線脹系數(shù)與混凝土線脹系數(shù)關(guān)系很小，在溫度變化時(shí)兩者間只發(fā)生很小的內(nèi)應(yīng)力。由于鋼的彈性模量為混凝土彈性模量的 7 ～ 15 倍，當(dāng)內(nèi)部混凝土應(yīng)力達(dá)到抗拉強(qiáng)度而開裂時(shí)，鋼筋的拉力將超過 100kg /cm 2 ～ 200kg /cm 2 。因此，在混凝土中想要利用鋼筋來防止細(xì)小裂縫的出現(xiàn)很困難。
為保證混凝土工程質(zhì)量，防止開裂，提高混凝土的耐久性，正確使用外加劑也是減少開裂的措施之一。例如使用減水防裂劑?；炷林写嬖诖罅棵?xì)孔道，水蒸發(fā)后毛細(xì)管產(chǎn)生毛細(xì)張力，使混凝土干縮變形，增大毛細(xì)孔徑可降低毛細(xì)管表面張力，但會(huì)使混凝土強(qiáng)度降低。水灰比是影響混凝土收縮的重要因素，使用減水防裂劑可使混凝土用水量減少 25 ％。減水防裂劑可以改善水泥漿稠度，減少混凝土泌水，減少沉縮變形。混凝土在收縮時(shí)受到約束產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力大于混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)裂縫就會(huì)產(chǎn)生。減水防裂劑可有效的提高混凝土抗拉強(qiáng)度，大幅度提高混凝土的抗裂性能。摻加減水防裂劑后混凝土緩凝時(shí)間適當(dāng)，在有效防止水泥迅速水化放熱的基礎(chǔ)上，避免因水泥長(zhǎng)期不凝而帶來的塑性收縮增加。水泥用量也是影響混凝土收縮率的重要因素。提高水泥漿與骨料的黏結(jié)力，以提高混凝土抗裂性能。摻加外加劑可使混凝土密實(shí)性好，可有效地提高混凝土的抗碳化性，減少碳化收縮。摻加外加劑的混凝土和易性好，表面易抹平，形成微膜，減少水分蒸發(fā)，減少干燥收縮。
許多外加劑都有緩凝、增加和易性、改善塑性的功能，我們?cè)诠こ虒?shí)踐中應(yīng)多進(jìn)行這方面的實(shí)驗(yàn)對(duì)比和研究。比單純的靠改善外部條件，可能會(huì)更加快捷、經(jīng)濟(jì)。
四、混凝土的早期養(yǎng)護(hù)
混凝土的早期養(yǎng)護(hù)主要目的在于保持適宜的溫度、濕度條件，一方面使混凝土免受不利溫度、濕度變形的侵襲，防止有害的冷縮和干縮；另一方面使水泥水化作用順利進(jìn)行，以期達(dá)到設(shè)計(jì)的強(qiáng)度和抗裂能力。適宜的溫度條件是相互關(guān)聯(lián)的，混凝土的保溫措施常常也有保濕效果。
