土木工程建筑混凝土的施工溫度應(yīng)力分析及養(yǎng)護

楊輝

（沈陽山盟建設(shè)集團有限公司，遼寧 沈陽 110000）

溫度應(yīng)力是因結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫度上升速度或下降速度不同，所產(chǎn)生的破壞性的作用力。土建施工環(huán)節(jié)中，將溫度應(yīng)力稱之為熱應(yīng)力。施工環(huán)節(jié)中要想控制溫度應(yīng)力造成的結(jié)構(gòu)破壞，應(yīng)重視養(yǎng)護工作的跟進，并結(jié)合對溫度應(yīng)力的分析，將應(yīng)力所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)病害控制在源頭，提升土建施工質(zhì)量，確保土建結(jié)構(gòu)承載力的強化。

1 案例分析

為實現(xiàn)SH 市城鄉(xiāng)開發(fā)區(qū)的飛速發(fā)展，擬定在SH市開發(fā)區(qū)完成中高檔房建項目的建設(shè)工作，本公司因多年土建項目的施工經(jīng)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(yīng)力探究的更詳細(xì)，本文將結(jié)合此次案例進行詳細(xì)的總結(jié)。

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?qū)痈呔谌椎饺c三米之間，且主樓建設(shè)區(qū)域的工程地質(zhì)條件不良，因此土建全線施工過程，均采用灌漿法完成結(jié)構(gòu)加固。施工建材符合國家建筑工程建材標(biāo)準(zhǔn)，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(biāo)準(zhǔn)。

第二，為推動土建施工過程對溫度應(yīng)力的控制效果，SH 市房建部門聯(lián)合本公司共同開展施工與監(jiān)管工作，土建施工橫跨基坑采用搭設(shè)鋼便橋通過保證施工安全。根據(jù)施工組織設(shè)計的方案，土建結(jié)構(gòu)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(huán)節(jié)，不出現(xiàn)溫度應(yīng)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(guī)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(huán)節(jié)的混凝土澆灌，因此溫度應(yīng)力所造成裂縫病害較少，但技術(shù)部與工藝部亦多有效溫度應(yīng)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(shù)數(shù)據(jù)達到混凝土裂縫防治的預(yù)期目的，積累溫度應(yīng)力控制的技術(shù)方案。

2 混凝土的有效溫度應(yīng)力

2.1 混凝土損傷基本理論

有效控制溫度應(yīng)力造成的結(jié)構(gòu)病害，應(yīng)重視混凝土損傷基本理論的分析，基于此，本段文字側(cè)重下述內(nèi)容對此進行詳細(xì)總結(jié)。第一，損傷力學(xué)。土建施工環(huán)節(jié)，為避免溫度應(yīng)力造成的貫穿病害，此時應(yīng)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(yīng)力提供理論依據(jù)。綜合上述文字總結(jié)，損傷力學(xué)的分析與研究，是養(yǎng)護環(huán)節(jié)的理論依據(jù)，是工藝部門或技術(shù)實驗部分工作環(huán)節(jié)的重點內(nèi)容；第二，斷裂力學(xué)。該理論是研究土建施工出現(xiàn)內(nèi)部結(jié)構(gòu)病害的重要理論基礎(chǔ)，因此工藝設(shè)計環(huán)節(jié)，應(yīng)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(yīng)用，最終在依據(jù)斷裂力學(xué)的核心內(nèi)容，實現(xiàn)溫度應(yīng)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(yǎng)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(huán)節(jié)中溫度應(yīng)力控制的有效性，應(yīng)完成損傷變量與損傷模型分析，基于此，下述內(nèi)容對此進行詳細(xì)總結(jié)。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(jié)：其一，外部狀態(tài)變量，此時阻尼應(yīng)力，結(jié)構(gòu)內(nèi)部的溫度、非彈性應(yīng)力等等，有關(guān)于傳熱學(xué)、流變學(xué)的內(nèi)容，均應(yīng)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(jié)構(gòu)的失穩(wěn)，一旦失穩(wěn)嚴(yán)重，斷裂問題隨即發(fā)生[1]；其二，內(nèi)部狀態(tài)變量，此時裂縫長度、不同應(yīng)變力等等，有關(guān)于損傷力學(xué)的內(nèi)容，均是分析的要點，其原因是內(nèi)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(yīng)力所造成的病害，在土建施工環(huán)節(jié)是不可逆的熱力學(xué)過程，因此完成損傷變量分析后，重視常規(guī)型的損傷模型的意義重大。首先，建立損傷模型應(yīng)分為兩個環(huán)節(jié)，分別是熱力學(xué)理論的分析及損傷試驗，工藝部在上述環(huán)節(jié)融合下，建立連續(xù)介質(zhì)損傷的力學(xué)模型。其次，完成模型建立后，應(yīng)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(zhǔn)則或演化方程，研究更具有分析價值的模型，應(yīng)重視應(yīng)力的應(yīng)變與損傷變量的更新[2]。

2.3 有效溫度應(yīng)力

對溫度應(yīng)力分析應(yīng)重視有效溫度應(yīng)力的剖析，基于此，本段文字應(yīng)側(cè)重下述內(nèi)容對此進行詳細(xì)總結(jié)。第一，溫度應(yīng)力場計算原理，所謂應(yīng)力場既溫度變化與時間、應(yīng)力與溫度的總稱，這是探究有效溫度應(yīng)力的核心，具體項目應(yīng)重視力學(xué)模型與數(shù)學(xué)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?qū)е禄炷亮芽p的內(nèi)因，一旦造成溫度損傷，此時對結(jié)構(gòu)內(nèi)部造成的損害是不可逆的，因此研究有效溫度應(yīng)力應(yīng)重視結(jié)構(gòu)平面狀態(tài)的分析；第三，考慮溫度損傷的有效溫度應(yīng)力，此時應(yīng)將上述內(nèi)容進行串聯(lián)。

3 混凝土養(yǎng)護工作的意義

養(yǎng)護施工是為降低溫度應(yīng)力對結(jié)構(gòu)的破壞，為保證養(yǎng)護策略總結(jié)的更深刻，本段文字對此進行了總結(jié)。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(yīng)力造成的熱膨脹問題，會造成結(jié)構(gòu)斷裂，因此土建施工后，快速完成結(jié)構(gòu)內(nèi)部的散熱，避免導(dǎo)致混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)溫度高于外部溫度，出現(xiàn)內(nèi)外結(jié)構(gòu)溫差形成更大的應(yīng)力，應(yīng)進行養(yǎng)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(yǎng)護施工的重要價值；第二，提升外部溫度，土建施工結(jié)構(gòu)澆灌環(huán)節(jié)中，結(jié)構(gòu)外部溫差過低容易形成表層裂縫。此時進行養(yǎng)護施工，及時進行保溫措施，可避免混凝土凝結(jié)失效，提升土建施工項目的使用年限，彰顯養(yǎng)護施工的重要意義；第三，控制水熱化問題的出現(xiàn)，水熱化問題與養(yǎng)護之間的關(guān)聯(lián)，更像是混凝土施工與養(yǎng)護工作之間的關(guān)系，此時施工環(huán)節(jié)重視水熱化問題的控制，可彰顯養(yǎng)護的意義與價值?；炷翑嚢璀h(huán)節(jié)水泥因水化釋放熱量，導(dǎo)致水泥水化產(chǎn)生的熱量無法擴散，同時聚集在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部，最終出現(xiàn)裂縫病害，養(yǎng)護工作的落實，通過養(yǎng)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(xiàn)出養(yǎng)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(huán)節(jié)容易產(chǎn)生裂縫，對裂縫類型進行分析，是保證養(yǎng)護效果的重要路徑，基于此，下述文字對常出現(xiàn)的裂縫進行詳細(xì)總結(jié)。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(jié)構(gòu)外立面或內(nèi)部結(jié)構(gòu)的溫度下降的不同，此時因收縮力的大小不同，產(chǎn)生收縮裂縫[3]；第二，溫差裂縫，產(chǎn)生該裂縫的施工環(huán)境不同，但力學(xué)機理相同，均是因為溫度應(yīng)力所造成的結(jié)構(gòu)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(shè)數(shù)量不到位造成的承載力不夠，最終出現(xiàn)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(xiàn)沉降問題造成裂縫的出現(xiàn)。

4.2 成因分析

完成類型總結(jié)后應(yīng)對其成因進行分析，下述內(nèi)容將對此進行系統(tǒng)總結(jié)。第一，溫度應(yīng)力的影響，土建施工因溫度應(yīng)力造成裂縫，其原因是混凝土澆灌結(jié)束后，結(jié)構(gòu)內(nèi)外出現(xiàn)溫差，外部溫度會高于內(nèi)部溫度，溫差在可控范圍內(nèi)不會出現(xiàn)裂縫，因溫度過高無法實現(xiàn)溫度應(yīng)力的控制，最終出現(xiàn)結(jié)構(gòu)膨脹形成裂縫；第二，承載力問題，土建施工過程整體的結(jié)構(gòu)承載力較低，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫，澆灌時應(yīng)根據(jù)項目規(guī)定的載荷完成方案設(shè)計，保證橫向作用力與垂直作用力可相互抵消掉凝結(jié)結(jié)構(gòu)膨脹。但因?qū)囟葢?yīng)力的無效控制，造成結(jié)構(gòu)膨脹影響承載力，最終出現(xiàn)裂縫；第三，材料配比問題，對溫度應(yīng)力的有效控制應(yīng)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(dǎo)致裂縫產(chǎn)生。防水性能不達標(biāo)，預(yù)制砂漿中配比缺少防水材料，導(dǎo)致無法通過原材料的配比完成應(yīng)力抵消，最終造成病害問題的出現(xiàn)。

5 混凝土養(yǎng)護對策

5.1 落實養(yǎng)護與補救措施

因溫度應(yīng)力造成的裂縫病害，是土建施工環(huán)節(jié)常見的病害問題，此時重視養(yǎng)護可有效控制病害，基于此，下述文字側(cè)重養(yǎng)護措施進行詳細(xì)的總結(jié)。第一，針對土建施工由于施工技術(shù)問題引發(fā)的裂縫問題，應(yīng)對病害積極維修，先對裂縫進行檢測；因質(zhì)量問題引起的裂縫，應(yīng)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?jǐn)嚢枞诤虾?，使用混凝土澆灌技術(shù)進行填充，減小縫隙對土建結(jié)構(gòu)整體質(zhì)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(fā)現(xiàn)不是因為施工質(zhì)量引起的裂縫，應(yīng)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(yīng)對。對于縫隙直徑大于二點五毫米的結(jié)構(gòu)縫隙，應(yīng)采用混凝土灌漿技術(shù)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(zhì)量。上述內(nèi)容均應(yīng)該是在養(yǎng)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(yǎng)護工作落實的基礎(chǔ)上，此時出現(xiàn)的細(xì)小裂縫，均不是溫度應(yīng)力造成的貫穿裂縫，可進行相應(yīng)的補救。

5.2 重視養(yǎng)護過程

土建施工的日常養(yǎng)護工作，可減少病害發(fā)生，因此應(yīng)重視養(yǎng)護工作的跟進，為將溫度應(yīng)力控制在源頭，先設(shè)置土建施工的養(yǎng)護分類，如日常養(yǎng)護與季節(jié)性養(yǎng)護。為保證養(yǎng)護施工的深度落實，本段文字對此進行了詳細(xì)總結(jié)。第一，土建施工日常養(yǎng)護過程，利用水養(yǎng)方式進行日常養(yǎng)護，針對不同土建結(jié)構(gòu)定期灑水，控制溫度應(yīng)力，保證不出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象；第二，保證土建施工的整體質(zhì)量，應(yīng)隨時跟進檢查，檢查過程應(yīng)重視縫隙排查，發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)小縫隙，第一時間聯(lián)系工藝部、技術(shù)部進入現(xiàn)場進行處理，避免發(fā)生裂縫事故；第三，季節(jié)性養(yǎng)護，為降低低溫冷凍造成的溫度應(yīng)力的病害影響，應(yīng)積極進行季節(jié)養(yǎng)護工作，保證養(yǎng)護質(zhì)量，對于嚴(yán)重影響土建施工質(zhì)量的病害問題，應(yīng)進行特別養(yǎng)護，在特別養(yǎng)護過程中應(yīng)加強土建結(jié)構(gòu)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(xiàn)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(yǎng)護效果的重要因素，基于此，下述內(nèi)容將對此詳細(xì)總結(jié)。第一，部分土建結(jié)構(gòu)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(yīng)力的控制。具體操作環(huán)節(jié)中，應(yīng)保證下述操作的正確落實，首先應(yīng)將冷卻水流速度進行調(diào)節(jié)，設(shè)計合理的儲水量混凝土結(jié)構(gòu)冷卻成型后亦可發(fā)揮其冷卻的作用。其次應(yīng)保證冷凝裝置的敷設(shè)不影響土建的主體結(jié)構(gòu)?；炷琉B(yǎng)護工作完成后，可使用真空壓泵的方式協(xié)助完成混凝土的澆灌工作；第二，利用冷凝養(yǎng)護控制結(jié)構(gòu)內(nèi)部的水熱反應(yīng)，防止熱能引起混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)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(wěn)定的材料替代，在冷凝養(yǎng)護與材料配比的雙重作用下，將養(yǎng)護工作徹底落實[4]。

5.4 管理工作的跟進

養(yǎng)護管理是為保證上述養(yǎng)護措施的深度落實，基于此，下述文字將對此進行詳細(xì)總結(jié)。第一，提升技術(shù)與管理工作的水平。錯誤的養(yǎng)護方式容易引起裂縫擴散，因此施工現(xiàn)場要加強管理，避免混凝土出現(xiàn)裂縫，還要對施工人員進行培訓(xùn)提高工人業(yè)務(wù)水平，并對管理人員滲透養(yǎng)護技術(shù)方案的重要監(jiān)管內(nèi)容，對混凝土結(jié)構(gòu)進行合理的養(yǎng)護，彰顯養(yǎng)護與管理融合的價值；第二，完善養(yǎng)護管理制度，健全養(yǎng)護管理制度可有效的將管理與養(yǎng)護施工進行融合，進而實現(xiàn)混凝土耐久性的提升。首先，施工單位必須不斷的完善養(yǎng)護環(huán)節(jié)的各項管理制度，進一步確保土建質(zhì)量，避免出現(xiàn)結(jié)構(gòu)裂縫，應(yīng)完成養(yǎng)護管理制度的完善工作。其次，應(yīng)對結(jié)構(gòu)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(yǎng)護工作進行監(jiān)測，在此基礎(chǔ)上應(yīng)對記錄信息進行有效的分析探討，制定出相應(yīng)的維護措施來保證養(yǎng)護效果。

6 結(jié)語

綜合上述，本文以案例為主要內(nèi)容進行詳細(xì)總結(jié)，而后對混凝土的有效溫度應(yīng)力、裂縫養(yǎng)護進行深度探究。具體工作環(huán)節(jié)中，應(yīng)重視溫度應(yīng)力的控制，利用有效溫度應(yīng)力避免結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生，分析裂縫成因并重視防治。施工環(huán)節(jié)中要控制溫度應(yīng)力造成的結(jié)構(gòu)破壞，重視養(yǎng)護工作的跟進，結(jié)合對溫度應(yīng)力的分析，將應(yīng)力所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)病害控制在源頭，避免混凝土出現(xiàn)影響穩(wěn)定性的結(jié)構(gòu)裂縫。