浅析大体积混凝土内部温度监测与温差控制

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浅析大体积混凝土内部温度监测与温差控制

【摘要】随着国内高层建筑的兴起，我国在建筑设计、施工技术等方面都有了飞速的进展，但也出现了许多崭新的技术课题待解决，大体积混凝土的温度裂缝控制就是其中之一。大体积混凝土结构在施工中容易产生裂缝，这已为众多的工程实践所证实。



【关键词】大体积混凝土；温度监测；温差控制

一、前言

大体积钢筋混凝土具有结构构件尺寸厚、体积大、混凝土一次连续浇筑方量大、工程条件复杂和施工技术要求高等特点，如何控制温度变形裂缝的开展，一直是大体积混凝土结构施工中的一个重大课题。由于大体积混凝土硬化期间水泥水化热所产生的温度应力和收缩应力，便成为导致钢筋混凝土结构出现裂缝的主要因素。如何控制温度变形裂缝的开展，一直是大体积混凝土结构施工中的一个重大课题。从事施工的技术人员，首先应了解大体积混凝土中温度变化所引起的应力状态对结构的影响，认识温度应力的一系列特点，掌握温度应力的变化规律，设法降低混凝土内部的最高温度和减少其内外温差。



二、大体积混凝土温度裂缝问题

目前建筑施工过程中通常对大体积混凝土给的定义是：混凝土胶凝材料水化放热所产生的温度、收缩变形会导致必须予以控制的裂缝的现浇混凝土结构，包括以下几种情况：（l）不采取温控技术措施，水化热引起的内外温差超过25℃的混凝土；（2）混凝土结构最小断面尺寸；（3）受边界条件约束比较大的混凝土构件。大体积混凝土的特征是：结构厚实，混凝土数量大，工程有特殊要求（如不允许开裂，受力复杂等）；水泥的水化热使结构产生温度较高，容易产生温度裂缝等。大体积混凝土在施工阶段会因水化热释放引起内外温差过大而产生裂缝，而且，水化热温度若过高，还会导致混凝土后期强度的明显损失。大体积混凝土的裂缝不论是对它的应力状态还是它的使用寿命都有很大的害处。上个世纪50年代至70年代，由于人们对大体积混凝土的裂缝的形成机理没有充分的认识，或没有找到适当的措施来防止大体积混凝土开裂，尤其是对大体积混凝土内部温度进行施工控制，国内外都有许多大体积混凝土结构物出现严重裂缝的实例，严重影响工程的使用，以致不得不采取补救措施，费时费力，耗资巨大。大体积混凝土温度裂缝问题十分复杂，涉及到工程结构的方方面面。对大体积混凝土温度控制更是涉及到岩土、结构、材料、施工以及环境等多方面、多学科。随着各种新材料的不断涌现，各种监测手段的不断发展，对大体积混凝土温度裂缝问题的研究也不断更新变化。为了防止温度裂缝的产生或把裂缝控制在允许的范围内，必须搞清温度裂缝的成因、特点、机理，掌握大体积混凝土内的温度场、应力场分布规律，从而在设计、施工中采取有效的防裂措施。



三、大体积混凝土内部温度监测与温差控制措施






为了全面掌握大体积混凝土水化热温度变化规律，随时了解混凝土各部位不同深度点的温度情况，以便对症下药地采取技术措施确保工程质量并及时反馈温控措施的具体效果，光靠理论分析预测量不够的，还必须进行水化热温度的实时监测。毕竟，理论计算只限于在比较理想的条件下能较好吻合实际，而施工现场条件较复杂，各种材料参数及性能的离散性很大，施工过程还往往遇上许多意想不到的情况，这些都可能引起偏差。混凝土水化热温度的实时监测是直接地反映现场的实际状况，现场温控措施的选择与实施都应当以实测温度结果为基本依据。许多年来，实时监测技术的推广应用大大促进了大体积混凝土“信息化施工”水平，确保了大体积混凝土的施工质量。



1、温度测点的布置

考虑到大体积混凝土的浇筑过程一般较长（12个小时），在混凝土浇捣期间往往气候、混凝土浇筑温度都会有一定的变化以及混凝土质量的不均匀性，我们在平面上布置温度测位时一般应遵循以下原则：（l）均匀分布。即在平面上按一定的间距（5-10m）均匀布置测位。（2）兼顾全面。即在结构的边缘、角部、中部及坑、井边等具有代表性不同部位均要布置测位。对于每一个测位，在立面上则一般视结构的厚度不同设3-5个测点，分别位于结构的表面表面、中心、底面及中上、中下部。



2、温控实施流程

为检验施工质量和温控效果，掌握温控信息，以便及时调整和改进温控措施，做到信息化施工，需对混凝土进行温度监测。大体积混凝土的温度、应力发展是一个十分复杂的问题，外界温度、湿度、施工条件、原材料变化等都会引起温度、应力的变化，只有通过温控监测，才能更准确地了解结构的质量与抗裂安全状况。



3、测温装置的安装

确定各点位线路布设路径，并计算长度，然后将导线与传感器连接起来，一个传感器一根导线相对应，中间不能有导线接头，将导线与传感器用环氧树脂技术固结起来，并在导线两端编上相同的号码，以使定位接线时对应起来。根据编号顺序，将每个立柱的各点依次绑扎在固定传感器的钢筋上，然后将同一立柱上的上中下各测温点的导线汇总成一组。



4、监测仪器

在混凝土中埋入一定数量的温度传感，测量混凝土不同部位温度变化过程，检验不同时期的温度特性和温差标准。当温控措施效果不佳，达不到温控标准时，可及时采取补救措施；当混凝土温度远低于温控标准时，则可减少温控措施，避免浪费。温度检测仪采用智能化数字多回路温度巡检仪，温度传感器为普通温度传感器。智能化温度巡检仪可自动、手动巡回检测多点温度，并具有数据记录和数据掉电保护、历史记录查询、实时显示和数据报表处理等功能。该仪器测量结




果可直接用计算机采集，人机界面友好，并且测温反应灵敏、迅速，测量准确。



5、监测信息采集

各项测试项目宜在混凝土浇筑后立即进行，连续不断。混凝土的温度监测，峰值以前每5h监测一次，峰值出现后每4h监测一次，持续5天，然后转入每天测1～2次，直到温度变化基本稳定，一般半月左右，每次观测完成后及时填写记录表。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。



6、信息反馈

这也是整个测试过程最能体现先进与否的关键技术。实现了从电位信号采集到温度结果转换再到温度报表的输出整出整个过程的全自动化，使用信号采集与数据处理变得相当迅捷、准确。这一突破不仅极大地提高了测试结果的精度，而且大大提高监测的工作效率。如果现场监测温度超出温控标准，可采取下列应对措施：（l）最高温度偏高，可以加大通水流量，降低冷却水温度的措施，但注意冷却水温度与混凝土中心温度之差在20℃以内，配合浇筑温度的控制，以降低混凝土的最高温度。（2）内外温差偏高，加强内部降温，加大通水流量；加强外部保温，增加保温层厚度，做到外保内散。



四、结论

为了防止大体积混凝土产生温度裂缝，提高混凝土抗裂性能是前提，降低混凝土温度应力是根本。混凝土的抗裂性能主要靠精心组织施工、提高混凝土密实性、加强养护来保证，而降低混凝土温度应力则要通过严格控制其温度变化来实现。大体积混凝土温度控制的主要内容包括控制其最高温度、控制其内表温差、控制其降温速率等三个方面。一般情况上主要通过改善混凝土的水胶比，尽量减少水泥用量来使混凝土的发热量减少，降低其最高温度；并通过混凝土处部保温措施来提高混凝土表面温度，缩小混凝土内表温差并尽可能延缓混凝土的降温速率。为了制定合理的温度控制方案，对混凝土的温度变化进行科学预测必不可少；为了及时掌握混凝土温度变化的实际状况并随时加以必要的控制，同步进行混凝土温度监测是关键。



参考文献：

[1]王铁梦.工程结构裂缝控制，北京：中国建筑出版社，2004.

[2]刘秉京.混凝土技术，北京：人民交通出版社，2004.

[3]朱伯芳.大体积混凝土温度应力与温度控制[M}北京：中国电力出版社，2007.

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