混凝土在現(xiàn)代工程建設(shè)中占有重要地位。而在今天，混凝土的裂縫較為普遍，在橋梁工程中裂縫幾乎無所不在。盡管我們在施工中采取各種措施，小心謹(jǐn)慎，但裂縫仍然時(shí)有出現(xiàn)。究其原因，我們對混凝土溫度應(yīng)力的變化注意不夠是其中之一。

　　在大體積混凝土中，溫度應(yīng)力及溫度控制具有重要意義。這主要是由于兩方面的原因。首先，在施工中混凝土常常出現(xiàn)溫度裂縫，影響到結(jié)構(gòu)的整體性和耐久性。其次，在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，溫度變化對結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)具有顯著的不容忽視的影響。我們遇到的主要是施工中的溫度裂縫，因此本文僅對施工中混凝土裂縫的成因和處理措施做一探討。

　　裂縫的原因

　　混凝土中產(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，以及結(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，在表面引起拉應(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，又會在混凝土內(nèi)部出現(xiàn)拉應(yīng)力。氣溫的降低也會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)，即會出現(xiàn)裂縫。許多混凝土的內(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(shí)干時(shí)濕，表面干縮形變受到內(nèi)部混凝土的約束，也往往導(dǎo)致裂縫。混凝土是一種脆性材料，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(0.6～1.0)×104，長期加荷時(shí)的極限位伸變形也只有(1.2～2.0)×104.由于原材料不均勻，水灰比不穩(wěn)定，及運(yùn)輸和澆筑過程中的離析現(xiàn)象，在同一塊混凝土中其抗拉強(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。在鋼筋混凝土中，拉應(yīng)力主要是由鋼筋承擔(dān)，混凝土只是承受壓應(yīng)力。在素混凝土內(nèi)或鋼筋混凝上的邊緣部位如果結(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)力可超過其它外荷載所引起的應(yīng)力，因此掌握溫度應(yīng)力的變化規(guī)律對于進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工極為重要。
　　根據(jù)溫度應(yīng)力的形成過程可分為以下三個(gè)階段：

　　(1)早期：自澆筑混凝土開始至水泥放熱基本結(jié)束，一般約30天。這個(gè)階段的兩個(gè)特征，一是水泥放出大量的水化熱，二是混凝上彈性模量的急劇變化。由于彈性模量的變化，這一時(shí)期在混凝土內(nèi)形成殘余應(yīng)力。

　　(2)中期：自水泥放熱作用基本結(jié)束時(shí)起至混凝土冷卻到穩(wěn)定溫度時(shí)止，這個(gè)時(shí)期中，溫度應(yīng)力主要是由于混凝土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：混凝土完全冷卻以后的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)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。

　　根據(jù)溫度應(yīng)力引起的原因可分為兩類：

　　(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。例如，橋梁墩身，結(jié)構(gòu)尺寸相對較大，混凝土冷卻時(shí)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。如箱梁頂板混凝土和護(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的應(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。混凝土的徐變使溫度應(yīng)力有相當(dāng)大的松馳，計(jì)算溫度應(yīng)力時(shí)，必須考慮徐變的影響，具體計(jì)算這里就不再細(xì)述。
　　為了防止裂縫，減輕溫度應(yīng)力可以從控制溫度和改善約束條件兩個(gè)方面著手。

　　控制溫度的措施如下：

　　(1)采用改善骨料級配，用干硬性混凝土，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)拌合混凝土?xí)r加水或用水將碎石冷卻以降低混凝土的澆筑溫度;

　　(3)熱天澆筑混凝土?xí)r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;

　　(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，以免混凝土表面發(fā)生急劇的溫度梯度;

　　(6)施工中長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;

　　改善約束條件的措施是：

　　(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。

　　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。在混凝土澆筑初期，由于水化熱的散發(fā)，表面引起相當(dāng)大的拉應(yīng)力，此時(shí)表面溫度亦較氣溫為高，此時(shí)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，再加上混凝土干縮，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(xiǎn)，但如果在拆除模板后及時(shí)在表面覆蓋一輕型保溫材料，如泡沫海棉等，對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，而與應(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)相差很小，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)混凝土應(yīng)力達(dá)到抗拉強(qiáng)度而開裂時(shí)，鋼筋的應(yīng)力將不超過100～200kg/cm2。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。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(shí)，對提高混凝土抗裂性的效果較好�；炷�土和鋼筋混凝土結(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。

　　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，筆者在實(shí)踐中總結(jié)出其主要作用為：

　　(1)混凝土中存在大量毛細(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，但會使混凝土強(qiáng)度降低。這個(gè)表面張力理論早在六十年代就已被國際上所確認(rèn)。

　　(2)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%。

　　(3)水泥用量也是混凝土收縮率的重要因素，摻加減水防裂劑的混凝土在保持混凝土強(qiáng)度的條件下可減少15%的水泥用量，其體積用增加骨料用量來補(bǔ)充。

　　(4)減水防裂劑可以改善水泥漿的稠度，減少混凝土泌水，減少沉縮變形。

　　(5)提高水泥漿與骨料的粘結(jié)力，提高的混凝土抗裂性能。

　　(6)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)裂縫就會產(chǎn)生。減水防裂劑可有效的提高的混凝土抗拉強(qiáng)度，大幅提高混凝土的抗裂性能。

　　(7)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。

　　(8)摻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基礎(chǔ)上，避免因水泥長期不凝而帶來的塑性收縮增加。

　　(9)摻外加劑混凝土和易性好，表面易摸平，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，我們在工程實(shí)踐中應(yīng)多進(jìn)行這方面的實(shí)驗(yàn)對比和研究，比單純的靠改善外部條件，可能會更加簡捷、經(jīng)濟(jì)。
　　混凝土常見的裂縫，大多數(shù)是不同深度的表面裂縫，其主要原因是溫度梯度造成寒冷地區(qū)的溫度驟降也容易形成裂縫。因此說混凝土的保溫對防止表面早期裂縫尤其重要。

　　從溫度應(yīng)力觀點(diǎn)出發(fā)，保溫應(yīng)達(dá)到下述要求：

　　1)防止混凝土內(nèi)外溫度差及混凝土表面梯度，防止表面裂縫。

　　2)防止混凝土超冷，應(yīng)該盡量設(shè)法使混凝土的施工期最低溫度不低于混凝土使用期的穩(wěn)定溫度。

　　3)防止老混凝土過冷，以減少新老混凝土間的約束。

　　混凝土的早期養(yǎng)護(hù)，主要目的在于保持適宜的溫濕條件，以達(dá)到兩個(gè)方面的效果，一方面使混凝土免受不利溫、濕度變形的侵襲，防止有害的冷縮和干縮。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。

　　適宜的溫濕度條件是相互關(guān)聯(lián)的�；炷�上的保溫措施常常也有保濕的效果。

　　從理論上分析，新澆混凝土中所含水分完全可以滿足水泥水化的要求而有余。但由于蒸發(fā)等原因常引起水分損失，從而推遲或防礙水泥的水化，表面混凝土最容易而且直接受到這種不利影響。因此混凝土澆筑后的最初幾天是養(yǎng)護(hù)的關(guān)鍵時(shí)期，在施工中應(yīng)切實(shí)重視起來。

　　對混凝土的施工溫度與裂縫之間的關(guān)系進(jìn)行了理論和實(shí)踐上的初步探討，雖然學(xué)術(shù)界對于混凝土裂縫的成因和計(jì)算方法有不同的理論，但對于具體的預(yù)防和改善措施意見還是比較統(tǒng)一，同時(shí)在實(shí)踐中的應(yīng)用效果也是比較好的，具體施工中要靠我們多觀察、多比較，出現(xiàn)問題后多分析、多總結(jié)，結(jié)合多種預(yù)防處理措施，混凝土的裂縫是完全可以避免的。
　　軟土的組成和狀態(tài)特征

　　軟土泛指淤泥及淤泥質(zhì)土，是第四紀(jì)后期于沿海地區(qū)的濱海相、瀉湖相、三角洲相和溺谷相，內(nèi)陸平原或山區(qū)的湖相和沖擊洪積沼澤相等靜水或非常緩慢的流水環(huán)境中沉積，并經(jīng)生物化學(xué)作用形成的飽和軟粘性土。軟土的組成和狀態(tài)特征是由其生成環(huán)境決定的。由于它形成于上述水流不通暢、飽和缺氧的靜水盆地，這類土主要由粘粒和粉粒等細(xì)小顆粒組成。淤泥的粘粒含量較高，一般達(dá)30%～60%。粘粒的粘土礦物成分以水云母和蒙德石為主，含大量的有機(jī)質(zhì)。有機(jī)質(zhì)含量一般達(dá)5%～15%，最大達(dá)17%～25%。這些粘土礦物和有機(jī)質(zhì)顆粒表面帶有大量負(fù)電荷，與水分子作用非常強(qiáng)烈，因而在其顆粒外圍形成很厚的結(jié)合水膜，且在沉積過程中由于粒間靜電荷引力和分子引力作用，形成絮狀和蜂窩狀結(jié)構(gòu)。所以，軟土含大量的結(jié)合水，并由于存在一定強(qiáng)度的粒間連結(jié)而具有顯著的結(jié)構(gòu)性。

　　由于軟土的生成環(huán)境及粒度、礦物組成和結(jié)構(gòu)特征，結(jié)構(gòu)性顯著且處于形成初期，呈飽和狀態(tài)，這都使軟土在其自重作用下難于壓密，而且來不及壓密。因此，不僅使之必然具有高孔隙性和高含水量，而且使淤泥一般呈欠壓密狀態(tài)，以致其孔隙比和天然含水量隨埋藏深度很小變化，因而土質(zhì)特別松軟。淤泥質(zhì)土一般則呈稍欠壓密或正常壓密狀態(tài)，其強(qiáng)度有所增大。

　　淤泥和淤泥質(zhì)土一般呈軟塑狀態(tài)，但當(dāng)其結(jié)構(gòu)一經(jīng)擾動(dòng)破壞，就會使其強(qiáng)度劇烈降低甚至呈流動(dòng)狀態(tài)。因此，淤泥和淤泥質(zhì)土的稠度實(shí)際上通常處于潛流狀態(tài)。
　　軟土的物理力學(xué)特性

　　1、高含水量和高孔隙性

　　軟土的天然含水量一般為50%～70%，最大甚至超過200%。液限一般為40%～60%，天然含水量隨液限的增大成正比增加。天然孔隙比在1～2之間，最大達(dá)3～4。其飽和度一般大于95%，因而天然含水量與其天然孔隙比呈直線變化關(guān)系。軟土的如此高含水量和高孔隙性特征是決定其壓縮性和抗剪強(qiáng)度的重要因素。

　　2、滲透性弱

　　軟土的滲透系數(shù)一般在i×10-4～i×10-8cm/s之間，而大部分濱海相和三角洲相軟土地區(qū)，由于該土層中夾有數(shù)量不等的薄層或極薄層粉、細(xì)砂、粉土等，故在水平方向的滲透性較垂直方向要大得多。

　　由于該類土滲透系數(shù)小、含水量大且飽和狀態(tài)，這不但延緩其土體的固結(jié)過程，而且在加荷初期，常易出現(xiàn)較高的孔隙水壓力，對地基強(qiáng)度有顯著影響。

　　3、壓縮性高

　　軟土均屬高壓縮性土，其壓縮系數(shù)a0.1～0.2一般為0.7～1.5MPa-1,最大達(dá)4.5MPa-1(例如渤海海淤)，它隨著土的液限和天然含水量的增大而增高。由于土質(zhì)本身的因素而言，該類土的建筑荷載作用下的變形有如下特征：

　　(1)變形大而不均勻

　　(2)變形穩(wěn)定歷時(shí)長

　　4、抗剪強(qiáng)度低

　　軟土的抗剪強(qiáng)度小且與加荷速度及排水固結(jié)條件密切相關(guān)，不排水三軸快剪所得抗剪強(qiáng)度值很小，且與其側(cè)壓力大小無關(guān)。排水條件下的抗剪強(qiáng)度隨固結(jié)程度的增加而增大。

　　5、較顯著的觸變性和蠕變形。
　　軟土的鑒別

　　1、建設(shè)部標(biāo)準(zhǔn)《軟土地區(qū)工程地質(zhì)勘查規(guī)范》(JGJ83-91)規(guī)定凡符合以下三項(xiàng)特征即為軟土：

　　(1)外觀以灰色為主的細(xì)粒土;

　　(2)天然含水量大于或等于液限;

　　(3)天然孔隙比大于或等于1.01。

　　2、交通部標(biāo)準(zhǔn)《公路軟土地基路堤設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》(JTJ017-96)中規(guī)定軟土鑒別見表

　　(1)天然含水量的測定

　　天然含水量是土的基本物理性指標(biāo)之一，它反映的土的狀態(tài)，含水量的變化將使得土的稠度、飽和程度、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度隨之而變化，其測定可采用公路土工試驗(yàn)規(guī)程規(guī)定試驗(yàn)方法測定，并將試驗(yàn)數(shù)據(jù)與35%、液限進(jìn)行比較。

　　(2)天然孔隙比

　　孔隙比，是土中孔隙體積與土粒體積之比，天然狀態(tài)下土的孔隙比稱之為天然孔隙比，是一個(gè)重要的物理性指標(biāo)，可用來評價(jià)天然土層的密實(shí)程度。其測定方法可測定土粒比重、土的干密度、土的天然密度、土的含水量等指標(biāo)通過計(jì)算而得。

　　(3)十字板剪切強(qiáng)度[3]

　　十字板剪切試驗(yàn)是原位測試技術(shù)中一種發(fā)展較早、技術(shù)比較成熟得方法。試驗(yàn)時(shí)將十字板頭插入土中，以規(guī)定的旋轉(zhuǎn)速率對側(cè)頭施加扭力，直到將土剪損，測出十字板旋轉(zhuǎn)時(shí)所形成的圓柱體表面處土的抵抗扭矩，從而可算出土對十字板的不排水抗剪強(qiáng)度。