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(duì)混凝土硬化、強(qiáng)度及裂縫發(fā)展影響深遠(yuǎn)。因此，對(duì)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(zhǎng)期穩(wěn)定。本次研究采用了仿真模型和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)相結(jié)合的方法，對(duì)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(xiàng)目提供理論支持以及實(shí)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(duì)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(qiáng)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(huì)變得緩慢，有時(shí)甚至?xí)鼋Y(jié)，導(dǎo)致混凝土不能達(dá)到預(yù)期的強(qiáng)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(qiáng)度、耐久性及施工性能等。水泥強(qiáng)度等作者簡(jiǎn)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(jí)、細(xì)度以及凝結(jié)時(shí)間都需要達(dá)到設(shè)計(jì)要求，才能保證硬化后混凝土得到穩(wěn)定的強(qiáng)度發(fā)展。骨料粒徑、級(jí)配和含泥量等都會(huì)影響混凝土和易性和抗壓強(qiáng)度，如雜質(zhì)過多會(huì)弱化混凝土粘結(jié)性。外加劑對(duì)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(huì)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(qiáng)度、骨料粒徑及級(jí)配、外加劑選用及摻量等都會(huì)對(duì)混凝土和易性、強(qiáng)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(shí)不均等現(xiàn)象，從而影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性。最后，環(huán)境因素亦是一個(gè)不可忽視的因素，溫度過高或過低均會(huì)使水泥水化不夠充分，從而影響混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)。濕度太低會(huì)使混凝土表面提前十裂，濕度太高則會(huì)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(duì)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(jì)要求。水泥強(qiáng)度等級(jí)及凝結(jié)時(shí)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(shí)際需求而定，以免因超量應(yīng)用而引起不良反應(yīng)。同時(shí)，要對(duì)混凝土攪拌、輸送及澆筑等工序進(jìn)行準(zhǔn)確把控，攪拌機(jī)工作效率和均勻性對(duì)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(zhǎng)期處于高溫或者強(qiáng)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(chǎng)，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(shí)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(shí)，需重點(diǎn)考慮4個(gè)指標(biāo)，即溫度場(chǎng)、濕度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)和裂縫的發(fā)展。溫度場(chǎng)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(chǎng)考慮了水泥水化時(shí)水的運(yùn)移，從而影響了混凝土水化進(jìn)程與強(qiáng)度發(fā)展；應(yīng)力場(chǎng)體現(xiàn)了混凝土受力時(shí)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(gè)關(guān)鍵參數(shù)將影響模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。

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

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

(2)濕度場(chǎng)參數(shù)。濕度場(chǎng)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(kuò)散項(xiàng)。

（3)應(yīng)力場(chǎng)參數(shù)。應(yīng)力場(chǎng)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(qiáng)度因子，E為混凝土的彈性模量。

4.3施工階段劃分

為了對(duì)混凝土施工過程中的各個(gè)技術(shù)環(huán)節(jié)進(jìn)行科學(xué)分析，本研究將整個(gè)施工過程分為四個(gè)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(qiáng)度

發(fā)展及裂縫檢測(cè)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(shì)。隨著時(shí)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(shí)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(shí)之后更為突出，這可能會(huì)導(dǎo)致混凝土表面出現(xiàn)干縮裂紋；隨著時(shí)間的增加，應(yīng)力逐漸上升，并在48小時(shí)后趨近于混凝土的抗拉極限，導(dǎo)致裂縫寬度逐漸擴(kuò)大，最終裂縫在72小時(shí)內(nèi)達(dá)到 0.18mm 。

仿真研究表明，溫度和濕度的改變會(huì)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(duì)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(chǎng)參數(shù)和濕度場(chǎng)參數(shù)

對(duì)溫度場(chǎng)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(xiǎn)。施工時(shí)，溫度監(jiān)控要覆蓋澆筑的全部范圍，同時(shí)要結(jié)合環(huán)境溫度的變化及時(shí)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(qiáng)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(shí)度及抗?jié)B性。而且，過高的濕度會(huì)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(chǎng)參數(shù)

混凝土硬化后，受溫度變化和濕度波動(dòng)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(chǎng)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(cè)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。混凝土硬化初期，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(huì)隨時(shí)間導(dǎo)致裂縫發(fā)展。裂縫的產(chǎn)生不僅會(huì)對(duì)混凝土外觀造成影響，而且會(huì)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(shí)施效果

6.1現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與修復(fù)效果的關(guān)系

現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)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(shí)間的增加，在修復(fù)后30天時(shí)，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(shí)，表明裂縫修復(fù)效果顯著，從而驗(yàn)證了修復(fù)措施對(duì)裂縫有較好的控制效果。

6.2實(shí)施效果評(píng)價(jià)

由現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)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(shí)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(shí)間推移越來越顯著，裂縫寬度呈遞減趨勢(shì)，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(shí)，也提高了混凝土耐久性及抗裂性，有利于混凝土長(zhǎng)期穩(wěn)定。

7結(jié)論

本研究利用現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)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(píng)價(jià)。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(bǔ)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(duì)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(zhǎng)期性能的改善，并為實(shí)際工程修復(fù)措施的制定提供了強(qiáng)有力的理論支持以及實(shí)踐依據(jù)。

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