一、混凝土中产生温度裂纹的原因

混凝土与其它材料一样，当温度变化时，其体积也具有热胀冷缩的性质。当混凝土因温度变形受到约束而不能自由热胀和冷缩时，就会在混凝土中产生因温度引起的应力。当应力超过混凝土的抗拉强度极限时，混凝土表面或内部就会产生温度裂纹。温度裂纹多发生在环境温度变化较大地区的混凝土结构中。另外，预制混凝土构件在蒸汽养护过程中，因蒸汽养护工艺制定不当，混凝土构件也会出现温度裂纹。由于温度裂纹的产生，会直接影响到混凝土结构的整体性和力学性能，进而影响到混凝土结构的使用功能。因此了解和掌握温度应力的变化规律，制定合理的温度控制方案就显得尤为重要。下面我们就通过一些动画对混凝土温度裂纹产生的原因及预防措施进行一些简单的阐述。

二、混凝土温度应力及裂纹的形成过程

1、首先我们先来了解素混凝土和钢筋混凝土在理想状态下的热胀和冷缩性质，当素混凝土因温度变化而产生变形时，由于变形没有受到任何约束，能够自由的热胀和冷缩，所以在素混凝土中就不会产生温度应力，素混凝土表面和内部也不会出现温度裂纹，如下图所示。

在理想状态中，素混凝土不受约束时，环境温度变化对温度变形的影响。

当钢筋混凝土因温度变化而产生变形时，由于钢筋和混凝土的热胀冷缩系数相近，钢筋和混凝土因温度变化而产生的变形量一致，所以钢筋和混凝土之间不会产生剪应力，两者之间的粘结力不会受到破坏。另外，由于变形又没有受到任何约束，钢筋和混凝土能够一起自由热胀和冷缩，表面不会产生温度应力，也不会出现温度裂纹。正因为钢筋与混凝土的热胀冷缩系数相近，钢筋混凝土这种复合材料才能在工程中得到广泛的应用。

钢筋与混凝土热胀冷缩系数相近，且不受约束时，环境温度变化对温度变形的影响

假设钢筋和混凝土的热胀冷缩系数相差很大，当钢筋混凝土构件因环境温度变化时，由于钢筋和混凝土因温度变化而产生的变形相差很大，钢筋和混凝土的接触面之间就会产生剪应力，当剪应力大于钢筋与混凝土之间的极限粘结力应力，钢筋与混凝土之间就会产生温度裂纹。所以我们在选择材料时一定要考虑它们的热胀冷缩系数是否一致，不能相差太大，否则复合材料在温度变化时会产生不利影响，如下图所示。

假设钢筋与混凝土热胀冷缩系数相差很大，环境温度变化对温度变形和裂纹的影响

2、在寒冷地区或环境温度变化很大的使用环境中（如冷库），由于超静定结构的钢筋混凝土受到外部约束，温度引起的变形会受到约束不能自由的热胀和冷缩，混凝土表面或内部就会产生拉应力，当应力超过混凝土的抗拉应力时，裂纹首先从应力集中部位展开，向其内部或外部延伸。另外，未采取保温或降温措施的钢筋混凝土和新灌注的混凝土，蒸汽养护混凝土构件，因混凝土内外温差大、早期强度低，若温度（温差）控制不当，也很容易产生温度裂纹。

混凝土受到约束时，环境温度变化对温度变形和裂纹的影响

3、当环境温度骤降时，由于混凝土内外温度梯度变化很大，表层混凝土因受降温影响而产生较大的收缩，内部混凝土仍保持较高的温度，收缩小。表层混凝土在收缩时受到内部混凝土的制约而产生拉应力，当拉应力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土表面就会出现温度裂纹。

混凝土外部温度骤降，内部温度保持不变的温度变形和裂纹

当环境温度骤降时，有模板约束的混凝土表面和没有模板约束的混凝土表面，它的温度变形和裂纹是有差异的。因温度骤降时混凝土外部收缩比内部大，但由于有模板的混凝土表面收缩时即受到模板的约束，又受到内部混凝土的约束，裂纹将从表面内侧一点向混凝土内部延伸，且裂纹短，宽度小。没有模板的混凝土表面，由于只受到内部混凝土的约束，表面混凝土收缩大，裂纹将从混凝土表面向内部延伸，且裂纹长和宽度大，如下图所示。

混凝土表面有模板约束和没有模板约束时，温度变化对温度变形和裂纹的影响

另外，大体积混凝土灌注后，由于在硬化期间水泥放出大量的水化热，内部温度会不断上升，使混凝土表面和内部温差较大。造成内部与外部热胀程度不同，使混凝土表面产生一定的拉应力，而此时混凝土早期抗拉强度又较低，当温度应力超过混凝土的抗拉强度极限时，混凝土表面会产生温度裂纹。因此，大体积混凝土施工时须在内部预先埋设通水管道和温度传感器，混凝土灌注后可通水降温，以控制混凝土内部温度的升高，确保混凝土内外温差不大于规定限值，水泥水化完成且混凝土强度达到规定要求后再向管道内进行注浆保压密室。

大体积混凝土通水循环降温过程，保证混凝土内外温差符合要求

4、当环境温度剧升时，由于混凝土内外温度梯度变化很大，外围表层混凝土因受高温影响沿环形方向产生较大的膨胀，内部混凝土仍保持较低的温度，膨胀小。外围表层混凝土和内部混凝土之间会在环形方向产生剪切应力和拉应力，当应力超过混凝土的极限强度时，混凝土内部就会出现环向温度裂纹。

混凝土外部温度急剧升高，内部温度变化较小的温度变形和裂纹

三、混凝土温度裂纹的预防措施

为了防止温度裂纹的产生，我们可以从控制混凝土温度（温差）和改善混凝土结构的约束条件这两个方面进行，只有这样才能有效预防温度裂纹的出现，保证混凝土施工质量，具体措施如下：

1、改善骨料级配，合理掺入混合料（如粉煤灰）和外加剂，控制水泥细度，减少水泥用量，以降低早期水化放热速率和水化热。

2、混凝土预制构件采用蒸汽养护时，除了减小水灰比和采用干硬性混凝土外，还应根据试验数据（环境温度、混凝土强度）制定满足技术要求的养护工艺，如静停时间、升温速度，恒温温度和时间、降温速度，脱模时环境温度与混凝土表面的温差、混凝土芯部温度与混凝土表面温差等工艺参数。

3、大体积混凝土施工时，可先预冷骨料或在混凝土中埋设循环水管用于控制温度。

4、遇到大幅降温天气，要做好保温及早期混凝土养护措施，防止混凝土早期强度过低、混凝土内外温差和混凝土表面与环境温差过大而引起开裂。

5、合理确定拆模时间，拆模时模板表面温度与环境温差符合规定要求，混凝土脱模强度满足工艺要求。

6、在寒冷地区或温差很大的使用环境中，混凝土结构除了要做好保温措施外，还应考虑混凝土结构的约束形式对温度裂纹的影响，设计时不宜采用超静定结构。