【摘要】在土木工程中，混凝土材料的性能和混凝土施工技术对土木工程的安全起着至关重要的作用，对土木工程的运营和维护也有很重要的影响。研究人员应加强新型混凝土材料的试验工作，研究新型混凝土材料的力学性能，进而提高土木工程的施工质量。从混凝土材料特性出发，分析土木工程中混凝土的工程问题以及防止此问题而采取的工程措施。
【关键词】混凝土技术；土木工程；工程措施
土木工程主要分为公路工程和建筑工程，截至2019年7月，我国公路总里程达484．65万公里，其中高速公路总里程达14．26万公里；2019年前三季度，我国房屋建筑施工面积总计为1234875．09万平方米。房屋是满足人民基本生活需求的建筑，公路是经济发展重要的生命线，可见土木工程的质量直接影响国家的经济发展和人民的生命财产安全。但是由于人员素质的参差不齐和质量监管制度的不健全，我国土木工程施工水平与世界先进水平差距较大。土木工程施工中，混凝土因价格低廉、性能突出、使用最广，一旦出现问题，影响也最大，必须要多加关注。
一、混凝土工程施工中存在的问题
随着我国土木工程建设步伐的加快，对混凝土的需求量也日益加大，但是从竣工验收情况来看，一些高指标的工程，比如高速公路和一级公路，普通混凝土的使用极易导致工程质量问题，影响通车安全，加大养护难度。在一些设计使用年限超过100年的建筑中，混凝土质量出现问题将会缩短建筑物的使用寿命，带来巨大的损失，这些问题都和混凝土的材料组成有关系。混凝土是一种混合材料，由水泥、水、沙子、石子等粗细骨料混合而成。由于混凝土不是单一材料，因此力学变异性很大，无法做到单一、均匀，材料力学的很多结论也无法适用。土木工程混凝土规范里的很多内容都是材料力学的内容，这些内容不能拿来直接用，因此做了很多实验来修正这些结论。但实际工程中的混凝土和试验中的混凝土不完全一样，这样就导致变异性更大，质量安全问题更加难以控制。混凝土的广泛应用主要容易存在四方面问题。
(一)抗拉能力不足
普通混凝土中石子起骨架作用，水泥、沙子和水形成水泥浆体包裹粗骨料并且填充骨料间的空隙。凝结硬化前，在一定的砂率条件下，水泥浆能起到润滑作用，使混凝土有一定的流动性，后期将骨料胶结在一起，形成强度。这些粗细骨料都是脆性材料，抗压能力比较好，但抗拉能力太差，差不多相当于抗压能力的十分之一，在外界拉力作用下就会导致构件开裂。
(二)延性不好
延性通常是指材料的结构、构件或构件的某个截面从屈服开始到达最大承载能力或到达以后而承载能力还没有明显下降期间的变形能力。无论是《混凝土结构设计规范》( GB50010 - 2010)《建筑抗震设计规范》( GB50011 - 2010) ,还是《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG3362-2018)《公路工程抗震规范》(JTG B02- 2013)等 ,都明确规定了混凝土结构必须设计和施工成具有良好.延性性能的结构。但是普通混凝土材料抗压强度比较高,是一种性价比很高的复合材料。从工程破坏案例和试验分析,混凝土的受压破坏是突然性的,没有任何预兆,这种破坏特点导致普通混凝土结构在灾害面前没有良好的耗能能力和最佳的避难时间，突然破坏没有钢筋那样明显的屈服阶段,受力不均，延性太差。
(三)收缩易变形
普通混凝土易热胀冷缩,而且极易收缩,收缩就容易导致变形。但是混凝土浇筑后是一个整体,收缩变形必然要受到内部混凝土的约束。在施工中普通混凝土的表面比内部水分蒸发得快,表面收缩就比较大,而内部的混凝土由于水分流失比较慢,内部损失就比表面慢得多,所以内部混凝土收缩变形比较小,表面混凝土收缩大。无论表面混凝土还是内部混凝土，浇筑后都是一-个紧密联系的整体,表面混凝土收缩快、内部混凝土收缩慢这种变形不协调,表面混凝土拉扯着内部混凝土产生一个比较大的拉力,而混凝土的抗拉性能又非常差，这种不均匀收缩产生的拉应力超过了混凝土本身的抗拉强度就会产生很难修复的裂缝，进而影响整个结构的安全。
(四)耐久性差
普通混凝土的耐久性能差主要体现在一是抗冻性差。抗冻性指材料在含水状态下能经受多次冻融循环作用而不破坏,强度也不显著降低的性质。抗冻性好指以规定的吸水饱和试件,在标准试验条件下,经一定次数的冻融循环后.强度降低不超过规定数值,也无明显损坏和剥落。冻融循环次数越多,抗冻等级越高,抗冻性越好。普通混凝土的抗冻性非常差,在气温较低时,混凝土膨胀力加大,膨胀应力超过抗拉强度就会开裂,强度就会进一步降低。二是抗腐蚀性差。抗腐蚀性指混凝土中的某些成分与外部环境中腐蚀性介质(如酸碱盐等)发生化学反应生成新的化学物质而引起混凝土结构的破坏,常见的化学腐蚀有硫酸盐腐蚀、碱-骨料反应、碳化现象、氯离子侵蚀等。混凝土施工质量比较差或者混.凝土保护厚度不足,都会导致空气中的潮湿成分进人混凝土内部,使混凝土表面碳化。与此同时,氯离子和钢筋发生反应,使钢筋锈蚀,钢筋锈蚀的膨胀过程导致钢筋与混凝土的握裹力减小，影响混凝土结构的安全。承载能力下降，会导致裂缝开展更大,而裂缝开展大,耐久性就更差。
二、混凝土技术在土木工程施工中的应用
(一)新型混凝土在土木工程施工中的应用
普通混凝土的劣势很明显,所以新型混凝土得到了广泛应用，比如智能混凝土、高性能混凝土、纤维混凝土等。其中,智能混凝土是一种新型混凝土1[2] ,混凝土结构中掺入- -些外加剂,可以有效改善混凝土的结构性能，加入的碳纤维、钢纤维和光纤可以有效提高混凝土的抗裂性能,增大混凝土结构的延性,减轻路面的开裂。
在普通混凝土中添加减水剂、早强剂等外加剂,能改善混凝土的很多力学性能,提高混凝土的各项使用性能。同样添加--些智能型的物质也可以提高混凝土的使用性能,比如添加碳纤维。碳纤维具有良好的导电性和延性,水泥基中含有碳纤维能大幅度提升材料的弹塑性,进而改变材料的物理性能。碳纤维还有一个非常明显的优势,就是抗拉强度极高,而普通混凝土的抗拉能力很弱,在普通混凝土的受拉区配置碳纤维,可以明显增强混凝土的抗裂性能,减缓或减轻混凝土受拉区的开裂。无论是在房屋建筑中,还是在道路桥梁工程施工中,都能大幅度改善混凝土的力学性能,提高混凝土构件的安全性和经济性。
在桥梁和房屋建筑施工中,智能混凝土改变了混凝土的力学缺点。智能混凝土可以提高结构构件的刚度和抗裂性能,减轻建筑物的重量,达到轻质高强的目的,减少工程造价,增加经济效益。光纤传感混凝土指将纤维传感器植人混凝土结构,光纤维唯一的缺点是价格较昂贵,但具有传输速度快稳定的特点。光纤传感器可以应用在高电压和强电磁干扰的场所,可以实时监测混凝土内部构件的应力应变，评估混凝土构件内部的损伤状况，根据混凝土内部的损伤状况来评估整个结构的安全状态，并根据损伤情况制订加固措施。光纤维传感器应用在很多特大型桥梁的实时监测系统中，保障了整个桥梁的安全运营。
高强混凝土一般指混凝土强度等级为C60及以上的混凝土。它是将细骨料和外加剂等混合料按常规工艺生产而获得的强度很高的混凝土。高强混凝土作为一种新的建筑材料，具有抗压和抗拉强度高、变形能力强、密度大、孔隙率低等优点。高强度性能混凝土的强度在60一100Mpa之间，如果是超高强高性能混凝土，强度会高于100Mpa。从结构设计的角度来看，高强和超高强混凝土可以减小混凝土构件的尺寸，与此同时结构的自重也能降低。因自重对地基产生的压应力降低，可以节省材料，降低工程造价。高强度混凝土的孔隙率比较低，外面潮湿的空气和氯离子等很难进入混凝土内部，比普通混凝土的耐久性强很多。正是由于高强混凝土的这些优点，使高强混凝土在特大型桥梁、高等级混凝土道路路面、高层建筑结构及核反应壳等某些特种结构中得到广泛应用。
添加纳米材料的混凝土也是一种新型混凝土，纳米粒子也叫超微颗粒，一般指尺寸在1～100砌间的粒子，具有表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。当人们将宏观物体细分成超微颗粒(纳米级)后，它将显示出许多奇异的特性，即光学、热学、电学、磁学、力学以及化学方面的性质与大块固体时相比会有显著的不同，利用纳米技术开发新型的混凝土可大幅度提高混凝土的强度、施工性能和耐久性能。在普通混凝土中，添加纳米si02、纳米CaC03、纳米硅粉等不仅可以填充水泥的空隙，增大混凝土的粘聚性，还可以提高混凝土的流动性，更重要的是可以改善混凝土中水泥石与骨料的界面结构，使混凝土的强度、抗渗性与耐久性得以提高。
(二)采取工程措施解决混凝土的裂缝问题
处理混凝土裂缝有很多工程措施，既可以在混凝土中加入一些活性材料来降低混凝土裂缝的发展，也可以对混凝土进行分段施工来降低温度和收缩裂缝，还可以在大体积混凝土中加冷水管减轻水化热反应。对已形成较浅裂缝的区域可以采用表面处理法，在裂缝表层涂上树脂；对较大裂缝的可以使用填补法，用修补材料填充混凝土的裂缝，造价成本都比较低。如因外荷载原因导致的断裂，可以进行鉴定后制订专门的加固方案，采取相应的加固措施，出现裂缝必须马上处理，否则会影响结构的耐久性，导致裂缝发展更快，危及整个结构的安全。
(三)混凝土技术在土木工程施工中的温度要求
在土木工程施工中，混凝土的环境温度对其凝结硬化形成强度起着决定性的作用，因此要注意控制混凝土的养护温度。夏天温度比较高，可以在搅拌前用水冷却粗骨料，降低浇筑时候的温度，还要注意散热；冬天时可以采取多种措施来保持混凝土人模温度和使水泥水化热产生的温度在一段时间内不降低或缓慢降低。对北方严寒地区和其他一些高海拔地区，冬季比较漫长，一些重点工程要进行冬季施工，必须采取保温措施，控制好混凝土的养护温度。
三、结语
混凝土在土木工程建设中起着至关重要的作用，尽管普通混凝土有很多缺点，但是在低等级土木工程建设中应用仍然十分广泛。在高等级的道路、桥梁建设中，新型混凝土材料被大量使用，在设计年限超过50年的建筑中也大量使用高性能混凝土。尽管混凝土在土木工程建设中仍存在一些欠缺，但随着相关研究的深入、更新型混凝土材料的诞生以及设计和施工人员专业技术水平的不断提高，以上工程问题将逐步得到解决，我国土木工程建设将会迈上新台阶。
略谈混凝土技术在土木工程中的常见问题解析来自哈尔滨职业技术学院学报，参考文献详见哈尔滨职业技术学院学报。
