刘兴远
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摘要：目前的土木建筑工程当中较多地应用了混凝土进行施工，而混凝土凝固过程中会产生温度应力，这种温度应力会给整个建筑工程带来多方面的影响，如果控制措施不当就会造成整个建筑工程质量不符合要求。目前，控制混凝土温度主要通过温度应力分析来对混凝土当中的温度应力危害进行分析，进而可以通过控制混凝土内外温差来使温度应力得到有效控制，进而可以使建筑工程当中的混凝土强度达到要求，本文介绍了土木建筑工程混凝土施工温度应力分析过程，并且对混凝土的养护过程涉及的问题进行了总结，进而提出了解决裂缝的有效措施，以期能够使建筑工程混凝土强度达到要求。
关键词：土木工程；混凝土；温度应力；养护
前言：在现代工程建设当中，混凝土施工占有重要地位，很多建筑工程都出现过混凝土裂缝的情况，工人已经可以在施工过程中采用多种手段控制裂纹的产生，但是也有很多不可抗力因素影响混凝土施工过程，造成混凝土当中出现裂缝的情况。混凝土出现裂缝主要由于混凝土当中容易出现温度差，这种温度差会产生应力，影响混凝土整体结构的耐久性，并且也会对混凝土的整体性造成影响。混凝土施工完成后容易产生自然环境的温度变化，这些温度变化会对混凝土结构产生影响，使混凝土的强度下降，并且有可能产生裂缝。
1混凝土施工技术的发展情况
我国的经济在近年来获得了快速发展，我国城市化进程也在不断地推进，城市对大型建筑也有了更高的需求，城市也逐渐地实现了人口集中可经济一体化发展，为了支持这种发展模式的不断推进，城市建筑开始向着高层建筑发展，以此来使人们能够适应城市人口的增多，城市建筑随着建筑工程技术的发展也变得更加牢固，应用混凝土浇灌技术替换传统的砌墙技术使强度获得了极大地提高，并且能够实现整个楼体的一体化成型，能够完全按照图纸要求完成整个施工过程，并且这个施工过程在经过了多年的锻炼后已经积攒了丰富的施工经验。在现代工程当中应用混凝土具有划时代的意义，能够使施工过程使用的人力和物力成本大大降低，并且能够使楼体建筑的强度获得提升，可以应用大型机械设备进行建筑施工，使建筑施工效率获得极大地提高，这种建筑施工方法与现代化发展相适应，并且已经形成了一种新的技术方向。但是应用混凝土施工技术进行建筑施工，也存在着多种问题，只有对这些存在的问题进行针对性地解决，才能够使混凝土施工技术能够满足建筑施工要求[1]。
2混凝土施工温度应力分析过程
混凝土的裂缝有多种原因，对早期的混凝土凝固过程，有很多因素对该过程产生影响，其中温度对混凝土强度的影响包括了以下几个方面：
在混凝土凝固的早期阶段，从混凝土浇筑的时间开始到水泥放热的过程结束，这个过程一般有三十天左右，这段时间水泥能够放出大部分的热量，这些热量主要由水泥与水产生的水化热。之后混凝土的弹性模量会随着水分的蒸发发生快速的变化，在弹性模量的快速变化过程中，混凝土的内部也会产生更多的残余应力，这些残余应力会对混凝土的强度产生负面影响。如图1所示，为混凝土动力弹性分析报告。
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在混凝土凝固的中期阶段，这时的水泥放热作用已经结束，但是混凝土的温度已经达到了最高状态，随着混凝土温度的下降一直至混凝土的温度稳定到环境温度。这个过程的混凝土温度以及混凝土的冷却速度主要受到外界环境温度的影响比较大，而这个温度下降的过程同样也会在混凝土当中产生残余应力，这些残余应力与第一阶段产生的残余应力相叠加，造成的残余应力与混凝土强度产生直接影响，这个过程中的混凝土弹性模量没有太大的变化，已经稳定在一定区间。如图2所示，为混凝土浇筑完成后温度变化情况。
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在混凝土凝固过程的晚期，混凝土已经完全冷却并且已经承担起相应的载荷，混凝土的运转过程受到了外接温度变化的影响，温度变化的急剧程度会对混凝土的残余应力产生直接影响，而这些残余应力会与早期和中期产生的残余应力相叠加，这些残余应力会对整个混凝土强度产生影响[2]。如图3所示，为混凝土温度应力分析。
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3改善混凝土温度应力的有效措施
不同的温度应力是由不同的原因引起的，应该根据具体的情况进行全面分析。第一种被称为自生应力，这种应力产生于没有任何约束的混凝土结构，这些混凝土结构处于一种完全静止的状态，并且这种结构的混凝土内部的温度呈现出非线性分布的状态，但是结构的本身也会受到互相地作用力，这些作用力会产生互相约束的作用，这种约束作用会相对应的产生温度应力。第二中应力被称为约束应力，这种约束应力主要由于结构受到约束的情况。部分混凝土结构的全部或者部分受到外界的约束，这些约束主要由于混凝土结构不能自由变形，导致混凝土内部产生了相应的应力。这两种温度应力并不是分别产生的，而是由于不同的温度作用产生的综合作用，通常是由于混凝土的干缩引起的多重作用，但是通过已知的温度分布情况并不能对混凝土当中的应力分布情况作出全面的分析，这些过程需要复杂的研究工作才能够实现。要想实现这种应力分布能够展现出来，就需要在模拟试验的条件下，对相应的数值进行计算，从而可以更好地控制混凝土强度。混凝土的徐变过程极大地减少了温度应力情况，所以在进行温度应力的计算过程中，应该考虑徐变对混凝土强度的影响，从而可以使最终的应力分析更为准确。具体的计算过程需要考虑多方面的应力参数，确保应力计算的准确性[3]。
通过控制温度可以有效地减少裂缝的情况发生，还需要通过相关控制裂缝产生的措施的实施，使混凝土的裂缝被有效地控制住。控制温度应力的方式主要包括了两个方面：首先可以从控制温度的差入手，对混凝土内外温差进行控制。其次可以对约束条件进行改善，从而可以使应力有效降低。两种改善手段需要采取具体的实施措施来落实，最终达到控制内应力的目标。控制温度的措施包括了以下几种方法：使用适合的骨料，骨料的级别应该经过多种配比的研究，最终强度和内应力情况能够适应建筑设计情况。还应该使用干性混凝土，使混凝土的凝固时间更短，凝固过程中放出的热量也相对更少，从而可以使内外温差的情况得到有效控制。还应该在掺混合料的过程中进行适当的配比，使混合料不容易产生应力。还可以通过加入引气剂或者塑化剂的方式使混凝土当中的水泥含量有效降低，进而可以使混凝土凝固过程可以释放更少的热量，减少温度应力的产生。混凝土浇筑的时间应该经过选择，避免在比较热的天气进行混凝土浇筑，无法避免在热天进行混凝土浇筑时，也应该通过减少混凝土浇筑厚度的方式，使浇筑层面得到充分的散热后再进行上面的浇筑。还可以在混凝土浇筑的过程中使用水管埋设在混凝土当中，在凝固放热的过程中，为了防止内外温差过大的情况出现，可以通过通入冷水降温的方式实现混凝土的温度均衡降温。拆模的时间应该在经过相应的试验以后进行设定，确保混凝土强度稳定之后再进行拆模工作。还应该在气温骤降的天气做好对混凝土表面的保温工作，避免出现混凝土内部过热外部温度比较低的情况，出现温差过大引起的温度应力。由于部分混凝土浇筑块在施工过程中会长期保留在自然环境当中，造成了混凝土表面会形成薄壁结构，这些结构应该在寒冷的天气中使用相应设备对其进行保温，确保其温度的均衡[4]。
4混凝土的养护工作措施
根据对以上内容的分析得出了改进混凝土温度应力的相关措施，还可以通过改善混凝土的约束条件来控制混凝土的应力。混凝土浇筑之前应该进行合理的分缝分块，使混凝土的整块大小更加均匀，避免出现基础起伏过大的情况，使混凝土的约束条件增加，还应该在施工之前设计出合理的施工方案，确保施工过程按照施工工序进行，控制过大高差的混凝土在侧面长期暴露的时间，从而可以避免使混凝土产生比较大的应力。还应通过改变搅拌混凝土的相关参数，使混凝土的性能得到有效提高，使混凝土具有更强的抗裂能力。混凝土浇筑施工完成后，需要加强对混凝土的养护，防止混凝土表面出现严重的干缩情况，最终造成混凝土表面失水产生应力，最终会形成混凝土表面的裂缝，而通过提高混凝土的质量能够有效地防止裂缝的产生，所以在混凝土浇筑之前，需要做好混凝土性能的试验工作。如果混凝土养护不当，可能会产生混凝土贯穿裂缝的出现，这种情况会导致整个混凝土结构质量受到严重影响，而后期采取补救措施提高混凝土整体结构质量也是有限的，为了防止贯穿裂缝对施工质量产生危害，应该在施工过程中落实相应的预防措施，能够使贯穿裂纹的现象被有效地控制住。在混凝土浇筑的过程中，很多施工单位为了使模板能够有更高效率的周转，一般要求新浇筑的混凝土在极短的时间内就进行拆模工作，而拆模工作是需要非常审慎重考虑的。如果出现混凝土温度高于环境温度时，可能会出现早期裂缝的情况。所以如果有环境温度比混凝土温度低的情况，需要适当的延长模板拆卸时间，避免裂纹的产生。如果新浇筑的混凝土必须在早期阶段就进行拆模，就会使混凝土表面承受比较大的拉应力，或者由于混凝土温度与环境温度的温差过大，形成混凝土内部的温度冲击。而混凝土浇筑完成的初期阶段，容易出现比较大的水化热散发的情况，这些热量会形成比较大的温度差，最终形成温度应力，也就是在混凝土的表面形成比较大的拉应力，这时的混凝土表面温度也依然很高，如果在这种情况下把模板拆除，就会导致混凝土表面的温度迅速降低，在混凝土内部形成比较大的温差，这种温差会导致温度应力增加到最大值，同时也会使表面拉应力达到比较大的数值，如果超过了混凝土的塑性强度，就会导致混凝土产生裂缝。如图4所示，为混凝土的保温措施。
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这种情况需要采取一定的补救措施，可以在模板拆除以后第一时间在混凝土表面覆盖保温材料，例如可以使用泡沫海绵，从而可以使混凝土表面拉应力过大的情况得到避免，可以有效地防止混凝土表面出现裂缝。对混凝土早期阶段的养护能够有效地防止混凝土裂缝的出现。而混凝土当中比较常出现的裂缝，一般为深度比较浅的表面裂缝，这些裂缝主要由于温度梯度引起，有些寒冷地区如果出现温度骤降的天气，也容易产生裂缝的情况。所以在早期的混凝土养护的过程中，应该有效地应用相应的保温措施，从而可以使混凝土的裂缝情况得到限制。所以要想使温度应力得到有效的控制，就需要在混凝土凝固的早期做好保温工作，能够使混凝土内外温度差过大的情况得到控制，并且做好混凝土表面的温度梯度控制，能够使表面裂缝的情况得到治理。如果出现混凝土超冷的情况，需要想方设法地稳定住混凝土的温度，避免出现施工期间混凝土施工温度低于混凝土使用期间的温度，如果混凝土过冷的情况出现，应该减少新老混凝土的约束力，避免出现多度约束的情况使混凝土的内应力增多，增加混凝土表面产生裂缝的可能。混凝土的早期养护工作对防止出现混凝土裂缝有着重要的作用，只有对混凝土的温湿条件做出合理的控制，才能够使混凝土避免受到不利的温度影响，或者受到湿度的影响产生变形，防止混凝土出现冷缩或者干缩的情况，使水泥的水化作用进行得更加顺利，能够使混凝土更顺利地达到设计强度，并且能够使混凝土达到抗裂的能力。
混凝土的防护措施需要多方面的工作，需要控制影响混凝土强度的各个方面，包括了温度、季节和养护工具等因素。只有成体系的对混凝土进行养护，才能够使混凝土的养护达到理想的效果，避免出现裂缝的情况，可是目前的混凝土养护没有得到充分的落实，很多施工单位没有做到提前对混凝土养护重点关注。养护混凝土需要做好混凝土的配比，能够将混凝土的养护时间进行合理的控制，避免出现混凝土硬化的情况，从而控制水分蒸发的问题，对混凝土进行合理的养护，能够使混凝土的硬化过程按照预定时间发展[5]。
总结：综上所述，通过分析土木工程建筑混凝土的施工温度应力的分析，可以对混凝土出现裂缝的原理有初步的了解，进而可以采取有效的措施对应力进行控制，从而可以减少混凝土表面出现裂缝的情况，提高混凝土的强度，保障建筑工程的整体质量。
参考文献：
[1]梁穑稼. 钢筋混凝土转换层叠合浇筑法施工阶段裂缝控制研究[D].同济大学,2008.
[2]苟季. 大体积混凝土水化热对结构的影响研究[D].广西大学,2008.
[3]江昔平. 大体积混凝土温度裂缝控制机理与应用方法研究[D].西安建筑科技大学,2013.
[4]赵云波. 无缝连续浇筑大体积混凝土温度控制及应变分析[D].西安建筑科技大学,2015.
[5]李肖鹏. 土木工程建筑中混凝土结构的施工技术要点研究[J]. 建材发展导向,2018,16(24):46-48.