建筑工程中水泥混凝土施工技術(shù)控制分析

1前言

水泥混凝土是建筑工程中普遍使用的基礎(chǔ)材料之一，施工質(zhì)量的好壞直接影響著結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與耐久性。在施工技術(shù)日益發(fā)展的今天，混凝土施工的環(huán)境因素、材料質(zhì)量以及施工工藝逐漸受到關(guān)注。施工期溫度、濕度及應(yīng)力，對混凝土硬化、強度及裂縫發(fā)展影響深遠(yuǎn)。因此，對這些影響因素進(jìn)行控制措施和修復(fù)技術(shù)的研究，可以有效地改善混凝土施工質(zhì)量，保證結(jié)構(gòu)的長期穩(wěn)定。本次研究采用了仿真模型和現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)相結(jié)合的方法，對不同環(huán)境中施工質(zhì)量控制以及修復(fù)效果進(jìn)行探究，以期為之后同類項目提供理論支持以及實踐指導(dǎo)。

2水泥混凝土施工概況

2.1施工環(huán)境條件

水泥混凝土施工期環(huán)境條件對混凝土質(zhì)量及性能有直接影響。溫度是混凝土施工過程中最為關(guān)鍵的環(huán)境因素，溫度過高或過低均可能使混凝土水化反應(yīng)不夠充分，從而影響強度及耐久性。水泥在高溫環(huán)境中水化反應(yīng)過快，易出現(xiàn)裂縫及收縮等問題；在低溫的條件下，水泥的水化反應(yīng)可能會變得緩慢，有時甚至?xí)鼋Y(jié)，導(dǎo)致混凝土不能達(dá)到預(yù)期的強度。

2.2工程材料與設(shè)備條件

從材料上看，水泥、骨料及外加劑質(zhì)量的好壞直接影響到混凝土強度、耐久性及施工性能等。水泥強度等作者簡介：宗世龍(1986.10-)，男，漢族，安徽宣城人，本科，監(jiān)理工程師，研究方向：建筑工程、工程管理。

級、細(xì)度以及凝結(jié)時間都需要達(dá)到設(shè)計要求，才能保證硬化后混凝土得到穩(wěn)定的強度發(fā)展。骨料粒徑、級配和含泥量等都會影響混凝土和易性和抗壓強度，如雜質(zhì)過多會弱化混凝土粘結(jié)性。外加劑對混凝土的性能起著至關(guān)重要的調(diào)節(jié)作用，但是不適當(dāng)摻量會使混凝土產(chǎn)生離析或泌水等現(xiàn)象，從而影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

3主要影響因素及關(guān)鍵控制措施

3.1主要影響因素

首先，材料的好壞是最直接的因素。水泥類型及強度、骨料粒徑及級配、外加劑選用及摻量等都會對混凝土和易性、強度及耐久性造成顯著影響。其次，混凝土澆筑過程也是非常關(guān)鍵的，澆筑速度不均勻或者振搗不當(dāng)易造成離析、氣泡或者密實不均等現(xiàn)象，從而影響結(jié)構(gòu)強度和穩(wěn)定性。最后，環(huán)境因素亦是一個不可忽視的因素，溫度過高或過低均會使水泥水化不夠充分，從而影響混凝土強度增長。濕度太低會使混凝土表面提前十裂，濕度太高則會使混凝土內(nèi)水分不能完全蒸發(fā)，從而影響混凝土硬化進(jìn)程。

3.2關(guān)鍵控制措施

從材料上看，需要對水泥、骨料和外加劑進(jìn)行嚴(yán)格把控，以保證它們滿足設(shè)計要求。水泥強度等級及凝結(jié)時間應(yīng)根據(jù)施工環(huán)境合理選用；骨料粒徑分布及雜質(zhì)含量須達(dá)標(biāo)；外加劑應(yīng)用應(yīng)根據(jù)實際需求而定，以免因超量應(yīng)用而引起不良反應(yīng)。同時，要對混凝土攪拌、輸送及澆筑等工序進(jìn)行準(zhǔn)確把控，攪拌機工作效率和均勻性對混凝土穩(wěn)定性有著直接影響，在輸送過程中應(yīng)盡量避免長期處于高溫或者強風(fēng)環(huán)境中，以防混凝土失水或者

離析。

4水泥混凝土施工模擬分析

4.1仿真模型構(gòu)建

為了更準(zhǔn)確地模擬水泥混凝土施工中的關(guān)鍵因素，如溫度和應(yīng)力場，可以選擇有限元分析法(FEA)作為仿真的基礎(chǔ)模型。該模型能夠綜合考慮混凝土施工時的熱傳導(dǎo)、應(yīng)力分布、裂縫發(fā)展情況等因素。在建立仿真模型時，需重點考慮4個指標(biāo)，即溫度場、濕度場、應(yīng)力場和裂縫的發(fā)展。溫度場主要是因混凝土水化熱與環(huán)境溫度改變而產(chǎn)生；濕度場考慮了水泥水化時水的運移，從而影響了混凝土水化進(jìn)程與強度發(fā)展；應(yīng)力場體現(xiàn)了混凝土受力時應(yīng)變的變化情況；而裂縫的發(fā)展主要是溫度應(yīng)力、濕度應(yīng)力和外部荷載等因素共同影響的結(jié)果。

4.2數(shù)值模擬參數(shù)

在仿真過程中，以下4個關(guān)鍵參數(shù)將影響模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。

(1)溫度場參數(shù)。溫度場的建立基于熱傳導(dǎo)方程，公式如下：

其中，T為溫度， ∝ 為熱擴散系數(shù)，Q為水化熱源項，abla² T為溫度梯度項。

(2)濕度場參數(shù)。濕度場的演化遵循水分?jǐn)U散方程，公式如下：

其中，C為水分濃度，D為水分?jǐn)U散系數(shù)， abla²C 為水分的擴散項。

（3)應(yīng)力場參數(shù)。應(yīng)力場可以通過彈性力學(xué)中的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系進(jìn)行建模，公式如下：

σ_σσ_σσ_σσ_σσ_σσ_σ

其中， σ_σσ 為應(yīng)力，E為彈性模量， ∈ 為應(yīng)變。

(4)裂縫發(fā)展參數(shù)。裂縫的發(fā)生與發(fā)展通過斷裂力學(xué)模型進(jìn)行模擬，公式如下：

其中，G為能量釋放率， K_I 為應(yīng)力強度因子，E為混凝土的彈性模量。

4.3施工階段劃分

為了對混凝土施工過程中的各個技術(shù)環(huán)節(jié)進(jìn)行科學(xué)分析，本研究將整個施工過程分為四個主要的階段：拌合和輸送階段、澆筑和振搗階段、養(yǎng)護(hù)階段以及強度

發(fā)展及裂縫檢測后期階段。

4.4數(shù)值模擬分析結(jié)果

模擬結(jié)果如圖1所示，水泥混凝土施工期溫度、濕度、應(yīng)力及裂縫寬度有明顯趨勢。隨著時間的增加，混凝土的內(nèi)部溫度逐步升高，最高溫度在12小時后達(dá)到頂峰，之后由于水化熱釋放的減緩，溫度逐漸下降；在施工的后階段，濕度逐漸下降，特別是在72小時之后更為突出，這可能會導(dǎo)致混凝土表面出現(xiàn)干縮裂紋；隨著時間的增加，應(yīng)力逐漸上升，并在48小時后趨近于混凝土的抗拉極限，導(dǎo)致裂縫寬度逐漸擴大，最終裂縫在72小時內(nèi)達(dá)到 0.18mm 。

仿真研究表明，溫度和濕度的改變會直接影響混凝土應(yīng)力分布及裂縫發(fā)展情況，因此施工期溫控及養(yǎng)護(hù)措施對于預(yù)防裂縫發(fā)展至關(guān)重要。

5關(guān)鍵施工技術(shù)

5.1溫度場參數(shù)和濕度場參數(shù)

對溫度場進(jìn)行合理的控制，可有效地避免由溫度梯度過大引起的應(yīng)力集中現(xiàn)象，降低裂縫出現(xiàn)的風(fēng)險。施工時，溫度監(jiān)控要覆蓋澆筑的全部范圍，同時要結(jié)合環(huán)境溫度的變化及時進(jìn)行調(diào)整，如使用覆蓋保溫材料或者溫控設(shè)備等。合適的濕度條件有利于水泥充分水化以及混凝土強度和耐久性的改善，若濕度太大、水分蒸發(fā)太快，易使表面出現(xiàn)干裂或者收縮現(xiàn)象，從而影響結(jié)構(gòu)密實度及抗?jié)B性。而且，過高的濕度會使混凝土的表面變得過于潮濕，從而影響硬化的進(jìn)程。

5.2應(yīng)力場參數(shù)

混凝土硬化后，受溫度變化和濕度波動的作用而出現(xiàn)內(nèi)部應(yīng)力。若應(yīng)力分布不均勻或過大，易產(chǎn)生裂縫，進(jìn)而影響混凝土耐久性及結(jié)構(gòu)承載能力。通過合理地控制應(yīng)力場分布，可以有效地避免不均勻沉降和裂縫發(fā)展。通過準(zhǔn)確監(jiān)測與調(diào)整施工期溫度梯度和濕度變化情況，可以優(yōu)化應(yīng)力分布，并降低溫差應(yīng)力造成的破壞。

5.3裂縫發(fā)展參數(shù)

裂縫一般是在溫度應(yīng)力、收縮應(yīng)力和外部荷載的綜合作用下形成?；炷劣不跗?，因水泥水化放熱及外部環(huán)境的改變，易出現(xiàn)溫度裂縫；收縮應(yīng)力還會隨時間導(dǎo)致裂縫發(fā)展。裂縫的產(chǎn)生不僅會對混凝土外觀造成影響，而且會導(dǎo)致水分、氣體等外界物質(zhì)滲入內(nèi)部，使混凝土抗?jié)B性及耐久性下降。

6控制措施實施效果

6.1現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)與修復(fù)效果的關(guān)系

現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)如圖2所示，從修復(fù)措施的執(zhí)行情況來看，混凝土在溫度、濕度、應(yīng)力以及裂縫寬度方面都展現(xiàn)出了顯著的修復(fù)效果。修復(fù)后1天，混凝土表面溫度從修復(fù)前的 28^°C 降至 26°C ，濕度從 45% 升高至 50% ，表明修復(fù)過程中的溫控和濕控措施有效地改善了環(huán)境條件。隨著修復(fù)時間的增加，在修復(fù)后30天時，溫度逐步下降到 21^°C ，而濕度則增加到 65% ，這展示了濕度養(yǎng)護(hù)的持久效果。經(jīng)過修復(fù)后，應(yīng)力水平有所下降，從修復(fù)前的 3.2MPa 減少到修復(fù)后30天的 1.8MPa ，這表明混凝土內(nèi)部的應(yīng)力已經(jīng)得到了顯著的改善。當(dāng)裂縫寬度由0.8mm 減小到 0.2mm 時，表明裂縫修復(fù)效果顯著，從而驗證了修復(fù)措施對裂縫有較好的控制效果。

6.2實施效果評價

由現(xiàn)場監(jiān)測資料可知，溫度、濕度、應(yīng)力及裂縫寬度等參數(shù)逐漸增大，說明修復(fù)材料及方法在短時間內(nèi)能夠有效地調(diào)整混凝土環(huán)境條件，緩解應(yīng)力集中并抑制裂縫發(fā)展。修復(fù)效果隨時間推移越來越顯著，裂縫寬度呈遞減趨勢，應(yīng)力水平基本穩(wěn)定，混凝土表面溫濕度也逐漸恢復(fù)正常范圍。研究表明，修復(fù)措施在有效地恢復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)完整性的同時，也提高了混凝土耐久性及抗裂性，有利于混凝土長期穩(wěn)定。

7結(jié)論

本研究利用現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)，對水泥混凝土施工過程中采取的修復(fù)措施進(jìn)行了分析評價。研究表明：修復(fù)措施明顯改善了混凝土溫度、濕度、應(yīng)力分布和裂縫寬度。修補后混凝土溫度逐漸下降、濕度增大，有效地促進(jìn)了水泥水化反應(yīng)；內(nèi)部應(yīng)力有效減緩，裂縫寬度明顯減小，說明修復(fù)措施對于提高混凝土穩(wěn)定性及耐久性具有積極效果。修復(fù)過程經(jīng)過不斷監(jiān)控和調(diào)整后，可以有效地促進(jìn)混凝土結(jié)構(gòu)長期性能的改善，并為實際工程修復(fù)措施的制定提供了強有力的理論支持以及實踐依據(jù)。

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