大体积混凝土温度监控

大体积混凝土施工温度监控建议

1 大体积混凝土施工温度监控的必要性

对于整体浇筑的大体积混凝土结构，在水泥在水化固结过程中,会产生大量的水化热；另一方面，混凝土是一种不良的导温材料，对于大体积混凝土而言，内部热量不易散发，会形成较高的水化热温升，高的可达40℃以上。在降温过程中，由于非均匀降温而受到自身约束和外部约束。自身约束是内部混凝土的相互约束，产生自生应力，外部约束是来自老混凝土或基础的约束，产生约束应力。自生应力和约束应力都是由变温引起的温度应力。大体积混凝土的温度应力往往会超过混凝土相应龄期的抗拉强度而导致结构产生温度裂缝。温度裂缝的产生不但影响到结构的承载力和设计效果，而且对结构的安全性和耐久性也有重要影响。

所以，对大体积混凝土进行温度控制,防止温度裂缝的产生是建设、设计和施工方都极为关注，已经成为大型桥梁建设中必须面对并认真解决的主要课题。

大体积混凝土工程施工过程中，在内部因素（温度收缩、水化收缩、弹性模量增长、抗拉强度增长）、外部环境条件（气温变化、风速、湿度）、基础约束条件及施工工艺等多种因素的共同影响下，可能产生三类裂缝：表面裂缝、深层裂缝及贯穿裂缝。引起大体积混凝土结构开裂的因素很多，探究温度应力产生的根本原因，主要有以下四个方面：

（1）水泥水化热的影响。由于水泥水化热和混凝土本身的导热性能较差，而形成较大的温差，产生温度应力（拉应力），当混凝土的抗拉强度不足以抵抗这种拉应力时，便出现温度裂缝。

（2）外界气温变化的影响。混凝土内部温度场是水化热的绝热温升、浇筑温度和结构的散热温度等各种温度的叠加。夏季施工时，浇筑温度和气温较高，内部的最高温升值也较高；冬季施工时，大气温度较低，表面混凝土的温度梯度很

大，特别是气温骤降时容易形成“冷击”效应，引起开裂。

（3）混凝土收缩变形的影响。混凝土的收缩变形主要有浇筑初期（终凝前）的凝缩变形、硬化混凝土的干燥收缩变形、自生收缩变形、温度下降引起的冷缩变形以及碳化引起的碳化收缩变形等五种。混凝土的收缩变形越大，收缩变形的分布越不均匀，产生的应力也越大。

（4）约束条件的影响。混凝土结构在变形过程中，必然受到一定的约束，阻碍其自由变形。这种约束分外约束和内约束（自约束）。外约束指结构的边界条件，内约束指结构内部非均匀的温度场或收缩变形分布不均匀而产

生的相互约束。混凝土因变形受到约束而产生拉应力，当拉应力超过其相应龄期的抗拉强度时，便引起开裂。

为确保官山大桥主桥索塔承台和锚碇大体积混凝土结构的施工质量，必须根据工程的实际情况，准确进行温度预测，详尽地进行温度场和应力场分析，合理地制定温控方案，才能避免温度裂缝的产生。

2 温度监控工作组织体系及工作流程

大体积混凝土施工温度控制与业主、监理、监控和施工的各方均有着密切的关系，需要各单位的密切配合与通力协作。为此，在温度控制阶段，成立由大桥的建设单位、设计单位、施工单位、监理单位和监控单位相关负责人组成的“温控管理工作小组”，负责温度控制工作过程中的总体协调工作及管理工作。

大体积混凝土的施工温度控制是一个计算（预测）—→验证（调整）—→修正计算（预测）的系统工程，同时也是一个动态的目标控制问题。在开始施工之前，在全面了解实际工程概况（结构设计、基础地质条件等）、并取得相关资料（混凝土相关物理力学指标、环境气象资料等）的基础上，利用大体积混凝土施工温度控制程序（MIDAS/Civil），根据预定施工方案进行施工各阶段温度场分析及结构应力检算。依据结构应力检算结果，决定施工方案（分层、分块浇筑），拟定温度控制指标值，并合理确定应采取的温度控制措施及控制方案。实际施工过程中，根据温度监测的实测结果，不断调整计算取用参数，修正计算模型，并预测后续各施工阶段结构温度场及应力的变化趋势，调整、完善温控措施，从而实现施工的信息化及大体积混凝土的防裂。

图2.1 Midas/Civil程序水化热计算模块界面

3 温度控制内容

大体积混凝土开裂在本质上主要是混凝土所承受的拉力大于混凝土相应龄期的抗拉强度。因此，为了控制大体积混凝土裂缝的发生和开展，就必须从降低混凝土温度应力和提高混凝土本身的抗拉强度这两方面综合考虑。

为此，大体积混凝土结构的施工温度控制应从混凝土配合比设计阶段即着手开始进行，其主要内容为：（1）优化设计配合比，合理原材料选择；（2）优化施工工艺，加强施工管理；（3）采取降热、保温措施；（4）科学预测、准确监测。

温度控制方法需根据气温（季节）、混凝土内部温度、结构尺寸、约束情况、混凝土配合比等具体条件确定。实际温控指标值将根据工程实际情况、规范要求和施工方案决策计算结果具体拟定。现初步拟定温控指标如下：

（1）混凝土中心和表面温差小于25℃；

（2）表面混凝土与空气最低温度之差小于20℃；

（3）通过现场测试调整进水流量使温度应力有时间释放，以减少温度裂缝，保证降温速率不大于2.0℃/天。

为此，温度控制的主要目标是使大体积混凝土内部的温度场变化按照预想的目标发展，具体可分为：（1）降低最高温升和最高温度峰值；（2）降低表面混凝土的温度梯度，降低内外温差，使混凝土内温度分布尽量均匀，并控制其温度梯度在允许范围内；（3）控制混凝土降温速率，以防出现冷击效应；（4）控制上下层温差，以防止可能出现的层间裂缝；（5）控制基础温差，以防止混凝土可能出现的贯穿性裂缝。

4 温度监测方法及仪器设备

对大体积混凝土进行温度场仿真模拟计算，是从理论上掌握大体积混凝土内部温度发展变化情况和温度应力的发展变化情况，实际施工中将会存在一定的差异，主要原因是计算模型中所取用的相关参数与大体积混凝土实际施工状态不可能完全一致，这就需要对施工过程进行监测，并将监测结果随时与理论计算及其结果进行比较、分析，及时调整参数取值、修正计算模型。

温度测量主要内容包括：

（1）施工体系测量

施工体系测量涉及三个方面的主要内容：混凝土体系、环境体系及施工工艺相关内容。混凝土体系主要包括：配合比试验、绝热温升试验、弹性模量试验、抗压强度和劈裂强度试验等；环境体系主要包括：当地年气温、日气温、寒潮及风速等的变化规律分析，地基基础的稳定温度调查和分析、基础约束情况调查分析等；施工工艺的主体内容包括：实际施工中的总体施工方案、管冷方案、保温方案及混凝土浇筑方案等。

（2）温度场测量

为全面监测混凝土浇筑（分层）、养护过程中承台温度场的变化情况，温度测点的布置应具有代表性，做到既突出重点又兼顾全局，本工程的温度测点的布置形式将综合考虑承台和墩身的结构尺寸、施工方法、冷却水管的布置形式以及温度场模拟计算的结果等因素确定。最终测点布置将根据实际施工方案作适当调整。

（3）环境体系温度测量

环境体系温度测量包括大气温度、冷却水温度。

大气温度测量包括当地季节温差、日气温、寒潮等变化规律的实测分析。选取代表性的冷却水管，在水管进水口、出水口及直线段中部安装温度传感器，测量冷却水的温度。环境体系温度测量与大体积混凝土温度测量同步进行。÷

（4）监测时间和监测频率

混凝土开始浇筑至及水化热升温阶段，每2h测量一次；层间间歇期，水化热降温阶段每天选取气温典型变化时段进行测量，每4h测量一次，直至大体积混凝土的内外温差下降到20℃以内，内部混凝土温度变化趋于平缓。

（5）监测的仪器和设备

温度测量采用JMT-36智能型温度传感器，测试灵敏度0.1℃，测试精度

0.5℃，温度测量范围-40℃～125℃，该传感器采用半导体材料制作，测量结果不受导线长度影响。测试仪器采用的JMT-512多点自动温度测试仪，该系统可任意配接1-8个AMT-64或AM-32多点自动温度集线箱组成32～512个点的自动温度监测系统。系统的任意通道均可配接电压输出型的半导体温度传感器或其它电压型温度传感器，测试分辨率0.1，通过RS-232标准串行接口与计算

机连接进行全天后自动温度监测。仪器配置无线传输模块后，通过移动通讯网络，可实现长距离的数据无线传输。

5 成果的提交

（1）在全面了解施工情况后，进行施工方案决策计算，并通过仿真计算确

定总体施工方案（分层、分块）、温度控制指标值和温控措施、方案；（2）每阶段施工，提供温度实际测量结果，并提出相应的温控措施建议；（3）施工过程中，根据温度监测结果，对仿真模型进行修正计算；（4）现场温控工作结束后，提供温控总结报告。