建筑混凝土結(jié)構(gòu)溫度裂縫形成機(jī)理及預(yù)防控制措施研究

林 航

（福建天成力達(dá)建設(shè)工程有限公司，福建 福州 350100）

0 引言

建筑混凝土結(jié)構(gòu)溫度裂縫是建筑工程設(shè)計(jì)與施工過(guò)程中重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。相關(guān)研究文獻(xiàn)結(jié)果顯示，建筑混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的形成原因有很多，但溫度因素是形成建筑混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的主要因素之一[1]?；炷两Y(jié)構(gòu)裂縫的產(chǎn)生將引起建筑滲水，導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)壽命縮短等問(wèn)題[2]，也是影響建筑工程質(zhì)量的主要因素。因此，對(duì)建筑混凝土結(jié)構(gòu)裂縫問(wèn)題需給予更多的重視，研究形成機(jī)理及預(yù)防控制措施十分必要。文本僅研究建筑混凝土結(jié)構(gòu)溫度裂縫形成機(jī)理及預(yù)防控制措施，并通過(guò)實(shí)例驗(yàn)證措施的有效性。

水庫(kù)長(zhǎng)年較低水位運(yùn)行，原本在水面線以下的土地常年暴露在外，土地被村民或企業(yè)侵占從事其他活動(dòng)。①?gòu)氖罗r(nóng)業(yè)耕種。通過(guò)多年的耕種，村民把土地?fù)?jù)為己有，土地耕種仍由原鎮(zhèn)、村經(jīng)營(yíng)，沒(méi)有真正實(shí)現(xiàn)由水庫(kù)管理單位使用管理。②建造房屋居住。村民私自在水庫(kù)管理范圍內(nèi)建造房屋，并長(zhǎng)期居住，水庫(kù)管理單位沒(méi)有執(zhí)法權(quán)，發(fā)現(xiàn)后不能驅(qū)離人員、拆除違建設(shè)施，苦于無(wú)應(yīng)對(duì)措施，形成現(xiàn)狀。③被企業(yè)填土造地并建設(shè)廠區(qū)。水庫(kù)原有土地閑置后，疏于管理，被企業(yè)填土造地，并建設(shè)廠區(qū)，水庫(kù)管理單位難以收回土地。

1 建筑混凝土結(jié)構(gòu)溫度裂縫的形成機(jī)理

多數(shù)建筑混凝土結(jié)構(gòu)溫度裂縫是由混凝土溫度變形受到限制而形成的溫度應(yīng)力引起的[3]。這種限制分為外部限制與內(nèi)部限制兩個(gè)部分，外部限制所描述的是基巖或老舊混凝土對(duì)于新澆筑混凝土的限制，而內(nèi)部限制所描述的是因?yàn)榉蔷€性溫度場(chǎng)導(dǎo)致建筑外部混凝土與內(nèi)部混凝土變形差異化形成的混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部與外部之間的限制。當(dāng)建筑溫度應(yīng)力高于混凝土抗拉強(qiáng)度上限時(shí)，就有較大概率形成裂縫[4]。同時(shí)，建筑在進(jìn)行混凝土澆筑后會(huì)出現(xiàn)水分蒸發(fā)與相應(yīng)化學(xué)反應(yīng)，由此會(huì)導(dǎo)致建筑的體積出現(xiàn)收縮，造成收縮應(yīng)力產(chǎn)生。建筑在收縮應(yīng)力與溫度應(yīng)力的共同影響下，會(huì)出現(xiàn)混凝土溫度裂縫加劇擴(kuò)展現(xiàn)象。混凝土結(jié)構(gòu)溫度裂縫的形成原因主要包括外界環(huán)境溫度波動(dòng)、水泥的水化熱以及限制條件等[5]，其中外界環(huán)境溫度波動(dòng)是主要影響因素。

1.1 混凝土結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力場(chǎng)分析

建筑所使用混凝土的彈性模型、抗拉強(qiáng)度以及松弛模量等都與自身的齡期有關(guān)[6]?；诖耍诖_定建筑混凝土結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力場(chǎng)過(guò)程中需詳細(xì)分析混凝土的齡期。實(shí)際確定建筑混凝土結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力場(chǎng)的過(guò)程中，需對(duì)于建筑所使用混凝土的彈性模量、抗拉強(qiáng)度以及松弛模量等參數(shù)同混凝土齡期間的函數(shù)相關(guān)性進(jìn)行擬合。

利用公式（1）能夠確定建筑所用混凝土的彈性模量：

α——混凝土砂率；

式中：τ——混凝土的齡期；

E0——混凝土的最終彈性模量。

利用式（2）能夠確定建筑所用混凝土的抗拉強(qiáng)度：

一直沒(méi)遇見(jiàn)一見(jiàn)鐘情非追不可的女孩，?；ㄊ裁吹?，他也不敢追呵。家里覺(jué)得他到歲數(shù)了，該談了，他便經(jīng)人介紹認(rèn)識(shí)了現(xiàn)在的女友權(quán)箏。

式中：Rt——建筑所用混凝土的瞬時(shí)抗拉強(qiáng)度；

p和w——分別為單位體積建筑混凝土中添加劑內(nèi)水的摻入量與水的密度；

c和d——為研究過(guò)程中所使用的擬合系數(shù)；

含氧官能團(tuán)的測(cè)定參照《化學(xué)滴定法定量分析石墨烯表面含氧官能團(tuán)的含量》（Q/LMO3CGS001—2014），每個(gè)樣品進(jìn)行3次測(cè)量，取其平均值，誤差范圍均小于0.005 mmoL·g-1。

（3）在σ與σ0的比值處于0.85±0.1范圍時(shí)，建筑混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)的微裂縫處于亞臨界狀態(tài)，此時(shí)微裂縫處于不穩(wěn)定發(fā)展期階段。此時(shí)，建筑所使用粗骨料的界面裂縫在短時(shí)間內(nèi)快速擴(kuò)展，并逐漸貫通，由此形成宏觀裂縫。當(dāng)建筑所承受的荷載穩(wěn)定或微弱提升的條件下，建筑裂縫依舊不間斷擴(kuò)展，之前的穩(wěn)定狀態(tài)被打破。

式中，1(k+1)=(x0(1)-(z/a))e-ak+(z/a)(k=1,2,…,n)為時(shí)間響應(yīng)函數(shù)對(duì)應(yīng)的序列模型，其中x0(1)為非線性原始數(shù)據(jù)序列X0=(x0(1),x0(2),…,x0(k))的初值，a為發(fā)展灰數(shù)，z為內(nèi)生控制灰數(shù)[12]。

式中：φ(t)——與混凝土齡期相關(guān)的減函數(shù)（即老化特性）；

f(t-τ)——混凝土徐變績(jī)效性的績(jī)效函數(shù)。

利用式（4）能夠確定建筑所用混凝土的松弛模量：

式中：K(t,τ)——松弛系數(shù)。

通過(guò)ANSYS有限元軟件對(duì)建筑混凝土結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)進(jìn)行計(jì)算，將獲取的建筑節(jié)點(diǎn)溫度值定義為已知的體荷載引入到建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)，由此獲取此溫度場(chǎng)條件下的應(yīng)力場(chǎng)情況。

利用式（3）能夠確定建筑所用混凝土的徐變量：

1.2 混凝土結(jié)構(gòu)溫度裂縫形成與擴(kuò)展分析

建筑中所使用的混凝土可理解為一種具有脆性特征的材料，不管建筑混凝土結(jié)構(gòu)當(dāng)前處于受拉狀態(tài)或是處于受壓狀態(tài)，其破壞過(guò)程都較為快速[7]。實(shí)際上，建筑混凝土在受到外部荷載前，其內(nèi)部已經(jīng)產(chǎn)生并不顯著的微裂縫，微裂縫是全部建筑結(jié)構(gòu)普遍存在的，其產(chǎn)生在混凝土結(jié)構(gòu)中是十分正常的。但建筑混凝土結(jié)構(gòu)在受力條件下，這種普遍存在的微裂縫將會(huì)受到影響轉(zhuǎn)變?yōu)楹暧^裂縫。這一轉(zhuǎn)變過(guò)程是由于初始粘接裂縫開(kāi)始擴(kuò)展以及新的粘接裂縫開(kāi)始產(chǎn)生[8]，由此形成少量穿越砂漿的裂縫，該類型裂縫擴(kuò)展速度較快，形成局部穿越骨料的裂縫。不同類型裂縫在受到不同類別力影響的條件下，快速達(dá)到貫通狀態(tài)，產(chǎn)生較為顯著的建筑裂縫。以σ0和σ分別表示破壞強(qiáng)度與溫度應(yīng)力，由此可將上述建筑混凝土結(jié)構(gòu)溫度裂縫形成過(guò)程簡(jiǎn)化為微裂縫穩(wěn)定、微裂縫發(fā)展以及宏觀裂縫發(fā)展三個(gè)階段。

（1）在σ與σ0的比值處于0.35±0.05 范圍內(nèi)時(shí)，建筑混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)包含微裂縫，此時(shí)微裂縫處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)。此時(shí)，建筑混凝土結(jié)構(gòu)中所包含的部分微裂縫尖端會(huì)由于應(yīng)力匯聚而呈現(xiàn)一定發(fā)展趨勢(shì)，但對(duì)于建筑混凝土結(jié)構(gòu)的宏觀變形不會(huì)產(chǎn)生顯著影響。當(dāng)建筑混凝土結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期處于此荷載狀態(tài)或重復(fù)多次荷載時(shí)，微裂縫也不會(huì)產(chǎn)生明顯擴(kuò)大。

t——時(shí)間。

（2）在σ與σ0的比值處于0.575±0.175 范圍時(shí)，建筑混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)的微裂縫處于擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)，此時(shí)微裂縫處于穩(wěn)定發(fā)展期階段。此時(shí)，建筑混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的大部分裂縫將產(chǎn)生明顯增長(zhǎng)變形，但在混凝土結(jié)構(gòu)所承受的應(yīng)力固定不變時(shí)，微裂縫發(fā)展也會(huì)相應(yīng)終止，裂縫的形態(tài)大致穩(wěn)定。

SQL Server 2008作為2008年以來(lái)推出的重要產(chǎn)品版本，它具備了很多優(yōu)良的全新性能，在許多關(guān)鍵技術(shù)上也有了較大的改進(jìn)。所以，時(shí)至今日，SQL Server 2008仍算是當(dāng)前最為強(qiáng)大的、全面的SQL Server 產(chǎn)品版本。SQL Server 2008之所以會(huì)出現(xiàn)在微軟數(shù)據(jù)平臺(tái)的愿景版圖之中，其主要原因是它通過(guò)降低對(duì)用戶公司管理數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施、發(fā)送和觀察信息給用戶所帶來(lái)的成本消耗，滿足了用戶公司能夠以較為低廉的成本代價(jià)運(yùn)行他們最關(guān)鍵的應(yīng)用程序的需求。

2 建筑混凝土結(jié)構(gòu)溫度裂縫預(yù)防控制措施

針對(duì)建筑混凝土結(jié)構(gòu)溫度裂縫的形成，可從混凝土配比優(yōu)化與預(yù)埋冷卻循環(huán)水管兩個(gè)方面進(jìn)行預(yù)防控制。

2.1 混凝土配比優(yōu)化

合理的配合比設(shè)計(jì)對(duì)于建筑混凝土結(jié)構(gòu)溫度裂縫的預(yù)防控制有直接影響。在混凝土配比優(yōu)化過(guò)程中需嚴(yán)格根據(jù)國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)確定水泥、骨料與水等材料用量。利用式（5）能夠確定建筑用混凝土內(nèi)的水與水泥的用量，公式描述如下：

式中：k——單位面積中混凝土內(nèi)水；

枸杞子藥材中12種有機(jī)酸類成分含量測(cè)定與分析…………………………………………………… 李佳興等（24）：3344

A——單位面積混凝土水泥的使用量；

a——混凝土用水量回歸系數(shù)；

Vasu 1897: ?rī?a Chandra Vasu, The Aādhyāyi of Pāini, Benares: Sindhu Charan Bose at the Panini office.

Y——混凝土坍塌度；

B——混凝土內(nèi)粗骨料的粒徑上限；

習(xí)近平總書記指出：“對(duì)一切分裂祖國(guó)、破壞社會(huì)穩(wěn)定的行為都要依法打擊。”[注]習(xí)近平：《依法治藏富民興藏長(zhǎng)期建藏 加快西藏全面建成小康社會(huì)步伐》，《人民日?qǐng)?bào)》2015年8月26日，第1版。打擊試圖分裂國(guó)家、危害國(guó)家利益、踐踏民族尊嚴(yán)的行為，要有法可依，依法打擊。通過(guò)制定、不斷完善和嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)法律，震懾和打擊分裂分子、破壞分子。

加大力度對(duì)水質(zhì)進(jìn)行管理，通過(guò)換水、加水、機(jī)械增加氧等措施，能保證水質(zhì)，也能在很大程度上滿足具體的工作需求。營(yíng)養(yǎng)調(diào)控，保證養(yǎng)殖中的魚類自身免疫能力得以提升。對(duì)苗種、食場(chǎng)等進(jìn)行消毒，達(dá)到藥物的定期預(yù)防。也要將池魚盡早放入，保證其生長(zhǎng)期更合理，促使其抗病能力的提升。加強(qiáng)清潔管理工作和巡查工作，當(dāng)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的時(shí)候及時(shí)解決。加強(qiáng)有效的防汛、防旱工作等。

W——混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度；

通過(guò)體積法確定建筑用混凝土中粗骨料與細(xì)骨料的用量，公式描述如下：

式中：m和o——分別為單位體積建筑混凝土中粗骨料的摻入量與表觀密度；

n和q——分別為單位體積建筑混凝土中細(xì)骨料的摻入量與表觀密度；

溪蓀鳶尾播種在苗盤內(nèi)進(jìn)行，撒播或者條播均可，然后覆土2cm，經(jīng)常保持土壤濕潤(rùn)。溪蓀種子采收后立即進(jìn)行消毒及層積處理，種子在清水中浸泡，每隔12h換1次水，持續(xù)3d，然后用600倍多菌靈溶液浸泡6-8h，瀝干表面水分，放在用0.2%的KMnO4消毒過(guò)的細(xì)沙中混合拌勻，種子和沙的比例為1：3，混合后可裝入種子袋，然后在0-5℃下處理60d后撒播到苗盤中。溪蓀種子成熟后不能直接干藏，否則不出苗或者出苗率極低，采收后立即進(jìn)行消毒和層積處理出苗率可以達(dá)到85%，播種后覆蓋2cm左右的細(xì)土并進(jìn)行壓實(shí)，可以提高種子的發(fā)芽率和整齊度，實(shí)生苗2-3年開(kāi)花。

根據(jù)鱉的生物學(xué)特性和生活習(xí)性，對(duì)于山塘水庫(kù)養(yǎng)殖，要想取得好的經(jīng)濟(jì)效益，還是需要滿足一定的養(yǎng)殖環(huán)境條件。

ε——單位體積建筑混凝土中含氣量。

通過(guò)式（5）與式（6）能夠確定建筑用混凝土中不同材料的用量，由此獲取建筑用混凝土的科學(xué)配比，結(jié)果如表1所示。表1內(nèi)砂漿組成成分為水泥∶粉煤灰∶磚粉∶砂∶石∶水∶外加劑。

廣東省所強(qiáng)化監(jiān)督做標(biāo)準(zhǔn)，不斷將藥檢創(chuàng)新力轉(zhuǎn)化為監(jiān)管戰(zhàn)斗力。目前檢驗(yàn)檢測(cè)能力項(xiàng)1733項(xiàng)，已參與金銀花、銀杏葉等應(yīng)急檢驗(yàn)案件30多起，涉案檢驗(yàn)近200個(gè)品種，為行政監(jiān)管提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。

表1 建筑用混凝土配合比設(shè)計(jì)

2.2 預(yù)埋冷卻循環(huán)水管

以降低建筑混凝土內(nèi)外溫差為目的，可在建筑區(qū)域內(nèi)布置冷卻循環(huán)水管，圖1所示為預(yù)埋示意圖。

圖1 冷卻循環(huán)水管預(yù)埋示意圖

選取的冷卻水源可依照建筑施工標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行水溫控制，在建筑混凝土澆筑厚度較大的條件下，有較大概率產(chǎn)生深層的混凝土裂縫，所以在埋設(shè)冷卻循環(huán)水管過(guò)程中，需提前確定混凝土應(yīng)力δ，公式描述如下：

式中：a和v——分別為膨脹參數(shù)與泊松比。

在標(biāo)準(zhǔn)樁體下，施工澆筑溫升值上限持續(xù)變化，所以要考慮建筑工程實(shí)際情況，設(shè)置多個(gè)不同的絕熱溫升值上限。同時(shí)還要利用式（8）獲取澆筑溫差T：

式中：T0和Th——分別為建筑用混凝土入模溫度和當(dāng)前溫差。

基于建筑澆筑溫差能夠準(zhǔn)確確定混凝土冷卻水管的埋設(shè)區(qū)域，通過(guò)冷卻水管實(shí)現(xiàn)建筑使用區(qū)域降溫目的，由此充分降低建筑用混凝土裂縫產(chǎn)生概率，有效實(shí)現(xiàn)建筑裂縫預(yù)防與控制。

2.3 溫度裂縫預(yù)防控制措施實(shí)施實(shí)例分析

本文研究建筑混凝土結(jié)構(gòu)溫度裂縫形成機(jī)理及預(yù)防控制措施。為了驗(yàn)證本文提出的預(yù)防控制措施的應(yīng)用效果，選取某房屋建筑工程為研究對(duì)象進(jìn)行分析。該建筑工程中共包含7幢房屋，大致情況如表2所示。

針對(duì)不同樓宇，采用本文提出的措施進(jìn)行溫度裂縫預(yù)防控制，結(jié)果如表3所示。分析表3得到，采用本文提出的預(yù)防控制措施進(jìn)行預(yù)防控制前，研究對(duì)象的裂縫數(shù)量上限達(dá)到21條，裂縫長(zhǎng)度上限達(dá)到16.34cm。而采用本文提出的預(yù)防控制措施進(jìn)行預(yù)防控制后，研究對(duì)象的裂縫數(shù)量上限降低18 條，裂縫長(zhǎng)度上限降低14.98cm。由此說(shuō)明采用本文提出的預(yù)防控制措施能夠有效處理混凝土建筑工程中普遍存在的結(jié)構(gòu)裂縫問(wèn)題，保障建筑工程的質(zhì)量。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，本文研究了建筑混凝土結(jié)構(gòu)溫度裂縫的形成機(jī)理及預(yù)防控制措施。從溫度變化引起的溫度應(yīng)力場(chǎng)著手分析了建筑混凝土結(jié)構(gòu)溫度裂縫的形成機(jī)理；提出了采用建筑用混凝土配比優(yōu)化與預(yù)埋冷卻循環(huán)水管兩種方式預(yù)防控制建筑混凝土結(jié)構(gòu)的溫度裂縫；并在實(shí)例中應(yīng)用了本文提出的兩種預(yù)防控制措施，結(jié)果顯示建筑混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫數(shù)量與裂縫長(zhǎng)度得到了有效的降低，可供參考借鑒。