摘 要：經(jīng)過所經(jīng)管的及日常對鋼筋砼構(gòu)件的觀察，查閱有關(guān)構(gòu)件內(nèi)部應(yīng)力方面的資料，對構(gòu)件溫度裂縫產(chǎn)生的原因、施工現(xiàn)場對構(gòu)件溫度的控制和預(yù)防裂縫措施等進(jìn)行分析、闡述。
關(guān)鍵詞： 鋼筋砼構(gòu)件、溫度應(yīng)力、裂縫、控制
中圖分類號： TV543 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號：
鋼筋砼構(gòu)件在如今工程建設(shè)中占有不可取締的地位。而鋼筋砼構(gòu)件的裂縫較為普遍。盡管我們在施工中采取各種各樣的措施，但裂縫仍然時有出現(xiàn)。究其原因，我們對鋼筋砼構(gòu)件溫度應(yīng)力的變化注意不夠是其中之一。
在大體積鋼筋砼構(gòu)件中，溫度應(yīng)力及溫度控制具有重要意義。因為在施工中鋼筋砼構(gòu)件常常出現(xiàn)溫度裂縫，從而影響到結(jié)構(gòu)的整體性和耐久性。
1 裂縫的原因
鋼筋砼構(gòu)件中產(chǎn)生裂縫的原因主要有：溫度和濕度的變化、砼構(gòu)件的脆性和不均勻性、結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理、原材料不合格、施工配合比不當(dāng)、模板變形、施工工藝不當(dāng)、基礎(chǔ)不均勻沉降等因素。
1.1溫度和濕度的變化。
砼構(gòu)件硬化期間水泥釋放出大量水化熱，內(nèi)部溫度不斷上升，從而使砼構(gòu)件內(nèi)外形成溫差效應(yīng)——在砼構(gòu)件表面引起拉應(yīng)力。后期在降溫過程中，由于受到基礎(chǔ)或老混凝上的約束，又會在砼構(gòu)件內(nèi)部出現(xiàn)拉應(yīng)力。氣溫的降低也會在砼構(gòu)件表面引起很大的拉應(yīng)力。當(dāng)這些拉應(yīng)力超出砼構(gòu)件的抗裂能力時，即會出現(xiàn)裂縫。許多鋼筋砼構(gòu)件的內(nèi)部濕度變化很小或變化較慢，但表面濕度可能變化較大或發(fā)生劇烈變化。如養(yǎng)護(hù)不周、時干時濕，表面干縮變形受到內(nèi)部鋼筋砼構(gòu)件的約束，也往往導(dǎo)致裂縫。砼構(gòu)件是一種脆性材料，具實驗資料顯示：抗拉強(qiáng)度是抗壓強(qiáng)度的10%左右、短期加荷時的極限拉伸變形只有（0.6～1.0）×104、長期加荷時的極限位伸變形也只有（1.2～2.0）×104。
1.2由于原材料不均勻、施工配合比不當(dāng)、水灰比不穩(wěn)定及運輸和澆筑過程中的離析現(xiàn)象。在同一塊砼構(gòu)件中其抗拉強(qiáng)度又是不均勻的，存在著許多抗拉能力很低，易于出現(xiàn)裂縫的薄弱部位。在鋼筋砼構(gòu)件中，拉應(yīng)力主要是由鋼筋承擔(dān)，而砼只是承受壓應(yīng)力。在鋼筋砼構(gòu)件內(nèi)或構(gòu)件邊緣部位如果出現(xiàn)了拉應(yīng)力，則須依靠砼構(gòu)件自身承擔(dān)。一般設(shè)計中均要求不出現(xiàn)拉應(yīng)力或者只出現(xiàn)很小的拉應(yīng)力。但是在施工中鋼筋砼構(gòu)件由最高溫度冷卻到使用時期的穩(wěn)定溫度，往往在鋼筋砼構(gòu)件內(nèi)部引起極大的拉應(yīng)力。因此掌握溫度應(yīng)力的變化規(guī)律對于進(jìn)行合理的施工工藝的選擇極為重要。
1.3模板變形 。施工中的模板變形，導(dǎo)致鋼筋砼構(gòu)件過早受載及承受不均勻荷載，使構(gòu)件產(chǎn)生裂縫。
1.4地基及基礎(chǔ)不均勻沉降。地基及基礎(chǔ)不均勻沉降，導(dǎo)致構(gòu)件不均勻受載，從而產(chǎn)生裂縫。
2 溫度應(yīng)力的分析
2.1溫度應(yīng)力的形成過程
�。�1）早期：自澆筑砼開始至水泥放熱基本結(jié)束，一般約30天。這個階段的水泥放出大量的水化熱，砼的彈性模量的急劇變化。由于混凝土彈性模量的變化，導(dǎo)致在構(gòu)件內(nèi)形成殘余應(yīng)力。
（2）中期：自水泥放熱作用基本結(jié)束時起至鋼筋砼構(gòu)件冷卻到穩(wěn)定溫度時止，這個時期中，溫度應(yīng)力主要是由于鋼筋砼構(gòu)件的冷卻及外界氣溫變化所引起，這些應(yīng)力與早期形成的殘余應(yīng)力相疊加，在此期間混凝上的彈性模量變化不大。
�。�3）晚期：鋼筋砼構(gòu)件完全冷卻以后的時期。溫度應(yīng)力主要是外界氣溫變化所引起，這些應(yīng)力與前兩種的殘余應(yīng)力相迭加。
2.2溫度應(yīng)力引起的原因
�。�1）自生應(yīng)力：邊界上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。如筏板基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)尺寸相對較大，構(gòu)件冷卻時表面溫度低，內(nèi)部溫度高，在表面出現(xiàn)拉應(yīng)力，在中間出現(xiàn)壓應(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。如橋梁工程中：箱梁頂板鋼筋砼構(gòu)件和護(hù)欄鋼筋砼構(gòu)件。
這兩種溫度應(yīng)力往往和鋼筋砼構(gòu)件的干縮所引起的應(yīng)力共同作用。
施工中應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場溫度、構(gòu)件內(nèi)外所測量的溫度，分析出構(gòu)件溫度應(yīng)力的分布狀況、估計溫度應(yīng)力的大小分布狀態(tài)，從而對構(gòu)件裂縫控制采取相應(yīng)的措施。
3 溫度控制與裂縫防止
3.1控制溫度的措施
�。�1）材料選用：采用改善骨料級配，用干硬性鋼筋砼構(gòu)件，摻混合料，加引氣劑或塑化劑等措施以減少鋼筋砼構(gòu)件中的用水量及水泥用量；
�。�2）材料降溫：拌合鋼筋砼構(gòu)件時加水或用水將碎石冷卻以降低鋼筋砼構(gòu)件的澆筑溫度；
�。�3）工藝：熱天澆筑鋼筋砼構(gòu)件時減少澆筑厚度，利用澆筑層面散熱；
�。�4）強(qiáng)制降溫：在鋼筋砼構(gòu)件中埋設(shè)水管，通入冷水循環(huán)水強(qiáng)制降溫；
�。�5）確定合理的拆模時間：規(guī)定合理的拆模時間，氣溫驟降時進(jìn)行表面保溫，以免鋼筋砼構(gòu)件表面發(fā)生急劇的溫度梯度；
�。�6）保溫措施：施工中長期暴露的鋼筋砼構(gòu)件澆筑塊表面或薄壁結(jié)構(gòu)，在寒冷季節(jié)采取保溫措施。
3.2改善約束條件的措施
�。�1）合理地分縫分塊
（2）避免基礎(chǔ)過大起伏
�。�3）合理的安排施工工序，避免過大的高差和側(cè)面長期暴露；此外，改善鋼筋砼構(gòu)件的性能，提高抗裂能力，加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，防止表面干縮，特別是保證鋼筋砼構(gòu)件的質(zhì)量對防止裂縫是十分重要，應(yīng)特別注意避免產(chǎn)生貫穿裂縫，出現(xiàn)后要恢復(fù)其結(jié)構(gòu)的整體性是十分困難的，因此施工中應(yīng)以預(yù)防貫穿性裂縫的發(fā)生為主。
�。�4）適時拆模及保濕：在鋼筋砼構(gòu)件的施工中，為了提高模板的周轉(zhuǎn)率，往往要求新澆筑的鋼筋砼構(gòu)件盡早拆模。當(dāng)鋼筋砼構(gòu)件溫度高于氣溫時應(yīng)適當(dāng)考慮拆模時間，以免引起鋼筋砼構(gòu)件表面的早期裂縫。新澆筑早期拆模，在表面引起很大的拉應(yīng)力，出現(xiàn)“溫度沖擊”現(xiàn)象。在鋼筋砼構(gòu)件澆筑初期，由于水化熱的散發(fā)，表面引起相當(dāng)大的拉應(yīng)力，此時表面溫度亦較氣溫為高，此時拆除模板，表面溫度驟降，必然引起溫度梯度，從而在表面附加一拉應(yīng)力，與水化熱應(yīng)力迭加，再加上鋼筋砼構(gòu)件干縮，表面的拉應(yīng)力達(dá)到很大的數(shù)值，就有導(dǎo)致裂縫的危險，但如果在拆除模板后及時在表面覆蓋一輕型保溫材料，如泡沫海棉等，對于防止鋼筋砼構(gòu)件表面產(chǎn)生過大的拉應(yīng)力，具有顯著的效果。
（5）選用合理的配筋率及配筋直徑：加筋對大體積鋼筋砼構(gòu)件的溫度應(yīng)力影響很小，因為大體積鋼筋砼構(gòu)件的含筋率極低。只是對一般鋼筋鋼筋砼構(gòu)件有影響。在溫度不太高及應(yīng)力低于屈服極限的條件下，鋼的各項性能是穩(wěn)定的，而與應(yīng)力狀態(tài)、時間及溫度無關(guān)。鋼的線脹系數(shù)與鋼筋砼構(gòu)件線脹系數(shù)相差很小，在溫度變化時兩者間只發(fā)生很小的內(nèi)應(yīng)力。由于鋼的彈性模量為鋼筋砼構(gòu)件彈性模量的7~15倍，當(dāng)內(nèi)鋼筋砼構(gòu)件應(yīng)力達(dá)到抗拉強(qiáng)度而開裂時，鋼筋的應(yīng)力將不超過10～20N／mm2..因此，在鋼筋砼構(gòu)件中想要利用鋼筋來防止細(xì)小裂縫的出現(xiàn)很困難。但加筋后結(jié)構(gòu)內(nèi)的裂縫一般就變得數(shù)目多、間距小、寬度與深度較小了。而且如果鋼筋的直徑細(xì)而間距密時，對提高鋼筋砼構(gòu)件抗裂性的效果較好。鋼筋砼構(gòu)件和鋼筋鋼筋砼構(gòu)件結(jié)構(gòu)的表面常常會發(fā)生細(xì)而淺的裂縫，其中大多數(shù)屬于干縮裂縫。雖然這種裂縫一般都較淺，但它對結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和耐久性仍有一定的影響。
�。�6）按實況選用外加劑：為保證鋼筋砼構(gòu)件工程質(zhì)量，防止開裂，提高鋼筋砼構(gòu)件的耐久性，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，筆者在實踐中總結(jié)出其主要作用為：
.鋼筋砼構(gòu)件中存在大量毛細(xì)孔道，水蒸發(fā)后毛細(xì)管中產(chǎn)生毛細(xì)管張力，使鋼筋砼構(gòu)件干縮變形。增大毛細(xì)孔徑可降低毛細(xì)管表面張力，但會使鋼筋砼構(gòu)件強(qiáng)度降低。這個表面張力理論早在六十年代就已被國際上所確認(rèn)。 .水灰比是影響鋼筋砼構(gòu)件收縮的重要因素，使用減水防裂劑可使鋼筋砼構(gòu)件用水量減少25％。
