土木工程建筑混凝土的施工温度应力分析及养护

杨辉

摘 要 土建施工是众多工程建设环节中重要的施工项目，若遇到大体积混凝土结构施工时，会因其尺寸大、水化热量高、导热性能差等特点，容易造成温度应力影响下的结构裂缝的出现。为保证混凝土结构施工不出现贯穿裂缝或结构裂缝，应重视温度应力的分析与控制，避免土建施工环节出现结构裂缝，以此提升土建结构的承载力。基于此，本文对某案例进行了分析，并对混凝土的有效温度应力进行了探究，最后对混凝土的养护意义与策略进行了总结。

关键词 土木工程 混凝土施工 温度应力 混凝土养护

中图分类号：TU755 文献标识码：A 文章编号：1007-0745（2022）04-0124-03

温度应力是因结构内外温度上升速度或下降速度不同，所产生的破坏性的作用力。土建施工环节中，将温度应力称之为热应力。施工环节中要想控制温度应力造成的结构破坏，应重视养护工作的跟进，并结合对温度应力的分析，将应力所产生的结构病害控制在源头，提升土建施工质量，确保土建结构承载力的强化。

1 案例分析

为实现SH市城乡开发区的飞速发展，拟定在SH市开发区完成中高档房建项目的建设工作，本公司因多年土建项目的施工经验，有幸参与到部分工程的土建施工中，为保证对施工温度应力探究的更详细，本文将结合此次案例进行详细的总结。

第一，项目分析。项目土建施工全部采用混凝土浇筑施工工艺，其中高层建筑因包含主楼和附属楼，因层高均在三米到三点三米之间，且主楼建设区域的工程地质条件不良，因此土建全线施工过程，均采用灌浆法完成结构加固。施工建材符合国家建筑工程建材标准，钢管支撑体系横截面尺寸均高于5厘米，高于国家建材施工标准。

第二，为推动土建施工过程对温度应力的控制效果，SH市房建部门联合本公司共同开展施工与监管工作，土建施工横跨基坑采用搭设钢便桥通过保证施工安全。根据施工组织设计的方案，土建结构的混凝土浇筑采用分层浇筑方法，每层厚度均高于项目要求，以此保证土建施工环节，不出现温度应力造成的混凝土裂缝，延长项目耐久性。因本项目于2016年8月份完成规划，因此土建施工过程的平均温度在17～23℃之间，更适合土建环节的混凝土浇灌，因此温度应力所造成裂缝病害较少，但技术部与工艺部亦多有效温度应力完成的全部分析，全范畴施工过程试验段、施工段共同进行，保证技术数据达到混凝土裂缝防治的预期目的，积累温度应力控制的技术方案。

2 混凝土的有效温度应力

2.1 混凝土损伤基本理论

有效控制温度应力造成的结构病害，应重视混凝土损伤基本理论的分析，基于此，本段文字侧重下述内容对此进行详細总结。第一，损伤力学。土建施工环节，为避免温度应力造成的贯穿病害，此时应重视损伤变量的选取，研究是否因为原料配比造成的损伤问题，为有效控制温度应力提供理论依据。综合上述文字总结，损伤力学的分析与研究，是养护环节的理论依据，是工艺部门或技术实验部分工作环节的重点内容;第二，断裂力学。该理论是研究土建施工出现内部结构病害的重要理论基础，因此工艺设计环节，应重视混凝土配料的对比实验，重视线弹性、弹塑性等理论的应用，最终在依据断裂力学的核心内容，实现温度应力病害的有效控制;第三，混凝土的损伤机理。通常情况下，损伤机理分为四点：其一，原材料配比过程的微断裂;其二，微断裂不加以控制造成的贯穿断裂;其三，灌注浆灌注方案不同所造成的表面裂痕;其四，养护失败造成的裂痕变裂缝。

2.2 损伤变量

保证对土建施工环节中温度应力控制的有效性，应完成损伤变量与损伤模型分析，基于此，下述内容对此进行详细总结。第一，损伤变量的种类，因种类众多，选取具有代表意义的种类进行总结：其一，外部状态变量，此时阻尼应力，结构内部的温度、非弹性应力等等，有关于传热学、流变学的内容，均应该是重点研究对象，其原因是不对其进行控制，可造成土建结构的失稳，一旦失稳严重，断裂问题随即发生[1];其二，内部状态变量，此时裂缝长度、不同应变力等等，有关于损伤力学的内容，均是分析的要点，其原因是内部变量是造成断裂的核心因素。第二，损伤模型建立流程，因无法控制温度应力所造成的病害，在土建施工环节是不可逆的热力学过程，因此完成损伤变量分析后，重视常规型的损伤模型的意义重大。首先，建立损伤模型应分为两个环节，分别是热力学理论的分析及损伤试验，工艺部在上述环节融合下，建立连续介质损伤的力学模型。其次，完成模型建立后，应充分对其进行研究，研究损伤变量的影响因素，分别是损伤准则或演化方程，研究更具有分析价值的模型，应重视应力的应变与损伤变量的更新[2]。

2.3 有效温度应力

对温度应力分析应重视有效温度应力的剖析，基于此，本段文字应侧重下述内容对此进行详细总结。第一，温度应力场计算原理，所谓应力场既温度变化与时间、应力与温度的总称，这是探究有效温度应力的核心，具体项目应重视力学模型与数学模型的计算;第二，混凝土温度损伤，混凝土温度损伤是混凝土施工过程中，由于温度原因导致混凝土裂缝的内因，一旦造成温度损伤，此时对结构内部造成的损害是不可逆的，因此研究有效温度应力应重视结构平面状态的分析;第三，考虑温度损伤的有效温度应力，此时应将上述内容进行串联。

3 混凝土养护工作的意义

养护施工是为降低温度应力对结构的破坏，为保证养护策略总结的更深刻，本段文字对此进行了总结。第一，将温差因素控制在源头，混凝土裂缝最重要的一点成因是温差问题，因温度应力造成的热膨胀问题，会造成结构断裂，因此土建施工后，快速完成结构内部的散热，避免导致混凝土内部结构温度高于外部温度，出现内外结构温差形成更大的应力，应进行养护工作，此时以热膨胀形成裂缝为控制对象，将问题控制在源头，彰显养护施工的重要价值;第二，提升外部温度，土建施工结构浇灌环节中，结构外部温差过低容易形成表层裂缝。此时进行养护施工，及时进行保温措施，可避免混凝土凝结失效，提升土建施工项目的使用年限，彰显养护施工的重要意义;第三，控制水热化问题的出现，水热化问题与养护之间的关联，更像是混凝土施工与养护工作之间的关系，此时施工环节重视水热化问题的控制，可彰显养护的意义与价值。混凝土搅拌环节水泥因水化释放热量，导致水泥水化产生的热量无法扩散，同时聚集在混凝土结构内部，最终出现裂缝病害，养护工作的落实，通过养护将水热化病害控制在源头，针对水热化问题的控制工作，最终体现出养护施工的意义与价值。

4 混凝土裂缝类型与成因分析

4.1 裂缝类型

因土建施工环节容易产生裂缝，对裂缝类型进行分析，是保证养护效果的重要路径，基于此，下述文字对常出现的裂缝进行详细总结。第一，收缩裂缝，该裂缝造成病害影响重大，完成混凝土浇灌后忽视结构外立面或内部结构的温度下降的不同，此时因收缩力的大小不同，产生收缩裂缝[3];第二，温差裂缝，产生该裂缝的施工环境不同，但力学机理相同，均是因为温度应力所造成的结构损伤;第三，承受力裂缝，为扩大研究范围，对承受力裂缝进行简要的概述，完成土建施工后，因灌注桩桩体敷设数量不到位造成的承载力不够，最终出现承受力裂缝;第四，沉降裂缝，土建施工与软土地基相遇，软土地基无法满足项目要求，最终出现沉降问题造成裂缝的出现。

4.2 成因分析

完成类型总结后应对其成因进行分析，下述内容将对此进行系统总结。第一，温度应力的影响，土建施工因温度应力造成裂缝，其原因是混凝土浇灌结束后，结构内外出现温差，外部温度会高于内部温度，温差在可控范围内不会出现裂缝，因温度过高无法实现温度应力的控制，最终出现结构膨胀形成裂缝;第二，承载力问题，土建施工过程整体的结构承载力较低，导致混凝土结构出现裂缝，浇灌时应根据项目规定的载荷完成方案设计，保证横向作用力与垂直作用力可相互抵消掉凝结结构膨胀。但因对温度应力的无效控制，造成结构膨胀影响承载力，最终出现裂缝;第三，材料配比问题，对温度应力的有效控制应落实在源头，重视浇灌浆初始材料的配比，保证对裂缝的有效控制。浇灌施工时混凝土材料中防水砂石使用量错误，会导致裂缝产生。防水性能不达标，预制砂浆中配比缺少防水材料，导致无法通过原材料的配比完成应力抵消，最终造成病害问题的出现。

5 混凝土养护对策

5.1 落实养护与补救措施

因温度应力造成的裂缝病害，是土建施工环节常见的病害问题，此时重视养护可有效控制病害，基于此，下述文字侧重养护措施进行详细的总结。第一，针对土建施工由于施工技术问题引发的裂缝问题，应对病害积极维修，先对裂缝进行检测;因质量问题引起的裂缝，应针对裂缝部分重新施工，使用吸水材料完成合理配比，两者充分搅拌融合后，使用混凝土浇灌技术进行填充，减小缝隙对土建结构整体质量的影响;第二，对不同裂缝层级进行针对性的处理，裂缝检测过程发现不是因为施工质量引起的裂缝，应采取缝隙修补方法完成补救，先确定裂缝缝隙直径与深度，直径不超二点五毫米的表面裂缝，如果是由于温差造成的表面张力形成的，可采用缝隙填补方案完成应对。对于缝隙直径大于二点五毫米的结构缝隙，应采用混凝土灌浆技术完成裂缝修补，混凝土灌浆完成缝隙修补过程后，可保证缝隙连接质量。上述内容均应该是在养护工作跟进后所进行的补救措施，其原因是在施工无问题且养护工作落实的基础上，此时出现的细小裂缝，均不是温度应力造成的贯穿裂缝，可进行相应的补救。

5.2 重視养护过程

土建施工的日常养护工作，可减少病害发生，因此应重视养护工作的跟进，为将温度应力控制在源头，先设置土建施工的养护分类，如日常养护与季节性养护。为保证养护施工的深度落实，本段文字对此进行了详细总结。第一，土建施工日常养护过程，利用水养方式进行日常养护，针对不同土建结构定期洒水，控制温度应力，保证不出现裂缝现象;第二，保证土建施工的整体质量，应随时跟进检查，检查过程应重视缝隙排查，发现结构出现小缝隙，第一时间联系工艺部、技术部进入现场进行处理，避免发生裂缝事故;第三，季节性养护，为降低低温冷冻造成的温度应力的病害影响，应积极进行季节养护工作，保证养护质量，对于严重影响土建施工质量的病害问题，应进行特别养护，在特别养护过程中应加强土建结构的分析，对损伤机理与损伤模型完成二次建立，及时分析出现病害的原因，在根本上解决裂缝病害。

5.3 冷凝装置的使用

冷凝装置的使用是保证养护效果的重要因素，基于此，下述内容将对此详细总结。第一，部分土建结构在混凝土浇灌前，可提前放置冷却管，以冷却机理完成温度应力的控制。具体操作环节中，应保证下述操作的正确落实，首先应将冷却水流速度进行调节，设计合理的储水量混凝土结构冷却成型后亦可发挥其冷却的作用。其次应保证冷凝装置的敷设不影响土建的主体结构。混凝土养护工作完成后，可使用真空压泵的方式协助完成混凝土的浇灌工作;第二，利用冷凝养护控制结构内部的水热反应，防止热能引起混凝土结构产生裂缝，此时解决温度问题会减少裂缝病害，使用冷凝装置完成水热控制。同时重视灌注浆的材料配比，减少水泥用量，利用性能相对稳定的材料替代，在冷凝养护与材料配比的双重作用下，将养护工作彻底落实[4]。

5.4 管理工作的跟进

养护管理是为保证上述养护措施的深度落实，基于此，下述文字将对此进行详细总结。第一，提升技术与管理工作的水平。错误的养护方式容易引起裂缝扩散，因此施工现场要加强管理，避免混凝土出现裂缝，还要对施工人员进行培训提高工人业务水平，并对管理人员渗透养护技术方案的重要监管内容，对混凝土结构进行合理的养护，彰显养护与管理融合的价值;第二，完善养护管理制度，健全养护管理制度可有效的将管理与养护施工进行融合，进而实现混凝土耐久性的提升。首先，施工单位必须不断的完善养护环节的各项管理制度，进一步确保土建质量，避免出现结构裂缝，应完成养护管理制度的完善工作。其次，应对结构损坏的原因以及具体维护的措施进行充分的记录，对土建施工与养护工作进行监测，在此基础上应对记录信息进行有效的分析探讨，制定出相应的维护措施来保证养护效果。

6 结语

综合上述，本文以案例为主要内容进行详细总结，而后对混凝土的有效温度应力、裂缝养护进行深度探究。具体工作环节中，应重视温度应力的控制，利用有效温度应力避免结构裂缝产生，分析裂缝成因并重视防治。施工环节中要控制温度应力造成的结构破坏，重视养护工作的跟进，结合对温度应力的分析，将应力所产生的结构病害控制在源头，避免混凝土出现影响稳定性的结构裂缝。

参考文献：

[1] 阳春华，张熠，樊烛，等.“华龙一号”核岛整体筏基温度应力有限元分析及测试技术应用研究[J].工程建设与设计，2021（19）：148-151.

[2] 同[1].

[3] 李松辉，肖宏武，雒翔宇，等.多泥沙淤积对高混凝土拱坝温度应力的影响研究[J/OL].中国水利水电科学研究院学报，2021-11-15：1-8.https：//doi.org/10.13244/ j.cnki.jiwhr.20200259.

[4] 同[3].