大体积混凝土温度监测!.doc

【测温技术】大体积混凝土温度监测！
2015-08-31 测量 商品混凝土汪军
1.大积混凝土的概念
按照“普通混凝土配合比设计规程”对大体积混凝土的定义，指混凝土结构物中，实体最小尺寸大于或等于1m的混凝土。在工业与民用建筑结构中，经常遇到大体积混凝土。如高层建筑的结构转换层，混凝土基础和大型设备基础等等。

2.温度应力裂缝产生的机理

大体积混凝土的特点是结构体量大，相对散热面积小，在浇注混凝土前几天，水化热积聚在结构内部，导致温度急剧升高，造成混凝土内部与表面产生较大的温度差异，内部高、外部相对较低。加上材料的热胀冷缩效应，容易使混凝土结构产生温度应力，混凝土表面由表及里地相对受拉，内部相对受压，当拉应力超过了混凝土的抗拉强度时，就会产生宏观裂缝，这就是温差裂缝，或温度裂缝。
温差应力的产生是与混凝土内外温度差密切相关的，因此在大体积混凝土施工时，要实时监测温度差异，以提示施工现场采取降低温差的措施，保证不产生导致裂缝的温差。
混凝土结构的升温和随之而来的降温过程中，由于下述原因会产生裂缝

（1） 内外温差：混凝土内部热量积聚不易散发，外部则散热较快，无论在升温或降温过程中，混凝土表面的温度总低于内部温度。即使在混凝土硬化后期，水化热散尽，结构温度已接近周围气温，这是若受到寒潮侵袭，气温骤降，结构表面急冷，仍会产生内外温差。这种温差造成内部和外部热胀冷缩的程度不同，就在混凝土表面产生拉应力。当温差大到一定程度，表面的拉应力超过当时的混凝土的极限抗拉强度时，混凝土表面就会产生裂缝。

（2） 收缩作用：大体积混凝土浇注初期，混凝土处于升温阶段及塑性状态，弹性模量很小变形变化所引起的应力很小，故温度应力一般可忽略不计。但过了数日混凝土硬化（多余水分蒸发时引起的体积收缩）以后发生的收缩，将受到地基和结构边界条件的约束时才引起的拉应力，当该拉应力超过混凝土抗拉强度时，就会在混凝土内部产生裂缝。
表面裂缝与内部裂缝叠加起来，就可能贯穿结构的整个截面，造成严重危害。所以在施工及养护阶段应严格控制温升，对于强度要求较高的混凝土，水泥用量相对较多，水化热大，温升速率也较大，一般可达35℃左右，加上初始温度可使混凝土内部最高温度达到70～80℃，一般混凝土的热膨胀系数为10×10-6/℃，当温度下降20～25℃时造成的冷收缩量为2～2.5×10-4，而混凝土的极限拉伸值只有1～1.5×10-4，因而冷收缩常引起混凝土的开裂。

3.大体积混凝土温度监测

3.1测温仪器

我所采用JDC-2型便携式建筑测温仪，其主机分别与测温探头或测温线连接构成测温系统，可根据现场需要的测温点数量灵活配置。测温探头可直接测量混凝土拌和物温度及环境温度，测温线预埋在混凝土内部，适宜测量混凝土内部温度。JDC-2型测温仪的测温范围：-30℃～130℃，测温误差：≤0.5℃（与测温探头配合）；≤1.0℃（与测温线配合）。

3.2测区布置及测温方法

大体积混凝土浇注块体温度监测点布置，以真实地反映出混凝土块体里外温差、降温速度及环境温度为原则，一般可按下列方式布置：

1） 温度监测点的布置范围以所选混凝土的浇注块体平面图对称轴的半条轴线为测温区（对长方体可取较短的对称轴线），在测温区内温度测点呈平面布置；

2） 在测温区内，温度监测的位置与数量可根据混凝土浇注块体内温度场的分布情况及温控的要求确定；

3） 保温养护效果及环境温度监测点数量应根据具体需要确定；

4） 混凝土浇注块体的外表温度，应以混凝土外表以内50～200mm处的温度为准；

5） 混凝土浇注块体底表面的温度，应以混凝土浇注块体底表面以上50～200mm处的温度为准。

在浇注混凝土之前，每一测温点分上、中、下分三处埋设测温线（测温线由插头、导线和温度传感器组成）分别测各部位的温度，其中上、下部传感器距混凝土表面50～200mm。测温线的埋设方法见下图：

3.31观测时期与观测频率

大体积混凝土的养护特别重要，达到保温降低温差和保湿的目的。保温是为了减少混凝土水化热的散失，减小混凝土的温度梯度，防止产生表面裂缝，并充分发挥混凝土的潜力和材料的松弛特性，使混凝土的平均总温差所产生的拉应力小于混凝土抗拉强度，防止混凝土产生贯穿裂缝。保湿的作用是使尚在强度发展阶段的混凝土，不因表面脱水而产生干缩裂缝，并使水泥的水化顺利进行，提高混凝土的极限拉伸强度。也有预埋水管，从一端灌入冷水，排除混凝土内部的热量，降低温度差。
温度监测是在混凝土成型后即混凝土养护期间监测混凝土内外温度变化情况，以确保混凝土养护期保温、保湿的目的实现，控制混凝土的内外温度差在25℃范围内，以保证混凝土不出现裂缝，尤其是不出现贯穿性的裂缝，保证混凝土的质量。
测温工作在混凝土成型后即开始，约连续观测5～7天，即混凝土温度变化处于平稳阶段时结束。观测频率以能反映出并控制混凝土的温度变化，即混凝土降温速度，混凝土内外温差为原则，一般情况是每昼夜不少于两次。这里以重庆市建委统一制定的“大体积混凝土施工温度测量记录（电测）”表格“渝建设 43”中所规定的观测频率为基础，0～4天内每两小时观测一次，4～7天内每4小时观测一次。

4.实例分析

此图为XXXXXX集资住宅-12.2米筏板基础其中一点的测温曲线，该工程筏板基础长×宽×厚=26米×10米×1.3米，混凝土强度等级C40，采用商品混凝土泵送入模。养护措施塑料薄膜加麻袋，混凝土内部埋设冷却循环水管，2003年7月30日20：30开始浇注，入模温度为32℃，环境温度29～40℃。该点在8月1日12：00达到最高温80℃，持续9小时后开始降温，即浇注后约40小时达到最高温度,内外平均温差18℃，最高温差24.8℃。由于是夏季施工，环境温度高，将升温值控制在30℃较难，混凝土强度等级较高、水化热量，再加上搅拌运输时间过长，水泥水化开始，造成升温值超标。采用麻袋的保温，和冷循环水的温控措施是有效的。如果表面采用薄膜覆盖效果更佳。

此图为XXXXXXXXX大厦-7.8米筏板基础其中一点的测温曲线，该工程筏板基础长×宽×厚=20米×20米×1.5米，混凝土强度等级C30，采用商品混凝土泵送入模。养护措施在混凝土表面依次覆盖塑料薄膜、草垫、塑料彩条布，再在其上用塑料彩条布搭棚（四周封闭），2003年2月25日23：00开始浇注，入模温度为23.8℃，环境温度14～19℃。该点在2月28日15：00达到最高温68℃，浇注后约40小时达到最高温度，持续9小时后开始缓慢降温，从图中横坐标42～123区间的降温速度为0.12℃/h，内外平均温差在横坐标132（3月4日9：00）前约5℃，其后，即3月4日9：00因施工原因拆除塑料薄膜、草垫、彩条布，混凝土表面温度迅速下降，内外温差增大，最高温差24.6℃。该大体积混凝土施工属冬季施工，环境温度低，用彩条布搭棚可提高环境温度，对混凝土保温非常有利。从曲线可看出塑料薄膜+草垫+彩条布，再加上彩条布搭棚的养护措施使内外温差、降温速度得到有效的控制。但应延长养护时间。

上面两个曲线为重庆时代广场D座转换层42.8米大体积混凝土第5和第11点的测温曲线，该工程工程转换层位于主体工程的第八层，筒体的强度等级为C60，板厚2000mm，混凝土强度等级为C45，共计3000m3,分两次浇注，第一次浇注厚度800mm，第二次浇注厚度1200mm。采用商品混凝土泵送入模。养护措施在混凝土表面依次覆盖塑料薄膜、草垫、塑料彩条布，2003年9月14日20：30开始浇注，入模温度为32℃，环境温度21～40℃。第5点先浇注，内部最高温度72.4℃，内外平均温差12℃；第11点最后浇注，混凝土表面一直有约30mm～50mm的积水未清除干净，该点表面温度始终比第5点低约8℃，内部最高温度70.7℃，内外平均温差17℃，两点分别在浇注后约40小时达到最高温度，持续约9小时后开始降温。所以在施工过程中应及时清除积水，避免混凝土局部降温。

5．总结

由以上的实例分析看出，在施工过程中加强温度控制是非常必要的，为有效的控制内外温差及温度应力，应注意以下几个方面:

a、尽可能选用中低强度的混凝土，利用60天强度R60，避免用高强混凝土，使用发热量低的水泥；在原材料方面，严格控制骨料的级配，含泥量，使用掺和料，采用缓凝剂，降低水灰比及水泥用量。

b、 凝土浇注之后，做好混凝土的保温保湿，缓缓降温，充分发挥徐变特性，减低温度应力，夏季应注意避免曝晒，注意保湿，冬季应采取措施保温覆盖，以免发生急剧的温度梯度发生。

c、 延长养护时间，规定合理的拆模时间，延缓降温时间和速度，充分发挥混凝土的“应力松弛效应”。

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