土木工程建筑混凝土的施工溫度應力分析及養護

楊輝

摘 要 土建施工是眾多工程建設環節中重要的施工項目，若遇到大體積混凝土結構施工時，會因其尺寸大、水化熱量高、導熱性能差等特點，容易造成溫度應力影響下的結構裂縫的出現。為保證混凝土結構施工不出現貫穿裂縫或結構裂縫，應重視溫度應力的分析與控制，避免土建施工環節出現結構裂縫，以此提升土建結構的承載力。基于此，本文對某案例進行了分析，并對混凝土的有效溫度應力進行了探究，最后對混凝土的養護意義與策略進行了總結。

關鍵詞 土木工程 混凝土施工 溫度應力 混凝土養護

中圖分類號：TU755 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0745（2022）04-0124-03

溫度應力是因結構內外溫度上升速度或下降速度不同，所產生的破壞性的作用力。土建施工環節中，將溫度應力稱之為熱應力。施工環節中要想控制溫度應力造成的結構破壞，應重視養護工作的跟進，并結合對溫度應力的分析，將應力所產生的結構病害控制在源頭，提升土建施工質量，確保土建結構承載力的強化。

1 案例分析

為實現SH市城鄉開發區的飛速發展，擬定在SH市開發區完成中高檔房建項目的建設工作，本公司因多年土建項目的施工經驗，有幸參與到部分工程的土建施工中，為保證對施工溫度應力探究的更詳細，本文將結合此次案例進行詳細的總結。

第一，項目分析。項目土建施工全部采用混凝土澆筑施工工藝，其中高層建筑因包含主樓和附屬樓，因層高均在三米到三點三米之間，且主樓建設區域的工程地質條件不良，因此土建全線施工過程，均采用灌漿法完成結構加固。施工建材符合國家建筑工程建材標準，鋼管支撐體系橫截面尺寸均高于5厘米，高于國家建材施工標準。

第二，為推動土建施工過程對溫度應力的控制效果，SH市房建部門聯合本公司共同開展施工與監管工作，土建施工橫跨基坑采用搭設鋼便橋通過保證施工安全。根據施工組織設計的方案，土建結構的混凝土澆筑采用分層澆筑方法，每層厚度均高于項目要求，以此保證土建施工環節，不出現溫度應力造成的混凝土裂縫，延長項目耐久性。因本項目于2016年8月份完成規劃，因此土建施工過程的平均溫度在17～23℃之間，更適合土建環節的混凝土澆灌，因此溫度應力所造成裂縫病害較少，但技術部與工藝部亦多有效溫度應力完成的全部分析，全范疇施工過程試驗段、施工段共同進行，保證技術數據達到混凝土裂縫防治的預期目的，積累溫度應力控制的技術方案。

2 混凝土的有效溫度應力

2.1 混凝土損傷基本理論

有效控制溫度應力造成的結構病害，應重視混凝土損傷基本理論的分析，基于此，本段文字側重下述內容對此進行詳細總結。第一，損傷力學。土建施工環節，為避免溫度應力造成的貫穿病害，此時應重視損傷變量的選取，研究是否因為原料配比造成的損傷問題，為有效控制溫度應力提供理論依據。綜合上述文字總結，損傷力學的分析與研究，是養護環節的理論依據，是工藝部門或技術實驗部分工作環節的重點內容;第二，斷裂力學。該理論是研究土建施工出現內部結構病害的重要理論基礎，因此工藝設計環節，應重視混凝土配料的對比實驗，重視線彈性、彈塑性等理論的應用，最終在依據斷裂力學的核心內容，實現溫度應力病害的有效控制;第三，混凝土的損傷機理。通常情況下，損傷機理分為四點：其一，原材料配比過程的微斷裂;其二，微斷裂不加以控制造成的貫穿斷裂;其三，灌注漿灌注方案不同所造成的表面裂痕;其四，養護失敗造成的裂痕變裂縫。

2.2 損傷變量

保證對土建施工環節中溫度應力控制的有效性，應完成損傷變量與損傷模型分析，基于此，下述內容對此進行詳細總結。第一，損傷變量的種類，因種類眾多，選取具有代表意義的種類進行總結：其一，外部狀態變量，此時阻尼應力，結構內部的溫度、非彈性應力等等，有關于傳熱學、流變學的內容，均應該是重點研究對象，其原因是不對其進行控制，可造成土建結構的失穩，一旦失穩嚴重，斷裂問題隨即發生[1];其二，內部狀態變量，此時裂縫長度、不同應變力等等，有關于損傷力學的內容，均是分析的要點，其原因是內部變量是造成斷裂的核心因素。第二，損傷模型建立流程，因無法控制溫度應力所造成的病害，在土建施工環節是不可逆的熱力學過程，因此完成損傷變量分析后，重視常規型的損傷模型的意義重大。首先，建立損傷模型應分為兩個環節，分別是熱力學理論的分析及損傷試驗，工藝部在上述環節融合下，建立連續介質損傷的力學模型。其次，完成模型建立后，應充分對其進行研究，研究損傷變量的影響因素，分別是損傷準則或演化方程，研究更具有分析價值的模型，應重視應力的應變與損傷變量的更新[2]。

2.3 有效溫度應力

對溫度應力分析應重視有效溫度應力的剖析，基于此，本段文字應側重下述內容對此進行詳細總結。第一，溫度應力場計算原理，所謂應力場既溫度變化與時間、應力與溫度的總稱，這是探究有效溫度應力的核心，具體項目應重視力學模型與數學模型的計算;第二，混凝土溫度損傷，混凝土溫度損傷是混凝土施工過程中，由于溫度原因導致混凝土裂縫的內因，一旦造成溫度損傷，此時對結構內部造成的損害是不可逆的，因此研究有效溫度應力應重視結構平面狀態的分析;第三，考慮溫度損傷的有效溫度應力，此時應將上述內容進行串聯。

3 混凝土養護工作的意義

養護施工是為降低溫度應力對結構的破壞，為保證養護策略總結的更深刻，本段文字對此進行了總結。第一，將溫差因素控制在源頭，混凝土裂縫最重要的一點成因是溫差問題，因溫度應力造成的熱膨脹問題，會造成結構斷裂，因此土建施工后，快速完成結構內部的散熱，避免導致混凝土內部結構溫度高于外部溫度，出現內外結構溫差形成更大的應力，應進行養護工作，此時以熱膨脹形成裂縫為控制對象，將問題控制在源頭，彰顯養護施工的重要價值;第二，提升外部溫度，土建施工結構澆灌環節中，結構外部溫差過低容易形成表層裂縫。此時進行養護施工，及時進行保溫措施，可避免混凝土凝結失效，提升土建施工項目的使用年限，彰顯養護施工的重要意義;第三，控制水熱化問題的出現，水熱化問題與養護之間的關聯，更像是混凝土施工與養護工作之間的關系，此時施工環節重視水熱化問題的控制，可彰顯養護的意義與價值。混凝土攪拌環節水泥因水化釋放熱量，導致水泥水化產生的熱量無法擴散，同時聚集在混凝土結構內部，最終出現裂縫病害，養護工作的落實，通過養護將水熱化病害控制在源頭，針對水熱化問題的控制工作，最終體現出養護施工的意義與價值。

4 混凝土裂縫類型與成因分析

4.1 裂縫類型

因土建施工環節容易產生裂縫，對裂縫類型進行分析，是保證養護效果的重要路徑，基于此，下述文字對常出現的裂縫進行詳細總結。第一，收縮裂縫，該裂縫造成病害影響重大，完成混凝土澆灌后忽視結構外立面或內部結構的溫度下降的不同，此時因收縮力的大小不同，產生收縮裂縫[3];第二，溫差裂縫，產生該裂縫的施工環境不同，但力學機理相同，均是因為溫度應力所造成的結構損傷;第三，承受力裂縫，為擴大研究范圍，對承受力裂縫進行簡要的概述，完成土建施工后，因灌注樁樁體敷設數量不到位造成的承載力不夠，最終出現承受力裂縫;第四，沉降裂縫，土建施工與軟土地基相遇，軟土地基無法滿足項目要求，最終出現沉降問題造成裂縫的出現。

4.2 成因分析

完成類型總結后應對其成因進行分析，下述內容將對此進行系統總結。第一，溫度應力的影響，土建施工因溫度應力造成裂縫，其原因是混凝土澆灌結束后，結構內外出現溫差，外部溫度會高于內部溫度，溫差在可控范圍內不會出現裂縫，因溫度過高無法實現溫度應力的控制，最終出現結構膨脹形成裂縫;第二，承載力問題，土建施工過程整體的結構承載力較低，導致混凝土結構出現裂縫，澆灌時應根據項目規定的載荷完成方案設計，保證橫向作用力與垂直作用力可相互抵消掉凝結結構膨脹。但因對溫度應力的無效控制，造成結構膨脹影響承載力，最終出現裂縫;第三，材料配比問題，對溫度應力的有效控制應落實在源頭，重視澆灌漿初始材料的配比，保證對裂縫的有效控制。澆灌施工時混凝土材料中防水砂石使用量錯誤，會導致裂縫產生。防水性能不達標，預制砂漿中配比缺少防水材料，導致無法通過原材料的配比完成應力抵消，最終造成病害問題的出現。

5 混凝土養護對策

5.1 落實養護與補救措施

因溫度應力造成的裂縫病害，是土建施工環節常見的病害問題，此時重視養護可有效控制病害，基于此，下述文字側重養護措施進行詳細的總結。第一，針對土建施工由于施工技術問題引發的裂縫問題，應對病害積極維修，先對裂縫進行檢測;因質量問題引起的裂縫，應針對裂縫部分重新施工，使用吸水材料完成合理配比，兩者充分攪拌融合后，使用混凝土澆灌技術進行填充，減小縫隙對土建結構整體質量的影響;第二，對不同裂縫層級進行針對性的處理，裂縫檢測過程發現不是因為施工質量引起的裂縫，應采取縫隙修補方法完成補救，先確定裂縫縫隙直徑與深度，直徑不超二點五毫米的表面裂縫，如果是由于溫差造成的表面張力形成的，可采用縫隙填補方案完成應對。對于縫隙直徑大于二點五毫米的結構縫隙，應采用混凝土灌漿技術完成裂縫修補，混凝土灌漿完成縫隙修補過程后，可保證縫隙連接質量。上述內容均應該是在養護工作跟進后所進行的補救措施，其原因是在施工無問題且養護工作落實的基礎上，此時出現的細小裂縫，均不是溫度應力造成的貫穿裂縫，可進行相應的補救。

5.2 重視養護過程

土建施工的日常養護工作，可減少病害發生，因此應重視養護工作的跟進，為將溫度應力控制在源頭，先設置土建施工的養護分類，如日常養護與季節性養護。為保證養護施工的深度落實，本段文字對此進行了詳細總結。第一，土建施工日常養護過程，利用水養方式進行日常養護，針對不同土建結構定期灑水，控制溫度應力，保證不出現裂縫現象;第二，保證土建施工的整體質量，應隨時跟進檢查，檢查過程應重視縫隙排查，發現結構出現小縫隙，第一時間聯系工藝部、技術部進入現場進行處理，避免發生裂縫事故;第三，季節性養護，為降低低溫冷凍造成的溫度應力的病害影響，應積極進行季節養護工作，保證養護質量，對于嚴重影響土建施工質量的病害問題，應進行特別養護，在特別養護過程中應加強土建結構的分析，對損傷機理與損傷模型完成二次建立，及時分析出現病害的原因，在根本上解決裂縫病害。

5.3 冷凝裝置的使用

冷凝裝置的使用是保證養護效果的重要因素，基于此，下述內容將對此詳細總結。第一，部分土建結構在混凝土澆灌前，可提前放置冷卻管，以冷卻機理完成溫度應力的控制。具體操作環節中，應保證下述操作的正確落實，首先應將冷卻水流速度進行調節，設計合理的儲水量混凝土結構冷卻成型后亦可發揮其冷卻的作用。其次應保證冷凝裝置的敷設不影響土建的主體結構。混凝土養護工作完成后，可使用真空壓泵的方式協助完成混凝土的澆灌工作;第二，利用冷凝養護控制結構內部的水熱反應，防止熱能引起混凝土結構產生裂縫，此時解決溫度問題會減少裂縫病害，使用冷凝裝置完成水熱控制。同時重視灌注漿的材料配比，減少水泥用量，利用性能相對穩定的材料替代，在冷凝養護與材料配比的雙重作用下，將養護工作徹底落實[4]。

5.4 管理工作的跟進

養護管理是為保證上述養護措施的深度落實，基于此，下述文字將對此進行詳細總結。第一，提升技術與管理工作的水平。錯誤的養護方式容易引起裂縫擴散，因此施工現場要加強管理，避免混凝土出現裂縫，還要對施工人員進行培訓提高工人業務水平，并對管理人員滲透養護技術方案的重要監管內容，對混凝土結構進行合理的養護，彰顯養護與管理融合的價值;第二，完善養護管理制度，健全養護管理制度可有效的將管理與養護施工進行融合，進而實現混凝土耐久性的提升。首先，施工單位必須不斷的完善養護環節的各項管理制度，進一步確保土建質量，避免出現結構裂縫，應完成養護管理制度的完善工作。其次，應對結構損壞的原因以及具體維護的措施進行充分的記錄，對土建施工與養護工作進行監測，在此基礎上應對記錄信息進行有效的分析探討，制定出相應的維護措施來保證養護效果。

6 結語

綜合上述，本文以案例為主要內容進行詳細總結，而后對混凝土的有效溫度應力、裂縫養護進行深度探究。具體工作環節中，應重視溫度應力的控制，利用有效溫度應力避免結構裂縫產生，分析裂縫成因并重視防治。施工環節中要控制溫度應力造成的結構破壞，重視養護工作的跟進，結合對溫度應力的分析，將應力所產生的結構病害控制在源頭，避免混凝土出現影響穩定性的結構裂縫。

參考文獻：

[1] 陽春華，張熠，樊燭，等.“華龍一號”核島整體筏基溫度應力有限元分析及測試技術應用研究[J].工程建設與設計，2021（19）：148-151.

[2] 同[1].

[3] 李松輝，肖宏武，雒翔宇，等.多泥沙淤積對高混凝土拱壩溫度應力的影響研究[J/OL].中國水利水電科學研究院學報，2021-11-15：1-8.https：//doi.org/10.13244/ j.cnki.jiwhr.20200259.

[4] 同[3].