淺談大體積混凝土的溫度控制和監測技術

鄭云芳

(福建省鴻建工程檢測有限公司，莆田 351131)

1 引言

大體積混凝土施工過程， 由于各種因素產生的溫度在混凝土內部不斷累積而又難以快速消散時， 常常引起混凝土內部應力集中，從而形成溫度裂縫。在混凝土中摻入纖維材料等可以一定程度的減少裂縫的產生， 但在生產過程中更應該從工藝上進行優化， 保證混凝土結構的實用。有效地控制混凝土內部溫度的發展，減小混凝土內外的溫差，可以低成本而又有效的抑制混凝土的開裂，從而大幅的提高混凝土的抗裂性和耐久性[1-3]，這對于工程安全性及工程效益都顯得尤為重要。同時做好監測工作，及時解決大體積混凝土溫度變化帶來的影響， 確保混凝土能充分發揮其性能[4]。

澆筑的溫度以及澆筑后混凝土內部的水化熱是引起混凝土異常升高的重要原因， 甚至在理想的絕熱條件下決定著混凝土內部的最高溫度。但實際上，這種狀態是不存在的， 因為熱量交換普遍存在于具有溫差的兩種物質中， 因此混凝土在澆筑過程中散熱溫度也極大的影響著混凝土的最高溫度。 大量學者就這些因素的影響展開了相關研究[5-7]，指出控制大體積混凝土溫度的上升，可以從混凝土配合比、 測溫調整以及混凝土養護技術等措施加以實現[8-10]。 依據這些情況及時的采取合理的結構保溫措施，防止混凝土因內外溫差過大而產生溫度附加應力，進而引起混凝土內部應變裂縫的發展。

本文結合永泰建設大廈基礎大體積混凝土的施工工藝、流程，以及施工過程中的溫度監測結果，分析探討了該工程建設中大體積混凝土的溫度效應， 以及在施工過程中的溫度控制及其監測技術。 該成果可為相關大體積混凝土過程的施工工藝提供一定的參考。

2 基礎工程概況

2.1 基礎參數

永泰縣建設大廈工程基礎底截面厚度采用2300 mm、1800 mm 兩種類型，所用混凝土材料為強度等級C30，抗滲等級P8 的抗滲混凝土。 參考 《混凝土結構設計規范GB50010-2010》規定，該工程混凝土結構單面散熱厚度和雙面散熱厚度均大于規范所要求的尺寸。 同時根據混凝土施工的環境及工藝，預計其內部最高溫度超過25℃，故本工程中混凝土結構按大體積混凝土考慮。

2.2 材料參數及性質

該基礎工程中采用的混凝土原材料配比為： 水泥400 kg，砂720 kg，石子1000 kg，水184 kg，Ⅱ級粉煤灰60 kg，NF-AIII 外加劑。 相關材料的具體性質見表1。

表1 材料性質

2.3 大體積混凝土的溫度效應

圖1 展示了混凝土溫度的組成部分，可以看出，大體積混凝土的最高溫度主要由以下3 部分組成：

(1)澆筑溫度：對于澆筑溫度而言，該溫度主要由混凝土在拌和、運輸和振搗這一系列過程中產生。通常這一溫度受季節影響較多，表現出相對恒定的特征。夏季溫度較高，導致混凝土澆筑溫度相對較高，這種溫度條件會加快水泥材料的水化反應，加快水泥基材料強度的形成，但同時也會帶來相對明顯的熱脹裂縫。

(2)水化熱溫度：水泥發生水化反應往往產生大量的熱量，由此帶來的溫度通常稱為絕對溫升，這一溫度是造成混凝土溫度過高的關鍵內因， 這些熱量通常在施工過程中造成混凝土早期微裂縫的發育。

(3)散熱溫度：也稱作損益溫度，在實際工程中混凝土的養護方式不同會造成混凝土內外溫度差異性變化，與此同時會產生損益溫度，因此合理控制養護措施降低散熱差異對于控制混凝土的性能具有重要的作用。

圖1 混凝土溫度組成因素

3 溫度控制及測溫技術

3.1 溫度控制措施

從第2 節的分析可以看出， 影響大體積混凝土溫度的主要因素大致有水泥基材料、外加劑、材料自身溫度和養護溫度等，因此可以從這幾方面來綜合考慮，以達到大體積混凝土溫度控制的目的。

通過對大體積混凝土溫度控制理論的分析， 可以從以下幾個方面有效的控制混凝土溫度變化， 減小混凝土的內外溫差：

(1)水泥材料的選取。 32.5 礦渣硅酸鹽水泥因其獨特的成分具有較低的水化熱，可以減少混凝土絕對溫升。

(2)采用NF-AIII 型等高效緩凝減水劑，一方面可以增加混凝土的早期強度， 另一方面可以滿足泵送混凝土的要求， 同時可以防止混凝土在澆筑初期由于過大的溫度應力而產生裂縫。

(3)在滿足混凝土強度及施工要求的條件下，通過降低水泥用量減少水化熱，從而降低混凝土的絕對溫升。同時對拌制的混凝土材料進行預加熱處理， 降低混凝土在養護過程中的內外溫差變化。

(4)保溫措施。通過在混凝土表明覆蓋隔熱層，如塑料布和干草等，減少和減緩混凝土表面的溫降，防止混凝土開裂。

(5)建立完善的制度保障體系，并按規實行系統的管理機制，從而確保各項溫控技術措施得到有效的落實。同時將溫控措施形成既定的文件， 落實到混凝土施工管理人員，在既定的施工措施下嚴格進行施工質量控制。

3.2 大體積混凝土測溫技術

溫度對混凝土體積穩定性具有顯著的影響， 對大體積混凝土進行溫度的監測一方面可以準確掌握混凝土結構中不同部位的溫度變化， 另一方面通過混凝土內部溫度場的變化情況， 及時調整混凝土的施工工藝及養護措施， 從而防止混凝土因內外溫差過大而產生溫度附加應力，影響混凝土的體積穩定性。對大體積混凝土工程進行溫度控制和監測需要從多方面考慮， 結合混凝土溫度組成來看，原材料的初始溫度、拌和時環境溫度、入模溫度和澆筑時環境溫度等都是需要準確監測的節點。同時，對混凝土澆筑后水化熱進行測算， 準確掌握混凝土結構的溫度場變化情況， 對于保障大體積混凝土工程的實用性和耐久性至關重要。 最終通過對混凝土溫差變化的情況分析判斷混凝土工程是否達到混凝土施工的質量要求。盡管這種溫度測定的范圍較廣，精度要求比較高，而且保質的實施也有一定局限， 但溫度檢測手段的可靠性和真實性很大程度上決定了混凝土澆筑后溫度變化的真實性和代表性，同時也是混凝土后期質量把控的關鍵點。

4 大體積混凝土溫度監測結果

永泰縣建設大廈工程基礎大體積混凝土的溫度控制和溫度監測措施嚴格按照以上溫度控制及測溫技術進行，依據《混凝土結構工程施工規范》(GB50666-2011)，同時結合本工程基礎特點設置測溫點如圖2 所示， 監測數據表明混凝土體中溫度峰值主要集中在試件的中下部。因此選取了部分點位中下部的溫差變化監測結果進行分析，見圖3。 可以看出：混凝土塊的溫度峰值在澆筑后72 h內出現，其中以9 號點位(中下部)最為顯著，其溫度峰值達到了84.1℃。 該次混凝土基礎工程中混凝土澆筑的平均入模溫度為37.1℃， 澆筑體在入模溫度的基礎上溫升值為47℃，小于規范要求的50℃，由此可見該大體積混凝土工程的溫度得到了有效的控制。

圖2 測溫點布置示意圖

圖3 溫度監測曲線

5 結論

本文總結并探討了永泰縣建設大廈工程基礎大體積混凝土的溫度控制和溫度監測措施，得出以下結論：

(1)大體積混凝土澆筑過程中內部的最高溫度由澆筑溫度、 水化熱溫度和澆筑過程中的散熱溫度3 部分共同決定。

(2)從材料選取、澆筑溫度、外加劑、保溫措施和施工管理體系等方面進行優化， 可以減輕混凝土受到的溫度應力損傷，對保證混凝土的性能具有重要的作用。

(3)監測結果表明，該大體積混凝土工程的溫升值不大于50℃， 大體積混凝土基礎內部的溫度變化得到了有效控制。