大体积混凝土施工温度监测及其温度应力分析

摘要：大体积混凝土结构在施工过程中，常因温度应力引起开裂。本文首先探讨开裂的原因，然后对大体积混凝土施工温度监测和温度应力进行分析，从而通过温度控制，预防大体积混凝土结构开裂，提高工程质量。

关键词：大体积混凝土；温度检测；温度应力；温度控制

中图分类号： TV544 文献标识码： A 文章编号：

1.引言

大体积混凝土结构具有结构较厚、体积较大、混凝土较多、钢筋较密集、工程条件和施工较复杂等特点。因此，大体积混凝土结构在连续浇筑和硬化的过程中，由于温度应力会造成大体积混凝土结构开裂，对结构的整体性、抗渗性、抗疲劳性及承载力十分不利。这就要求我们加强温度监测和温度控制，预防大体积混凝土结构的开裂，提高整个工程的质量。

2.大体积混凝土开裂的原因

2.1设计、施工、养护不当

导致大体积混凝土结构开裂的原因很复杂，但首要因素就是设计不当。如在结构截面的突变位置或者转角位置等设计有缺陷；对混凝土配合比的设计不当等，这些都会造成大体积混凝土结构的开裂。除了设计问题之外，大体积混凝土结构的施工工艺和养护工艺不到位，也会造成大体积混凝土结构的开裂。

2.2温度应力的产生

温度应力是造成大体积混凝土开裂的本质因素。在大体积混凝土结构的浇筑和硬化过程中，水泥将进行水化反应，水化反应会产生大量的水化热，而混凝土的热阻很大，热量就会聚集在结构内部，不容易散发出来，但是结构的外部散热比较快，这样一来大体积混凝土结构的内部和外部就形成比较大的温差，将引起体积的变化，使混凝土结构的表面产生一定的拉应力。拉应力会随着温差的变化而变化，当拉应力超过了混凝土抗拉强度的极限时，混凝土结构的表面就会出现裂缝。

3.温度应力产生的原因

为了预防大体积混凝土结构出现裂缝，我们必须对温度应力产生的原因进行探讨。首先是水泥的水热化影响。在混凝土结构浇筑的初期，混凝土的弹性模量比较低，对温度变化引起的变形约束不大，但随着龄期的增长，混凝土的弹性模量越来越高，对温度变化引起的变形约束也越来越强，产生温度应力。其次是外界温度变化的影响。外界气温越高，混凝土浇筑的温度也越高，那么相对的最高温值也越高；外界气温降低时，会加大混凝土的降温幅度。内外温差越大，温度应力就会越大。再次是混凝土收缩变形的原因。混凝土的收缩变形有凝缩、冷缩等多种形式。收缩变形越大，分布越不均匀，产生的拉应力就越大。最后是约束条件的影响。大体积混凝土结构在变形过程中，会受到一定的约束，阻碍它自由变形，并产生拉应力。

4.温度监测

4.1温度监测系统

为避免大体积混凝土结构受温度应力的影响，必须对结构的温度进行监测，掌握混凝土温度的变化情况。最初的温度监测方法是在底板混凝土内部埋上钢管，人工逐个进行测温。但是这种方法劳动强度大、效率低，已经不能适应现代施工技术的高要求。目前，一般采用微机自动监测系统，对大体积混凝土结构的施工全过程进行连续的监测。该监测系统具有准确、可靠等特点，能够及时提供各个监测点的即时温度和温度随时间变化的曲线图。

4.2监测点的布置

关于监测点的布置，可以根据混凝土的形状、特征、控制条件等来设计。下面以某地下承台的施工为例，该承台是长30.7米，宽22.3米，厚3.5米的钢筋混凝土结构。通过实验室浇筑足尺体积混凝土，可以对所使用的材料和条件有一定的把握，然后可以对实验室内的混凝土的温度进行监测，在足尺混凝土模型中设置监测点（如图1所示），根据监测结果分析和调整大体积混凝土结构的具体施工方案。

4.3监测结果分析

根据各个监测点的温度监测的结果记录（如图2所示），可以分为三个时期：一是浇筑前期，是指混凝土入模型后，温度曲线明显上升；二是浇筑中期，是指混凝土中的水泥产生水化热，各个温度监测点的温度逐渐缓慢的降低；三是浇筑后期，温度监测点的温度降低更加缓慢。由图2可以得出，混凝土的最大温度和最大温差的出现规律并不是同步的，因此在具体的施工过程中，对于控制最大温度和最大温差要采取不同的控制方法。

5.温度控制

5.1温度控制指标

温度监测只是一种手段，而不是目的。目的是要根据温度监测来了解混凝土温度场分布的变化情况，从而采取合理有效的温度控制措施，来防止大体积混凝土结构裂缝的产生。大体积混凝土结构的温度控制是一项复杂的系统工程，主要包括控制混凝土的最大温差、最大升温降温速率、内部最高温度等内容。因此，温度控制的指标主要是任一时间和任一截面中两点的温差不宜超过20℃，最大不能超过25℃；入模温度一般在25℃以下，即使在炎热的气候下，也不能超过28℃，若在寒冷的气候下，则不能低于12℃等。

5.2温度控制的措施

5.2.1完善大体积混凝土结构的设计

要完善大体积混凝土结构的设计，首先,要进行合理分块、分层的浇筑。因为当大体积混凝土结构的尺寸过大时，整体浇筑会产生较大的温度应力。采用分层、分块进行浇筑，可以降低温度应力，避免大体积混凝土结构出现裂缝。其次,要注意避免应力集中。在大体积混凝土结构中，结构断面的突变位置或者转角位置都是应力较为集中的区域，也是容易出现裂缝的区域。因此，在设计过程中，可以在结构断面突变的地方作一些过渡处理，在转角处和过渡处考虑使用抗裂钢筋。最后，要改善外约束条件。大体积混凝土结构出现裂缝的重要原因是该结构在降至稳定温度场的过程中，收缩变形受到基础的约束而产生的拉应力。因此，在设计过程中，我们要充分考虑基础的约束情况。

5.2.2合理选择原材料

由于经济的迅猛发展，构建大体积混凝土结构的原材料种类繁多、数量庞大，这就需要对原材料进行谨慎的选择。首先，要选择中热或者低热的水泥。因为混凝土的绝热温升值跟单方水泥最终的放热量呈正比关系。选择中热或者低热的水泥，可以有效控制混凝土水化热温升。其次，要合理选择骨料。混凝土结构骨料的合理选择，不仅可以改善混凝土的工作特性，而且可以提高混凝土的强度，降低水泥的使用量，从而降低水化热温升。最后，采用特种混凝土。如为提高混凝土的抗裂性，可以采用纤维混凝土。所谓纤维混凝土就是在混凝土中直接掺入一些抗拉强度特别高的纤维，从而提高混凝土的抗裂性。

5.2.3加强施工管理

在大体积混凝土结构的施工过程中，要加强施工管理，控制好混凝土浇筑的温度。因为混凝土的内部温度是水化热的绝热温升、浇筑温度等各种温度的总和。浇筑温度越高，混凝土的内部温度也就越高。在加强施工管理的同时，也要优化施工工艺。大体积混凝土结构在采取分块浇筑方案后，单块混凝土的一次性浇筑量也很大。为保证单块混凝土的整体性，必须要连续浇筑，在先浇筑的混凝土凝结前完成所有的浇筑工作。

6.结语

大体积混凝土结构在施工过程中，对温度需要进行严格的控制。因此，温度监测和温度控制是大体积混凝土结构施工过程中，必须考虑的两个重大问题。对施工过程进行温度检测，可以随时掌握温度变化的情况，不仅能真实反应混凝土温度特征和变化规律，而且能够指导温度控制，从而采取有效的温度控制措施，降低温度应力，预防裂缝的出现，保证整个工程的质量。

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