大體積混凝土的溫度監測及控制技術措施

楊寶良

（云南交投集團云嶺建設有限公司，云南 昆明 650000）

0 引言

大體積混凝土結構在大跨徑橋梁墩臺基礎及大型建筑工程基礎上應用廣泛，保證大體積混凝土的工程質量十分重要。在大體積混凝土質量病害中，溫度裂縫是常見通病，如何有效防治混凝土溫度裂縫，是質量管理工作重點之一。現以召瀘高速公路響水箐2 號大橋3 號墩大體積承臺施工中溫度監測及控制措施為例，通過采用溫度傳感監測系統及埋設冷卻管通水冷卻系統，達到了對混凝土溫度的實時監測和控制，使混凝土表里溫差產生的應力控制在混凝土容許抗拉應力范圍內，防止溫度裂縫的產生，達到了工后無裂縫的良好效果。

1 工程概況

響水箐2 號大橋位于云南召夸至瀘西高速公路，為跨越河谷而設，是該項目的控制性工程之一。該橋分左右兩幅，每幅橋寬均為16.5 m，橋跨布置為:（2×30）m 連續小箱梁+（73+130+73）m 連續剛構+（3×30）m 連續小箱梁，全橋長432 m。該橋主墩承臺設計尺寸為長×寬×高=13.2 m×13.2 m×5 m，單個承臺混凝土的直接用量為871.2 m3。根據橋墩承臺專項施工方案要求，主墩承臺厚度為5 m，按整體一次澆筑完成。

2 大體積混凝土溫度控制的必要性

混凝土是脆性材料，其抗拉強度低，極限拉伸變形量小。當混凝土體溫度變化產生的拉應力大于混凝土的抗拉強度或拉應變超過混凝土的極限拉應變時，混凝土就會產生裂縫。特別是大體積混凝土結構，由于水化熱作用，混凝土的內部溫度將達到70℃左右，而大體積混凝土由于體積大，水化熱消散慢，如果不對內部溫度進行有效控制，造成混凝土表里溫差大于允許范圍，將引起大體積混凝土裂縫[1]。

3 溫度冷卻管及溫度傳感器布置設計

3.1 確定溫度監測控制方案

以響水箐2 號大橋右幅3 號墩承臺施工溫度監測及控制為例。首先，對混凝土溫度場及溫度應力進行了承臺水化熱仿真計算（注：該承臺大體積混凝土的水化熱仿真計算分析，采用計算軟件midas/civil 2015）。通過仿真分析對不同工況進行計算和比較，確定溫度監測控制措施，即確定溫度傳感器及溫度冷卻管布設方案，以及溫度控制標準及要求。其實施流程見圖1 所示。

圖1 溫度監測控制方案實施流程圖

3.2 測溫傳感器布設

通過對該大體積承臺混凝土的溫度場及溫度應力進行仿真計算分析，需設置5 層測點，共布置65個溫度測點，為放射狀布置，保證測溫無盲區和漏點。溫度檢測儀采用JDC-2 型建筑測溫儀，溫度傳感器為熱敏電子傳感器。溫度傳感器埋設完成后須對傳感器進行測試，確保所有傳感器正常工作。其布設如圖2、圖3 所示。

圖2 溫度測點平面布置圖（單位：cm）

圖3 溫度測點立面布置圖（單位：cm）

3.3 冷卻管布設

通過對該大體積承臺混凝土的溫度場及溫度應力進行仿真計算分析，為滿足一次澆筑要求，并能有效地進行通水控溫，需設置5 層冷卻水管，平面冷卻管層與層之間采用#字形交錯布置，其布設如圖4～圖6 所示。

圖4 承臺一、三、五層冷卻管平面布置圖（單位：cm）

圖5 承臺二、四層冷卻管平面布置圖（單位：cm）

圖6 承臺冷卻管立面布置圖（單位：cm）

溫控冷卻管安裝完畢后，須進行通水測試，確保通水正常。

4 溫度監測及控制

4.1 溫度監測控制標準

溫度監測及控制標準根據《大體積混凝土溫度測控技術規范》（GB／T 51028—2015）[2]執行。

（1）表里溫差控制值應符合表5.2-1 規定,如表1 所列。

表1 混凝土表里溫差控制值一覽表

（2）混凝土的降溫速率和表里溫差應滿足該規范第5.3.3 條下限值，且混凝土最高溫度與環境最低溫度之差連續3 d 小于25℃時，可停止溫度監測[2]。

4.2 溫度監測內容及要求

溫度監測主要內容包括混凝土溫度場測量及環境體系溫度測量。其中，溫度場溫度測量的是已澆筑各部位混凝土的實際溫度及溫度分布；環境體系溫度測量的是氣溫、冷卻水溫度（冷卻水管進出口水溫）及混凝土澆筑溫度等。溫度監測過程及要求如下：

（1）澆筑塊溫度場測量：澆筑完成后開始初讀數，開始3 d 每隔2～4 h 觀測一次，之后3 d 到7 d 每隔4～8 h 時觀測一次，之后根據溫度測試情況每天選取氣溫典型變化時段進行測量。在監測過程中，發現溫度過高時，可加強測試頻率，并針對具體問題提出有效可行的解決方案。

（2）大氣溫度測量：與混凝土溫度同步觀測。

（3）通水冷卻過程溫度測量：與澆筑塊溫度場測量過程同步進行。

（4）特殊情況下，如寒潮期間，適當加密測量次數。

（5）混凝土全部澆筑完畢后，根據溫度場及應力場的預測計算結果，結合與監測結果的對比分析，確定終止測量的時間[3]。

4.3 監測異常時的處理措施

根據溫控措施及方案要求，對溫度監測及控制嚴格把關。當監測發現異常情況時，采用以下預防措施處理，如表2 所列。

表2 質量風險及相應的預控措施表

4.4 溫度監測及控制情況

該大體積混凝土工程于2018 年9 月11 日下午3 點開始澆筑，于9 月12 日下午4 點承臺澆筑完成。現場采用熱水循環+ 摻入小部分冷水控制進水溫度。當傳感器測得溫度高于40℃時，分別開啟此傳感器附近的冷卻管循環水。控制進水溫度在比混凝土中心溫度低15～25℃之間，進出水口溫度之差介于2～6℃之間。

（1）環境溫度監測。該項溫度監測共歷時16 d，共測環境溫度60 組，其中最高溫度為28.0℃（2018年9 月21 日中午12:30），最低溫度為16.2℃（2018年9 月13 日上午9:00），環境平均溫度為21.0℃。

（2）冷卻管進出口水溫監測。現場采用熱水循環+摻入小部分冷水控制進水溫度，通過對水溫的及時調控，控制進水溫度在比混凝土中心溫度低15～25℃之間，進出水口溫度之差介于2～6℃之間。

（3）混凝土溫度監測。混凝土入模溫度：該承臺于2018 年9 月11 日下午3 點開始澆筑混凝土，9 月12 日下午4 點承臺澆筑完成。測得混凝土入模溫度4 組，平均溫度25.6℃。混凝土最高溫度：測得右幅3# 橋墩承臺混凝土最高溫度為64.4℃，距承臺澆筑完成后17 h，位于6-2# 測點。降溫速率：右幅3# 橋墩承臺混凝土最大降溫速率為2.7℃/d（9 月20 日下午6 點至9 月21 日下午6 點），最小降溫速率為1.3℃/d（9 月14 日下午6 點至9 月15 日下午5點），平均降溫速率為1.75℃/d。各測點混凝土的溫度統計如表3 所列。

表3 各測點混凝土溫度統計表 單位：℃

（4）混凝土表里溫差：

右幅3# 橋墩承臺混凝土最大表里溫差為27.7℃（9 月16 日晚上9 點）。

4.5 溫度監測及控制結果

此次實施的為響水箐2 號橋梁右幅3# 墩承臺大體積混凝土溫度監測及控制實例。在業主、監理、施工單位及第三方單位的積極配合下，通過16 天的溫度監測及控制，混凝土最高溫度為64.4℃，環境最低溫度為16.2℃，直至監測的第14 天，混凝土最高溫度為40.7℃，與環境最低溫度之差為24.5℃，溫差小于25℃，并連續3 天溫差小于25℃，根據《大體積混凝土溫度測控技術規范》（GB／T 51028—2015），滿足停止監測的條件，故對承臺混凝土溫度停止監測。所監測的各項溫度指標均滿足規范要求。承臺拆模后，從養護期直至驗收，承臺混凝土沒有出現有害裂縫，混凝土外觀質量較好，各項檢測指標均符合品質工程要求，為上部結構奠定了一個堅實安全的基礎。

5 結語

綜上所述，為了有效地控制混凝土體內溫度，有效降低體內最高溫度及升溫速率、降溫速率，采用布設溫度傳感監測系統及埋設冷卻管通水冷卻系統。通過溫度傳感器來進行實時監測內部溫度，并根據監測結果實時采取合理通水降溫措施，使表里溫度差始終保持在規范要求之內，有效避免了溫度裂縫的產生，取得了良好的效果，可為今后類似工程的施工提供參考。