大体积混凝土的温度控制和监测技术

大观天下二期高层西区1#楼工程大体积混凝土温控方案

湖北远大建设集团有限公司

1、工程概况

本工程基础筏板厚度为1400mm，砼强度等级为C35，抗渗等级为P6的抗渗砼。根据《砼施工手册》规定，砼结构单面散热厚度超过800mm，双面散热厚度大于1000mm的，预计其内部最高温度超过25℃的结构称为大体积砼结构工程，其施工应按大体积砼考虑。作为大体积砼，解决施工过程中混凝土产生的温度裂缝是大体积混凝土施工质量控制的关键之一，其施工的重点难点之一就是如何有效地控制混凝土温度变形裂缝的发展，从而提高混凝土的抗渗、抗裂、耐久性等性能。因而控制施工期间大体积混凝土内外温度差值，防止因混凝土内外温差过大而产生温度应变裂缝，显得尤为重要。

2、大体积混凝土温度控理论分析

大体积混凝土温度控制是确保大体积混凝土不产生微裂缝的主要因素，它必须由混凝土配合比设计、温度控制计算、混凝土测温以及混凝土的覆盖保温、养护等技术手段和措施才能实现。在绝热条件下，混凝土的最高温度是浇筑温度与水泥水化热温度的总和。但在实际施工中，混凝土与外界环境之间存在热量交换，故混凝土内部最高温度由浇筑温度、水泥水化热温度和混凝土在浇筑过程中散热温度三部分组成，如下图所示。

在施工中，我们主要控制的是混凝土内部温度和表面温度的差值、混凝土表面与环境温度的差值，使二种温度差值满足规范的要求，即通过合理措施有效地控制或降低混凝土的损益温度、绝热温升、浇筑温度，确保混凝土内外温度差≤25℃。经过对混凝土温度组成因素进行理论上分析，影响混凝土温度控制的主要因素如下：

1、混凝土绝对温升是指水泥水化热，选择适当品种水泥，以控制水泥水化热能，可有效控制混凝土绝对温升。

2、合理有效的保温措施可以降低混凝土的内外温度差值，达到设计温差要求，是大体积混凝土温度控制的关键因素之一。

3、环境温度过低，增加混凝土拌和温度，从而能有效地控制混凝土入模温度，是大体积混凝土温控关键因素之一。

3、大体积混凝土温度控制措施

通过对大体积混凝土温度控制理论分析，有效混凝土内外温差的主要措施如下：

1、由于普通水泥水化热高，应选用低水化热42.5矿渣硅酸盐水泥，降低水泥水化热能，减少混凝土绝对温升.

2、在混凝土中应掺加NF-AII外加剂，防止早期混凝土温度应力过大产生应变裂缝。另外，在满足设计标号和坍落度的条件下，尽可能减少水泥用量，减少水化热，降低混凝土的绝对温升。

3、采用对砼原材料进行加热，以提高砼的入模温度。

4、采用合理有效的保温措施。考虑为了使底板混凝土表面与环境冷空气之间形成一个温差过度区，防止混凝土内部温度与表面温度出现过大温度差值，采用在砼表面覆盖一层塑料薄膜，一层土工布的保温保湿措施。

5、采用系统的管理机制，有效控制，确保各项温控技术措施有效落实，施工中将保温措施和控制温度编制成册，下发至混凝土搅拌站和施工管理人员，要求严格按措施进行施工控制。

4、大体积混凝土热工计算

A、简述

本工程基础底板厚达1400，采用C35、P6抗渗混凝土，面积791m2。本节除进行必要的热工计算及抗裂度验算外，还将根据结论进行进一步的措施，以确保底板混凝土浇筑质量，满足抗渗要求。

B、计算参数取定

参考混凝土配合比为水泥：430Kg，粉煤灰76 Kg，砂651Kg，石子1047Kg，水173Kg，NF-AII外加剂（施工时将根据实验确定）。根据混凝土的温度变化曲线，新浇混凝土在第三天水化热引起的混凝土内部温度最高，其温差应力较大，因此，以龄期d=3天为计算参数。

C、热工计算

a、砼浇筑后三天的绝热温升：

根据砼温度变化曲线以及以往工程测温记录可知砼浇筑三天后其温度最高，所以计算以龄期T=3天计算。

Tｉ=WCQ/Cρ×0.83+F A/50

=430×335÷2400×0.83+60/50

=51.1℃

其中：Q为425#矿渣水泥的发热量335KJ/Kg

b、砼内最高温度：

Tmax=Tｊ+Tｉξ=12+51.1×0.8=52.9℃

混凝土的浇筑温度按12℃度计算，基础底板厚度1.4m，降温系数ξ=0.8。

c、砼表面三天后温度

T(b)三天=Tq+4/H2×h′(H—h′)ΔT（三天）

以上式中:

Tq----大气平均温度取13℃

Q-----每公斤水泥的水化热取335kJ/Kg

H-----混凝土的计算厚度（m），H=h+2h′

h------砼的实际厚度1.4m

h′-----砼的虚厚度h′=Kλ/β

T------砼浇筑后至计算时的天数为3天

λ-----砼的导热系数取2.33 W/MK

K------计算折减系数，取0.666;

β-----模板及保温层的传热系数（W/M2K）

β值是与δi、λi、βq有关的模板及保温层的传热系数(保温材料考虑一层塑

料布，一层彩条布，两层草帘子δi=0.03m、λi = W/MK)

β=1/（Σδi/λi +1/βq）=0.775

h′=Kλ/β=0.666×2.33÷2.5=2

H=h+2h′=2.3+2×2=6.3

βq--空气传热系数，取23W/M2K

ΔT（三天）--是龄期t=3天时，混凝土内最高温度与外界气温之差（℃）

ΔT（三天）= Tmax-Tq=50.2+4.3=54.5℃

T（b）(三天)=13+4÷6.32×2×(6.3-2)×54.5

=60.4℃

d、砼内外温差：

砼表面与内部温差：

T（3）=Tmax-T(b)(三天)=60.4-52.9=8.5℃＜25℃

因此保温层内温度与混凝土表面温度差小于25℃，满足要求。

(2)混凝土综合蓄热法热工计算

混凝土养护采用综合蓄热法养护，一层塑料布、一层彩条布、两层草帘子。

草帘子保温材料的热工参数：

导热系数λ1=0.15w/mk 厚度：δi=25mm

保温层总传热系数k

k=3.6/(0.04+Σδi/λi)=9.05 KJ/m2.h.k

A．冷却时间及平均温度计算

气温条件与参数：

施工早期前三天平均气温T m，a =13℃；结构表面系数M=6.2m-1；保温层总传热系数K=9.05 KJ/m2.h.k；矿渣硅酸盐水泥用量m ce=400kg/m3；水泥积累最终总放热

量Q ce=240kJ/kg；水泥水化速度系数V ce=0.013h-1；砼比热容Cc=0.96kJ/kg；砼密实度

ρc=2400kg/m；透风系数ω=1.8；砼入模温度To=7℃。

计算所需三个参数

θ=（ωKM）/（V ce Ccρc）=（1.8×9.05×6.2）/(0.013×0.96×2400)=3.24 φ=(V ce Q ce m ce)/( V ce Ccρc-ωKM)=(0.013×240×400)/( 0.013×0.96×2500-1.8×9.05×6.2)

=-17.88

η=T O- T m，a+φ=7-（-4.3）+（-17.88）=-6.58

将砼θ、φ、η代入如下公式，计算砼冷却至0℃时间t0。

T=ηe-θVcet-φe- Vcet+ T m，a =-6.58e-3.25×0.013t+17.88 e-0.013t-4.3

当t=82h时,T=-0.091℃≈0℃

结论:当t=82h时,即当砼浇注82h后,砼温度达到0℃.

计算冷却过程平均温度

T m=(φe- Vcet-ηe-θVcet/θ+η/θ-φ)/V ce t+ T m，a

T m={-17.88e-0.013×82+6.58 e-4.5×0.013×82/3.24-6.58/3.24+17.88}/(0.013×

70)+13=20.7℃

B.用成熟度法推算达到0℃时的临界强度

M=∑(T+15)△t f=kae-b/M

式中:

M—砼的成熟度

T—砼养护温度

—养护时间

△t

f—砼强度

K—系数，取0.9

a、b—经验回归系数，查表a=25.63,b=850.1

则:M=(3.2+15)×82=1492.4

f=0.9×25.63×e-850.1/1425.6=13.2(MPa)

超过<<建筑工程冬期施工规程>>所规定的临界强度4.0 Mpa的要求。

结论：完全满足《建筑工程冬期施工规程》要求

C.砼入模温度Tm的验算

砼泵送施工，在大气温度在-5℃至0℃时，泵管用一层草帘子包裹保温，大气温度低于-5℃时用两层草帘子包裹保温。

（1）砼泵送的温度损失按下列计算

Ts=0.01208K△Tt

Ts砼在泵送过程的温度损失

K泵管的保温传热系数(KJ/m2hk):

- T m，a

△T=T0

T0砼自罐车中倾出时的温度:

T m，a施工时平均温度

K=1/R0

R0= R1+ R2

泵管λ1=58W/mk d1=0.01 R1=0.01/58.2=0.00017

一层草帘子保温 R2=3.571

R0=0.00017+3.571=3.573

K=1/3.573=0.28×3.6=1.01 KJ/m2hk

- T m，a=20.7-13=7.7℃

△T= T0

t 砼在泵管中的停留时间(min),取3

Ts=0.01208×1.01×19.3×3=0.7℃

(2)砼浇筑过程的温度损失,查<<冬期施工手册>>在砼拌合物温度与环境温度差在25℃

时T JS=3℃

D.计算结果综合性结论

通过对本工程综合性蓄热法有关热工计算表明,本工程所采取的技术措施方案可满足<<建筑工程冬期施工规程>>要求，施工期间环境温度，砼的临界强度均能满足冬施砼的施工质量。

5、大体积混凝土温度测设技术

5.1、大体积混凝土测温技术简述

温度是确定物质状态的重要参数，大体积混凝土温度的监测目的一方面是掌握结构每个不同部位的测点连续的、单值的温度变化的数字，另一方面是了解和掌握混凝土内部温度场的变化值，依据这些情况以便及时的采取合理的结构保温措施，减少混凝土表面温度的散失，确保混凝土内外温度差值控制在规范要求的≤25℃，防止因混凝土内外温差过大而导致产生温度应力应变裂缝的产生和发展。在大体积混凝土工程中，需要进行温度控制和监测的项目很多，例如混凝土各组成材料的原始温度，混凝土的拌和温度、入模温度和浇筑温度等，以及为了正确掌握混凝土结构或试件的热性能，在混凝土中进行水化热温度的测定。了解混凝土浇筑后温度场的变化情况，对于大体积混凝土施工是很必要的，因为通过混凝土浇筑后温度的测定可以了解混凝土温度变化情况、混

凝土温度差值是否满足设计要求，进而确定混凝土施工质量。这种温度测定的监测范围较广，测温的精度要求比较高，从某种意义上说，混凝土入模后温度变化是否具有真实性和代表性，主要取决于温度检测手段的可靠性和正确性。

5.2、测温方案及测点布置

1、测温方案

本工程采用采用北京建工研究院生产的JD2-2型便携式建筑电子测温仪，其测温精度为±1.2℃，其原理是利用热电效应的关系量测测体温度，具有测量精度高、测点布设方便等特点，能够满足大体积混凝土温度测设要求，它是通过预埋固定在混凝土内的测温导线，导线一头伸出混凝土结构外侧，再通过配套的显示仪表读测数据。砼浇筑过程中，应检查引出测温导线是否正常，并加保护和标识。测温时按测温点编号顺序进行，读数准确，快速，并记入测温记录，同时将测温点用保温材料原样覆盖好。

2、测点布置

为了全面反映、了解大体积混凝温度场的变化情况，应根据结构物的具体情况埋设测温点，测温点的位置必须具有代表性。应从浇筑结构的断面尺寸、平面尺寸进行测点布置，在浇筑高度方向上的测点距离一般为500～800㎜，在平面尺寸上一般为8000㎜，测温点距边角应大于50㎜。另外，为积累大体积混凝土的温度资料，施工时，还可有针对性地增加一些布点。结合本工程的结构特征和具体情况，确定总体布置方案详见测温点布置如下图所示：

5.3、测温方案实施

对于混凝土的测温时间及测温频度，目前尚无具体规定，根据混凝土初期生温较快，混凝土内部的温升主要集中在浇筑后的3～5d，一般在3d之内温升可达到或接近最高峰值。另外，混凝土内部的最大温升，是随着结构物厚度的增加而增高根据工程实际情况和结构特点，确定确定的测温项目和测温频度如下：

1)、记录搅拌车中倒出时的混凝土温度，每3h测记一次;

2)、施工现场大气环境温度，每2h测记一次;

3)、混凝土浇筑完成后，立即测记混凝土浇筑成型的初温度，以后按以下要求测记：

第1--5d 每2h测记一次;

第6--15d 每4h测记一次;

以后每8h测记一次。

大体积混凝土施工温度测记要设专人负责，并做出测温成果即做出温度变化曲线图，及时做好信息的收集和反馈工作，遇有特殊情况（气温骤降或混凝土内外温差接近25℃时）要及时报告现场主管技术工程师，采取紧急保温措施。

4.4、测温数据的整理统计及分析

大体积混凝土施工期间，应注意天气及气温的变化，而且要有专人负责，对现场环境温度、混凝土搅拌原材料温度、混凝土的拌和温度进行经常性测温，并对测温记录的原始数据进行整理和分析，以便对大体积混凝土的施工控制温度进行前期预控，保证大体积混凝土的质量。在大体积混凝土浇筑施工前10天，应连续对对现场环境温度、混凝土搅拌原材料温度进行测记，并对原始的记录数据进行数理统计分析，画出每日温度变化曲线图、各种原材料的温度变化曲线图，通过数学平均法做出一个搅拌原材料温度与环境温度影响关系曲线，通过一些以往施工经验分析出的每日特定时刻环境温度与原材料温度影响系数，用几何平均法计算出该阶段内环境温度对各种原材料温度影响平均系数（k i），即可根据该系数（k i）和气象的气温预报（T q℃）推算出一个较为准确的混凝土施工期间的各种原材料温度可能温度值（T i℃），再通过混凝土热工计算进行大体积混凝土的施工温度控制，确保大体积混凝土工程的施工质量。同时为了今后类似工程积累施工经验，收集资料，要求对记录数据和施工过程情况进行统

计、分析和整理，分门别类列表或绘制变化曲线等，从施工的各个方面和专业认真总结出一套比较完整的经验资料，并尽可能的进行刊登和学术交流，指导和借鉴今后施工管理工作。