大體積混凝土溫度控制及其效果評(píng)價(jià)

朱佩孚

（廈門第一建筑工程有限公司）

1 大體積混凝土溫度裂縫產(chǎn)生的原因

混凝土產(chǎn)生裂縫的原因，主要是由于干濕收縮、內(nèi)外溫差、施工荷載、堿骨料反應(yīng)等。其中由于內(nèi)外溫差導(dǎo)致的溫度裂縫成為大體積混凝土裂縫的主要原因，也是大體積混凝土裂縫控制工作的重難點(diǎn)。

1.1 構(gòu)件內(nèi)部水化熱絕熱升溫與外部環(huán)境溫差

構(gòu)件內(nèi)部水化熱絕熱升溫與外部環(huán)境溫差是造成大體積混凝土產(chǎn)生溫度裂縫的主要因素。混凝土由水泥基水化合而成，在此過(guò)程中水泥會(huì)發(fā)生水化現(xiàn)象，這時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的水化熱量。但由于混凝土斷面體積厚，自身內(nèi)部熱傳遞較差，水泥水化產(chǎn)生的熱量封閉在內(nèi)部無(wú)法散發(fā)出去，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部溫度升高，而表面與大氣接觸，散熱條件好，這樣就會(huì)形成表面溫度低而內(nèi)部溫度高[1]。

1.2 內(nèi)外條件差異

大體積混凝土由于體積大，散熱性差，內(nèi)部膠凝材料產(chǎn)生水化時(shí)， 就會(huì)造成內(nèi)外溫度差異，導(dǎo)致外部溫度低內(nèi)部溫度高，內(nèi)外溫差的產(chǎn)生會(huì)造成混凝土內(nèi)部溫度分布不均衡，從而引起不同的質(zhì)點(diǎn)變形效果。大體積混凝土施工過(guò)程中往往會(huì)受到地基情況的影響，造成無(wú)法自由的變形，在外部條件影響下，內(nèi)外溫差會(huì)使混凝土產(chǎn)生溫度應(yīng)力。此時(shí)的溫度應(yīng)力大多數(shù)情況下是拉應(yīng)力， 如果溫度應(yīng)力大于混凝土應(yīng)有的抗拉力強(qiáng)度，導(dǎo)致外部面出現(xiàn)拉力開裂，產(chǎn)生了溫度裂縫。

2 大體積混凝土裂縫預(yù)防控制措施

要避免大體積混凝土發(fā)生溫度裂縫，通常從原材料、內(nèi)部降溫、養(yǎng)護(hù)等方面采取措施對(duì)施工裂縫進(jìn)行預(yù)防。

2.1 科學(xué)選用原材料，適當(dāng)使用外加劑及摻和料

混凝土發(fā)生裂縫的最主要原因就是膠凝材料水化時(shí)會(huì)產(chǎn)生溫度應(yīng)力。所以，在澆筑混凝土?xí)r要挑選合適的水泥，調(diào)配好混凝土的水膠比，從而減小水化熱降低溫度應(yīng)力產(chǎn)生的幾率。遵循原則如下[3-4]。

⑴采用有效措施降低水膠比最大不宜超過(guò)0.55，降低水化熱；

⑵要將膠凝材料所占的比例降到最低，同時(shí)要盡量用混合摻和料代替水泥，并要保證混凝土的強(qiáng)度；

⑶合理地調(diào)整粗骨料粒徑和顆粒級(jí)配，保證混凝土具有良好的工作性；

⑷合理選擇活性摻合料與外加劑。主要是在混凝土中加入活性摻和料，以降低水化熱反應(yīng)程度，這樣既可以增強(qiáng)混凝土的工作性能，又可以少用水泥，節(jié)約成本。其次要在混凝土中加入膨脹劑、抗裂纖維，這些材料在水泥硬化過(guò)程中，可以補(bǔ)償冷縮與干縮，從而降低裂縫發(fā)生的可能性。

2.2 降低內(nèi)部溫度

預(yù)埋鍍鋅鐵水管通水冷卻技術(shù)，能夠迅速與內(nèi)部交換熱量，將熱量從混凝土中導(dǎo)出，從而降低混凝土內(nèi)部溫度。

2.3 養(yǎng)護(hù)

在混凝土澆筑完成后的12h 內(nèi)對(duì)混凝土進(jìn)行保濕保溫養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不得少于14d；當(dāng)日平均溫度低于5℃時(shí)也應(yīng)采取保溫保濕養(yǎng)護(hù)，但不得澆水養(yǎng)護(hù)，宜采用蓄熱法或暖棚法進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

3 工程案例

3.1 工程概況

青年陽(yáng)光翔安酒店（X2011P08 地塊）工程位于廈門市翔安區(qū)翔安東路與洪琳湖東二路交叉口西北側(cè)， 由1 棟高層建筑（含1-1#樓16 層、1-2#樓8 層、1-3#樓19 層）和12 棟多層建筑（都為3 層汽車酒店）及一層地下室組成。本工程與大體積混凝土相關(guān)的部位位于1#樓地下室底板筏板部分，板厚為2500mm。此工程的大體積混凝土，主要是通過(guò)預(yù)埋冷卻水管進(jìn)行循環(huán)通水降溫，表面采用覆蓋土工布進(jìn)行保溫。

3.2 冷卻水管與測(cè)溫管布置

3.2.1 冷卻水管布置

本工程使用的冷卻水管使用的是DN50 的鍍鋅鋼管，分為三層按照上中下進(jìn)行分布，各層都采用對(duì)稱布置，通過(guò)在冷卻水管中導(dǎo)入冷卻水的方法，減少冷卻水循環(huán)路徑，增強(qiáng)冷卻效果，從而減少管內(nèi)外的溫度差。本工程冷卻水管水平間距為2500mm，垂直間距為800mm；距混凝土上、下面各為50mm，距離混凝土側(cè)面為1000mm。本工程共建設(shè)了3 個(gè)獨(dú)立循環(huán)的冷卻系統(tǒng)，各分布在上中下三個(gè)層面，具體平面布置和剖面冷卻水管分布如圖1 所示。

3.2.2 測(cè)溫系統(tǒng)布設(shè)

測(cè)溫采用預(yù)埋電子測(cè)溫線，為準(zhǔn)確掌握大體積內(nèi)部溫度變化，本工程共對(duì)稱布設(shè)20 組測(cè)溫點(diǎn)，在每一組測(cè)溫點(diǎn)有上、中、下三個(gè)測(cè)點(diǎn)，最上面和最下面測(cè)點(diǎn)各距板面50mm。

3.3 循環(huán)冷卻、測(cè)溫管理

3.3.1 循環(huán)冷卻

在混凝土工程施工完成后，要馬上通過(guò)水進(jìn)行冷卻，要注意進(jìn)水的水量控制，同時(shí)密切查看進(jìn)水和出水的溫度差。當(dāng)進(jìn)、出水口溫差超過(guò)22℃的時(shí)候，要立即增加進(jìn)水口的水量和速度，最終讓進(jìn)出口的溫度差始終在25℃內(nèi)。利用冷卻水來(lái)吸收混凝土水化反應(yīng)產(chǎn)生的熱量，盡量控制混凝土內(nèi)部溫度，避免溫度過(guò)高，導(dǎo)致混凝土內(nèi)外溫差過(guò)大而產(chǎn)生裂縫。

3.3.2 測(cè)溫管理

通過(guò)在現(xiàn)場(chǎng)澆筑前埋設(shè)好的溫度傳感器來(lái)測(cè)量大體積混凝土內(nèi)溫度變化情況。溫度傳感器按混凝土深度逐一綁定在測(cè)溫桿（鋼筋）上，有導(dǎo)線連接出混凝土表面，在澆筑完成后可用相應(yīng)設(shè)備連接導(dǎo)線測(cè)出混凝土內(nèi)部溫度。結(jié)合工程情況，在若干區(qū)域基礎(chǔ)混凝土澆筑施工時(shí)進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)過(guò)程如下：

⑴在混凝土澆筑前，將測(cè)溫元件固定在底板鋼筋上。

⑵在混凝土澆注前，在每個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)處，將一根已經(jīng)固定好測(cè)溫頭導(dǎo)線的測(cè)溫管垂直固定在鋼筋上。并且使用普通電子測(cè)溫儀測(cè)量各點(diǎn)溫度，對(duì)比大氣溫度判斷各測(cè)點(diǎn)元件是否正常。

⑶大體積混凝土澆注后，應(yīng)對(duì)每塊大體積混凝土澆筑體溫升值（和最高溫升值）、里表溫差、降溫速率及環(huán)境溫度進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試時(shí)間安排如下：

①入模溫度進(jìn)行測(cè)量，每臺(tái)班不少于2 次。

②混凝土澆注完6 至10 小時(shí)開始測(cè)溫，齡期2 天內(nèi)，每2～4 小時(shí)測(cè)溫一次；齡期3～7 天內(nèi)，每4～8 小時(shí)測(cè)溫一次，7 天后一天測(cè)一次。

③停止監(jiān)測(cè)：14 天后或混凝土澆筑體表面與大氣溫差不大于20℃時(shí)。

每次測(cè)溫同時(shí)監(jiān)測(cè)出周圍環(huán)境的溫度（測(cè)點(diǎn)布置在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)溫鋼筋上部露出部分）。

⑷要科學(xué)合理布置混凝土各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位置，才能有效掌握混凝土澆筑時(shí)內(nèi)部溫差的變化。以監(jiān)測(cè)最高溫升、最大應(yīng)變、里表溫差、降溫速率及環(huán)境溫度為原則，按下列方式布置：

圖1

①綜合結(jié)構(gòu)幾何尺寸布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

②沿混凝土澆筑體厚度方向，布置底層、中心和面層溫度測(cè)點(diǎn)。

③監(jiān)測(cè)混凝土澆筑時(shí)的外表溫度，要在外表以內(nèi)50mm 處的溫度作為監(jiān)測(cè)值。

④監(jiān)測(cè)混凝土澆筑時(shí)的底部溫度，要在底面上50mm 處的溫度為監(jiān)測(cè)值。

要認(rèn)真監(jiān)測(cè)每個(gè)測(cè)溫點(diǎn)溫度的變化，并做好登記，同時(shí)做好應(yīng)急處置工作，如果發(fā)現(xiàn)混凝土內(nèi)外溫度差超過(guò)25℃，要立即采取增加表面保溫層厚度、加強(qiáng)冷卻水水量等方式降低溫差。

3.4 溫度曲線及分析

3.4.1 溫度變化與極值

在每個(gè)測(cè)溫點(diǎn)溫度變化的基礎(chǔ)上，能夠繪制出溫度與時(shí)間變化的曲線。本工程選擇4 組具有代表性測(cè)溫點(diǎn)進(jìn)行分析，分別是1、6、10、16 四組基本成對(duì)角線的測(cè)溫點(diǎn)，每組上、中、下三個(gè)測(cè)溫點(diǎn)與時(shí)間變化的曲線圖如圖2～圖5 所示。

圖2 1 號(hào)測(cè)點(diǎn)測(cè)溫曲線

圖3 6 號(hào)測(cè)點(diǎn)測(cè)溫曲線

圖4 10 號(hào)測(cè)點(diǎn)測(cè)溫曲線

圖5 16 號(hào)測(cè)點(diǎn)測(cè)溫曲線

圖6 1 號(hào)測(cè)點(diǎn)溫差/d

圖7 6 號(hào)測(cè)點(diǎn)溫差/d

圖8 10 號(hào)測(cè)點(diǎn)溫差/d

圖9 16 號(hào)測(cè)點(diǎn)溫差/d

圖10 1 號(hào)測(cè)點(diǎn)溫差/h

圖11 6 號(hào)測(cè)點(diǎn)溫差/h

圖12 10 號(hào)測(cè)點(diǎn)溫差/h

圖13 16 號(hào)測(cè)點(diǎn)溫差/h

從圖2～圖5 可得出，同一組測(cè)溫點(diǎn)在混凝土中間和底部的溫度會(huì)高于最上面的溫度。造成此現(xiàn)象的原因主要是混凝土外表與空氣間的熱傳導(dǎo)效應(yīng)，會(huì)對(duì)混凝土內(nèi)外溫度差異產(chǎn)生較大影響。此外在工程中混凝土地板的防水、保溫等措施明顯降低底部的熱傳導(dǎo)，導(dǎo)致混凝土底部溫度比較高。

通過(guò)四組測(cè)點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)曲線，可以得出筏板上部混凝土溫度與環(huán)境溫度之差在20℃左右，通過(guò)澆水養(yǎng)護(hù)和覆蓋土工布可以基本控制在20℃以內(nèi)，滿足大體積混凝土施工規(guī)范的要求[4]。

3.4.2 混凝土內(nèi)部溫度變化率

根據(jù)圖6～圖9 信息得出監(jiān)測(cè)點(diǎn)1、6、10、16 處筏板大體積混凝土在澆筑完成7 天內(nèi)，底部、中部、表面溫度變化基本在25℃范圍內(nèi)，個(gè)別的測(cè)點(diǎn)溫差超出25℃，通過(guò)加大循環(huán)冷卻水和混凝土表面覆蓋保溫并蓄水養(yǎng)護(hù)可以滿足規(guī)范要求。

1、6、10、16 處筏板混凝土的溫度隨著時(shí)間的變化而變化。混凝土澆筑完成72h 以內(nèi)，混凝土內(nèi)部溫度變化率較大，之后趨于平穩(wěn)?；炷猎跐仓瓿珊? 天左右內(nèi)部溫度達(dá)到最高，之后開始下降。通過(guò)保溫、保濕等措施可以使混凝土外表的溫度下降速率控制在2℃/d以內(nèi)，從而符合大體積混凝土施工規(guī)范要求[5]，如圖10～圖13 所示。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，大體積混凝土的施工，前期要做好相關(guān)材料、溫度等方面的控制措施，要保證大體積混凝土的施工質(zhì)量就要對(duì)內(nèi)外溫差變化導(dǎo)致的裂縫進(jìn)行控制。本文以實(shí)際工程案例為研究對(duì)象，分析了引起大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因，并提出了有效的預(yù)防措施，以實(shí)列論證方式分析了混凝土溫度與時(shí)間的變化關(guān)系。研究表明，通水冷卻等措施可以有效降低內(nèi)外溫差，進(jìn)而避免因溫差過(guò)大產(chǎn)生溫度裂縫?！?/p>