建筑混凝土结构温度裂缝形成机理及预防控制措施研究

林 航

（福建天成力达建设工程有限公司，福建 福州 350100）

0 引言

建筑混凝土结构温度裂缝是建筑工程设计与施工过程中重点关注的问题。相关研究文献结果显示，建筑混凝土结构裂缝的形成原因有很多，但温度因素是形成建筑混凝土结构裂缝的主要因素之一[1]。混凝土结构裂缝的产生将引起建筑渗水，导致建筑结构寿命缩短等问题[2]，也是影响建筑工程质量的主要因素。因此，对建筑混凝土结构裂缝问题需给予更多的重视，研究形成机理及预防控制措施十分必要。文本仅研究建筑混凝土结构温度裂缝形成机理及预防控制措施，并通过实例验证措施的有效性。

水库长年较低水位运行，原本在水面线以下的土地常年暴露在外，土地被村民或企业侵占从事其他活动。①从事农业耕种。通过多年的耕种，村民把土地据为己有，土地耕种仍由原镇、村经营，没有真正实现由水库管理单位使用管理。②建造房屋居住。村民私自在水库管理范围内建造房屋，并长期居住，水库管理单位没有执法权，发现后不能驱离人员、拆除违建设施，苦于无应对措施，形成现状。③被企业填土造地并建设厂区。水库原有土地闲置后，疏于管理，被企业填土造地，并建设厂区，水库管理单位难以收回土地。

1 建筑混凝土结构温度裂缝的形成机理

多数建筑混凝土结构温度裂缝是由混凝土温度变形受到限制而形成的温度应力引起的[3]。这种限制分为外部限制与内部限制两个部分，外部限制所描述的是基岩或老旧混凝土对于新浇筑混凝土的限制，而内部限制所描述的是因为非线性温度场导致建筑外部混凝土与内部混凝土变形差异化形成的混凝土结构内部与外部之间的限制。当建筑温度应力高于混凝土抗拉强度上限时，就有较大概率形成裂缝[4]。同时，建筑在进行混凝土浇筑后会出现水分蒸发与相应化学反应，由此会导致建筑的体积出现收缩，造成收缩应力产生。建筑在收缩应力与温度应力的共同影响下，会出现混凝土温度裂缝加剧扩展现象。混凝土结构温度裂缝的形成原因主要包括外界环境温度波动、水泥的水化热以及限制条件等[5]，其中外界环境温度波动是主要影响因素。

1.1 混凝土结构温度应力场分析

建筑所使用混凝土的弹性模型、抗拉强度以及松弛模量等都与自身的龄期有关[6]。基于此，在确定建筑混凝土结构温度应力场过程中需详细分析混凝土的龄期。实际确定建筑混凝土结构温度应力场的过程中，需对于建筑所使用混凝土的弹性模量、抗拉强度以及松弛模量等参数同混凝土龄期间的函数相关性进行拟合。

利用公式（1）能够确定建筑所用混凝土的弹性模量：

α——混凝土砂率；

式中：τ——混凝土的龄期；

E0——混凝土的最终弹性模量。

利用式（2）能够确定建筑所用混凝土的抗拉强度：

一直没遇见一见钟情非追不可的女孩，校花什么的，他也不敢追呵。家里觉得他到岁数了，该谈了，他便经人介绍认识了现在的女友权筝。

式中：Rt——建筑所用混凝土的瞬时抗拉强度；

p和w——分别为单位体积建筑混凝土中添加剂内水的掺入量与水的密度；

c和d——为研究过程中所使用的拟合系数；

含氧官能团的测定参照《化学滴定法定量分析石墨烯表面含氧官能团的含量》（Q/LMO3CGS001—2014），每个样品进行3次测量，取其平均值，误差范围均小于0.005 mmoL·g-1。

（3）在σ与σ0的比值处于0.85±0.1范围时，建筑混凝土结构内的微裂缝处于亚临界状态，此时微裂缝处于不稳定发展期阶段。此时，建筑所使用粗骨料的界面裂缝在短时间内快速扩展，并逐渐贯通，由此形成宏观裂缝。当建筑所承受的荷载稳定或微弱提升的条件下，建筑裂缝依旧不间断扩展，之前的稳定状态被打破。

式中，1(k+1)=(x0(1)-(z/a))e-ak+(z/a)(k=1,2,…,n)为时间响应函数对应的序列模型，其中x0(1)为非线性原始数据序列X0=(x0(1),x0(2),…,x0(k))的初值，a为发展灰数，z为内生控制灰数[12]。

式中：φ(t)——与混凝土龄期相关的减函数（即老化特性）；

f(t-τ)——混凝土徐变绩效性的绩效函数。

利用式（4）能够确定建筑所用混凝土的松弛模量：

式中：K(t,τ)——松弛系数。

通过ANSYS有限元软件对建筑混凝土结构温度场进行计算，将获取的建筑节点温度值定义为已知的体荷载引入到建筑结构内，由此获取此温度场条件下的应力场情况。

利用式（3）能够确定建筑所用混凝土的徐变量：

1.2 混凝土结构温度裂缝形成与扩展分析

建筑中所使用的混凝土可理解为一种具有脆性特征的材料，不管建筑混凝土结构当前处于受拉状态或是处于受压状态，其破坏过程都较为快速[7]。实际上，建筑混凝土在受到外部荷载前，其内部已经产生并不显著的微裂缝，微裂缝是全部建筑结构普遍存在的，其产生在混凝土结构中是十分正常的。但建筑混凝土结构在受力条件下，这种普遍存在的微裂缝将会受到影响转变为宏观裂缝。这一转变过程是由于初始粘接裂缝开始扩展以及新的粘接裂缝开始产生[8]，由此形成少量穿越砂浆的裂缝，该类型裂缝扩展速度较快，形成局部穿越骨料的裂缝。不同类型裂缝在受到不同类别力影响的条件下，快速达到贯通状态，产生较为显著的建筑裂缝。以σ0和σ分别表示破坏强度与温度应力，由此可将上述建筑混凝土结构温度裂缝形成过程简化为微裂缝稳定、微裂缝发展以及宏观裂缝发展三个阶段。

（1）在σ与σ0的比值处于0.35±0.05 范围内时，建筑混凝土结构内包含微裂缝，此时微裂缝处于相对稳定状态。此时，建筑混凝土结构中所包含的部分微裂缝尖端会由于应力汇聚而呈现一定发展趋势，但对于建筑混凝土结构的宏观变形不会产生显著影响。当建筑混凝土结构长期处于此荷载状态或重复多次荷载时，微裂缝也不会产生明显扩大。

t——时间。

（2）在σ与σ0的比值处于0.575±0.175 范围时，建筑混凝土结构内的微裂缝处于扩展状态，此时微裂缝处于稳定发展期阶段。此时，建筑混凝土结构内部的大部分裂缝将产生明显增长变形，但在混凝土结构所承受的应力固定不变时，微裂缝发展也会相应终止，裂缝的形态大致稳定。

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2 建筑混凝土结构温度裂缝预防控制措施

针对建筑混凝土结构温度裂缝的形成，可从混凝土配比优化与预埋冷却循环水管两个方面进行预防控制。

2.1 混凝土配比优化

合理的配合比设计对于建筑混凝土结构温度裂缝的预防控制有直接影响。在混凝土配比优化过程中需严格根据国家相关标准确定水泥、骨料与水等材料用量。利用式（5）能够确定建筑用混凝土内的水与水泥的用量，公式描述如下：

式中：k——单位面积中混凝土内水；

枸杞子药材中12种有机酸类成分含量测定与分析…………………………………………………… 李佳兴等（24）：3344

A——单位面积混凝土水泥的使用量；

a——混凝土用水量回归系数；

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

Y——混凝土坍塌度；

B——混凝土内粗骨料的粒径上限；

习近平总书记指出：“对一切分裂祖国、破坏社会稳定的行为都要依法打击。”[注]习近平：《依法治藏富民兴藏长期建藏 加快西藏全面建成小康社会步伐》，《人民日报》2015年8月26日，第1版。打击试图分裂国家、危害国家利益、践踏民族尊严的行为，要有法可依，依法打击。通过制定、不断完善和严格执行相关法律，震慑和打击分裂分子、破坏分子。

加大力度对水质进行管理，通过换水、加水、机械增加氧等措施，能保证水质，也能在很大程度上满足具体的工作需求。营养调控，保证养殖中的鱼类自身免疫能力得以提升。对苗种、食场等进行消毒，达到药物的定期预防。也要将池鱼尽早放入，保证其生长期更合理，促使其抗病能力的提升。加强清洁管理工作和巡查工作，当发现问题的时候及时解决。加强有效的防汛、防旱工作等。

W——混凝土设计强度；

通过体积法确定建筑用混凝土中粗骨料与细骨料的用量，公式描述如下：

式中：m和o——分别为单位体积建筑混凝土中粗骨料的掺入量与表观密度；

n和q——分别为单位体积建筑混凝土中细骨料的掺入量与表观密度；

溪荪鸢尾播种在苗盘内进行，撒播或者条播均可，然后覆土2cm，经常保持土壤湿润。溪荪种子采收后立即进行消毒及层积处理，种子在清水中浸泡，每隔12h换1次水，持续3d，然后用600倍多菌灵溶液浸泡6-8h，沥干表面水分，放在用0.2%的KMnO4消毒过的细沙中混合拌匀，种子和沙的比例为1：3，混合后可装入种子袋，然后在0-5℃下处理60d后撒播到苗盘中。溪荪种子成熟后不能直接干藏，否则不出苗或者出苗率极低，采收后立即进行消毒和层积处理出苗率可以达到85%，播种后覆盖2cm左右的细土并进行压实，可以提高种子的发芽率和整齐度，实生苗2-3年开花。

根据鳖的生物学特性和生活习性，对于山塘水库养殖，要想取得好的经济效益，还是需要满足一定的养殖环境条件。

ε——单位体积建筑混凝土中含气量。

通过式（5）与式（6）能够确定建筑用混凝土中不同材料的用量，由此获取建筑用混凝土的科学配比，结果如表1所示。表1内砂浆组成成分为水泥∶粉煤灰∶砖粉∶砂∶石∶水∶外加剂。

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表1 建筑用混凝土配合比设计

2.2 预埋冷却循环水管

以降低建筑混凝土内外温差为目的，可在建筑区域内布置冷却循环水管，图1所示为预埋示意图。

图1 冷却循环水管预埋示意图

选取的冷却水源可依照建筑施工标准进行水温控制，在建筑混凝土浇筑厚度较大的条件下，有较大概率产生深层的混凝土裂缝，所以在埋设冷却循环水管过程中，需提前确定混凝土应力δ，公式描述如下：

式中：a和v——分别为膨胀参数与泊松比。

在标准桩体下，施工浇筑温升值上限持续变化，所以要考虑建筑工程实际情况，设置多个不同的绝热温升值上限。同时还要利用式（8）获取浇筑温差T：

式中：T0和Th——分别为建筑用混凝土入模温度和当前温差。

基于建筑浇筑温差能够准确确定混凝土冷却水管的埋设区域，通过冷却水管实现建筑使用区域降温目的，由此充分降低建筑用混凝土裂缝产生概率，有效实现建筑裂缝预防与控制。

2.3 温度裂缝预防控制措施实施实例分析

本文研究建筑混凝土结构温度裂缝形成机理及预防控制措施。为了验证本文提出的预防控制措施的应用效果，选取某房屋建筑工程为研究对象进行分析。该建筑工程中共包含7幢房屋，大致情况如表2所示。

针对不同楼宇，采用本文提出的措施进行温度裂缝预防控制，结果如表3所示。分析表3得到，采用本文提出的预防控制措施进行预防控制前，研究对象的裂缝数量上限达到21条，裂缝长度上限达到16.34cm。而采用本文提出的预防控制措施进行预防控制后，研究对象的裂缝数量上限降低18 条，裂缝长度上限降低14.98cm。由此说明采用本文提出的预防控制措施能够有效处理混凝土建筑工程中普遍存在的结构裂缝问题，保障建筑工程的质量。

3 结束语

综上所述，本文研究了建筑混凝土结构温度裂缝的形成机理及预防控制措施。从温度变化引起的温度应力场着手分析了建筑混凝土结构温度裂缝的形成机理；提出了采用建筑用混凝土配比优化与预埋冷却循环水管两种方式预防控制建筑混凝土结构的温度裂缝；并在实例中应用了本文提出的两种预防控制措施，结果显示建筑混凝土结构的裂缝数量与裂缝长度得到了有效的降低，可供参考借鉴。