测温与控温在大体积混凝土构件施工中的应用
时间：2022-04-20 06:58:46
【摘要】大体积混凝土是指混凝土结构物实体最小尺寸不小于1米的大体积混凝土，或预计会因混凝土中胶凝材料水化引起的温度变化和收缩而导致有害裂缝产生的混凝土。本文主要对测温和控温在大体积混凝土构件施工中的应用进行深入探讨，旨在更加熟练的掌握大体积混凝土构件的温度变化，从而更好运用于实践。
【关键词】测温；控温；大体积混凝土；构件施工
1.前言
大体积混凝土构件的水泥水化过程会产生大量水化热，混凝土属于热的不良导体，大量水化热导致构件内部温度急剧上升，混凝土表面温度与大气相近。在混凝土内部和表面之间产生较大温度差。在混凝土内部和表面就会产生较大的温差应力，导致混凝土构件出现裂缝。影响构件的安全使用和耐久性。为了防止大体积混凝土产生裂缝，大体积混凝土构件施工浇筑前必须对其进行温控方案设计和混凝土浇筑过程对构件内外温度场进行监测，及时掌握构件各部位的温度和温差情况[1]。
2.工程概况
马新大桥主桥为斜独塔单索面混合梁斜拉桥，主跨220米， 主塔共有16根φ2.5m钻孔灌注桩基础，承台为矩形承台，尺寸为24.65m（长）×20.5m（宽） ×5m（厚），属大体积混凝土构件。设计混凝土等级为C50，浇筑方量为2526.62m3。为了防止承台产生温度裂缝，浇筑前，进行了温控方案设计，施工过程中对温度场和温度应力进行监控，确保承台的施工质量。
3.温控方案设计
3.1配合比设计
？ 在保证承台混凝土强度的前提下，通过优化混凝土配合比设计，降低单方混凝土水泥用量，同时选择低水化热的大坝混凝土用低水化热水泥。如：矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、降低承台构件在浇筑过程中的水化热，降低混凝土内部和表面温度差。本工程最终选择的混凝土配合比如表1所示[2]。
表1混凝土施工配合比
水泥
（kg/m3）
水
（kg/m3）
砂
（kg/m3）
石
（kg/m3）
外加剂1
（kg/m3）
掺和料1
（kg/m3）
聚丙烯纤维（kg/m3）
311
155
715
1029
6.17
146
0.91
3.2分层方案
？？为防止产生较大的温差应力，构件施工方案计划分2层浇筑，第一层厚度为3m（砼量1515.97 m3），第二层厚度为2m（砼量1010.65 m3），承台下部设0.5m厚的封底混凝土（设计等级为C20），承台施工采用双排钢板桩围堰施工。通过分块分层浇筑，减小混凝土一次浇筑体积，减少混凝土水化过程的温度和内外温差，减小温差应力，同时两层的浇筑间歇为7～10天，下层混凝土达到80%的强度方后浇筑上层混凝土，防止混凝土水化热的相互叠加。
3.3 冷却水管设置
为防止构件在施工过程中的温差超出预期的温度水平，从而导致构件可能产生不良的后果。除了对原材料水化热控制外，在构件内部预先布置适量的分区域的各自独立的冷却水管网，在浇筑过程中，通过现场混凝土内部、混凝土表面和环境温度的监测，及时掌握浇筑过程混凝土的各部位的温度情况，调节和控制冷却水管的循环水量，降低混凝土内部和表面温度差。图1为冷却水管布置情况.
图1 主塔承台水冷管立面布置图
3.4施工现场要求
按照施工要求，主塔承台分二次浇筑，预先在仓里布设好冷却水管和测温元件，在混凝土浇筑之前组织人员检查落实温度监测和冷却系统的运行状态，确保其运转正常。浇筑混凝土由商品混凝土公司提供，采用泵管泵送，插入式振捣器振捣。混凝土按一定厚度（约30cm）、顺序分层浇筑[4]。
3.5温度监测
根据结构的对称性和温度变化的一般规律，在中心线对称的一侧布设测点，以一侧的数据来指导另一侧施工。共在承台混凝土中采用测温原件布置50个温度测点，测点布置在1/4范围并沿水平方向布置。在检测混凝土温度变化的同时，还应监测气温、冷却水管进出口水温、混凝土浇筑温度等[3]。
2.5.1流程
在混凝土浇筑前完成传感器的选购及铺设工作，并将屏蔽信号线连接到测试棚，各项测试工作在混凝土浇筑后立即进行，连续不断。温控监测流程见图3，温控实施流程图。
图2 温控实施流程图
2.5.2准备工作
具体包括仪器设备和元件埋设。此次温控监测采用济南环宇通科技有限公司研制的大体积砼温度智能监测监控（一线通）系统，具体仪器主要是温度传感器和温度检测仪两种；根据结构的对称性和温度变化的一般规律，在主塔承台共布设五层，测温点总共50个。
4. 温度监测成果及分析
4.1主塔承台检测
4.1.2第一层结果
主塔承台第一层浇筑混凝土内部最高温度及最大内表温差表 表2
测点
区域
区域最高温度（℃）
最高温度出现时间（h）
区域最高断面平均温度（℃）
最高断面温度出现时间（h）
区域最大内表温差（℃）
入仓温度
（℃）
第一层测点
68.5
48
65.1
56
12.6
30.1
第二层测点
81.8
60
76.4
60
17.7
28.7
第三层测点
82.5
64
71.0
66
17.3
29.6
注：最高温度出现时间从各次浇筑开盘时间算起。
从测温结果来看，主塔承台第一层浇筑入模温度为28.5～30.3℃，各层混凝土内部最高温度为68.5～82.5℃，最大水化热升温为52.2℃，各层最大内表温差为17.3～23.3℃；
4.1.2第二层结果
主塔承台第二层浇筑混凝土内部最高温度及最大内表温差表
表3
测点
区域
区域最高温度（℃）
最高温度出现时间（h）
区域最高断面平均温度（℃）
最高断面温度出现时间（h）
区域最大内表温差（℃）
入仓温度
（℃）
第四层测点
76.6
48
74.2
50.0
19.1
28.0
第五层测点
74.2
52
67.8
54.0
12.4
29.8
注：最高温度出现时间从各次浇筑开盘时间算起。
从测温结果来看，主塔承台第二层浇筑入模温度为28.0～29.8℃，各层测点混凝土内部最高温度为74.2～76.6℃，最大水化热升温为46.8℃，各层测点最大内表温差为12.8～25.8℃；
4.2浇筑混凝土温控测试
4.2.1第一层结果
温控结果显示，承台第一层浇筑的混凝土，第一层、第二层、第三层测点区域断面平均温度随时间的变化规律基本一致。进水温度由于水泥水化产生大量的热烈使得温度持续升高，入模温度较高，水化反应快，在44～70小时左右达到峰值。冷却水管通水冷却时间在浇筑开始后20小时，通水开始时，进水温度为27.5℃，出水温度为29.5℃，在冷却水的作用下混凝土内部温度上升变缓，混凝土内部温度达到峰值后，持续4～8小时温度开始下降；在200h左右曲线呈平缓下降趋向水平，表明该时间段混凝土降温平缓，达到稳定状态。平稳的降温既有利于混凝土的正常发展，又有利于控制温差和降温速率对混凝土产生变形应力。
温控结果显示，内表温差与时间的关系，内表温差随之时间的推移增长较快，在冷却水管和混凝土内部水化反应减缓的作用下内表温差缓慢下降。昼夜温度的变化对内表温差也有一定影响，一般来说，白天内表温差小于晚上内表温差。由此可见表面的保温措施对控制昼夜内表温度差的浮动是很重要的[5]。
4.2.2第二层结果
温控结果显示，承台混凝土第二层浇筑的第四层、第五层测点区域断面平均温度随时间的变化规律基本一致。具体为升温段，由于水泥水化产生大量的热烈使得温度持续升高，由于入模温度较高，冷却水流量较小，水化反应快，在48～58小时左右达到峰值。冷却水管通水冷却在混凝土浇筑后32小时开始，通水开始时，进水温度为30.5℃，出水温度为39.5℃，在冷却水的作用下混凝土内部温度上升变缓，混凝土内部温度达到峰值后，持续4～8小时温度开始下降；强制降温段，在冷却水的持续作用下，混凝土温度快速下降，这段时间混凝土降温速率为3～4℃/d，混凝土内部温度下降至趋于平缓时停止通冷却水，停止通水时间在混凝土浇筑后180小时，此时进水温度为33.7℃，出水温度为36.9 ℃，混凝土内表温差为12.9℃；在冷却水的持续作用下，混凝土温度快速下降，这段时间混凝土降温速率为3～4℃/d；自然降温阶段，在混凝土浇筑200h左右曲线呈平缓下降趋向水平，表明该时间段混凝土降温平缓，达到稳定状态。平稳的降温既有利于混凝土的正常发展，又有利于控制温差和降温速率对混凝土产生变形应力。
测试结果显示，内表温差随之时间的推移增长较快，在混凝土浇筑后72～100h左右达到最大值；然后在冷却水管对混凝土内部的降温作用下内表温差缓慢的下降。昼夜温度的变化对内表温差也有一定影响，一般来说，白天内表温差小于晚上内表温差，从图中曲线的波浪线能看出这一点，夜晚表面温度下降较快，内表温差增大，白天温度反弹，内表温差降低。由此可见表面的保温措施对控制昼夜内表温度差的浮动是很重要的。
5.小结
大体积砼在施工期间，一方面由于水泥水化热引起砼的前期温度升高，产生各种温差；另一方面外界气温骤降引起了砼内外温差，也将使砼表面产生很大的温度应力，形成表面裂缝并往往发展为贯穿性裂缝。马新大桥主塔承台大体积砼温控监测历时25天，在施工、监理、监控方共同努力下，采取了严格的温度监测和控温措施。确保混凝土内部和外表温差在合理范围，保证了混凝土施工质量，未发现结构性裂缝，达到了预期的温控效果。
【参考文献】
[1]邹福，王鸿宾.大体积混凝土裂缝产生的原因分析与防控措施[J].黑龙江科技信息，2011，41（13）：85-86.
[2]朱金华，张国荣，朱水良，胡秋根.地下室基础混凝土浇筑的温度控制[J].绍兴文理学院学报（自科版），2005，19（04）：142-143.
[3]李洋波，黄达海，欧阳建树.混凝土光纤测温与常规测温对比试验研究[J].水力发电，2010，36（03）：41-42.
[4]张海舰，魏新民，贺凯.大体积筏板混凝土浇筑测温技术的应用[J].科技风，2010，14（14）：105-106.
[5]葛凡绚.地下室大体积钢筋混凝土底板的温控监测和施工探讨[J].科技资讯，2010，14（16）：104-106.