大體積混凝土施工溫度的測量和控制

中鐵一局集團建筑安裝工程有限公司   李鴻峰

    一、前言

當代建筑規模越來越大，大體積混凝土結構的應用越來越普遍。如何制定可行的大體積混凝土施工方案及在施工過程中采取有效的降溫措施保證大體積混凝土的質量顯得尤為重要。由于大體積混凝土由于截面大、水泥用量大、內外溫差大、溫度收縮應力大，很容易導致大體積混凝土裂縫產生。依據大體積混凝土施工規范(GB50496-2009)，做好大體積混凝土測溫、大體積混凝土降溫及養護，是保證大體積混凝土施工質量的關鍵因素。

二、工程結構及概況

渭河家苑住宅小區工程由兩棟高層住宅樓1#、2#組成，建筑工程等級為一級，總建筑面積27885.2m2。基礎為梁板式筏形基礎，渭河家苑住宅小區1#、2#樓工程筏板高度為1200mm，澆筑量約為2280m3，混凝土強度等級為C40，抗滲等級為P8。基礎梁寬度為600mm,高度為1750mm, 澆筑量約為800m3 ,混凝土強度等級為C40，抗滲等級為P8。該工程基礎筏板屬大體積混凝土結構，且強度較高，水泥水化熱大，內部熱量不易散發，易產生溫度裂縫。渭河家苑住宅小區1#、2#樓的基礎筏板混凝土施工時需進行溫度計算、測溫及控溫，確保基礎筏板混凝土施工質量，杜絕大體積混凝土溫度裂縫。

三、大體積混凝土溫度控制計算

混凝土澆注時間在2011年3月中下旬，考慮氣溫變化情況，預測施工日平均溫度在17℃左右。依據大體積混凝土施工規范（GB50496-2009）、建筑施工手冊(第四版)對基礎筏板混凝土結構進行溫度計算，以混凝土C40P8配合比計算混凝土拌合溫度，每方混凝土原材料重量、溫度、比熱及熱量如下：

表1：渭河家苑住宅小區梁板式筏形基礎C40P8混凝土配合比

1、混凝土的拌合溫度：

TC =∑Ti.W.C/∑W.C=39218.01/2546.88=15.40℃

2、混凝土的出罐溫度：

TZ=TC=15.40℃

3、混凝土的澆注溫度：

從商品混凝土攪拌站到澆注裝卸料兩次：

A1 =0.032×2=0.064。

由攪拌機出料到澆注地點1h:

A2=0.0037×60=0.222。

澆注完畢需20分鐘：

A3=0.003×20=0.06。

則∑A= A1+ A2+ A3=0.346。

混凝土的澆注溫度:

Tj= TC+(Tq- TC).∑Ai=15.40+（17-15.40）×0.346=15.95℃

4、混凝土的絕熱溫升計算：由于3天時水泥的水化熱最大，故計算3天時混凝土的絕熱溫升，普通水泥每公斤發熱量Q0=360kj/kg，混凝土摻合料為粉煤灰80kg和礦渣粉80kg。當粉煤灰和礦渣粉雙摻時，調整Q，

Q=K.Q0 =(K1+K2-1).Q0 =(0.95+0.93-1) ×360=316.8

通過計算和查表可以知道粉煤灰K1=0.95、礦渣粉K2=0.93。

粉煤灰、礦渣粉和外加劑都屬于膠凝材料。在水化熱計算時，其質量計入水泥質量中，當Tj=15.95℃時，查表知混凝土3天時,（1-e-mz）=0.801,故混凝土最大絕熱溫升：

Tτ=W.Q.（1-e-mz）/C.ρ=（284+160+34.7）×316.8×0.801/（0.92×2440.7）=54.09℃。

5、混凝土內部最高溫度：

Tmax=Tj+Tτ.§=15.95+54.09×0.80=59.22℃。

6、混凝土的表面溫度：基礎混凝土側模采用竹膠板拼模，混凝土表面保持潤濕，采用薄膜覆蓋，在蓋20～50mm的棉氈保護。

則：ß=1/∑(di/li+1/ßq）=1/∑(0.05/0.36+1/23)=5.483

混凝土的虛鋪厚度

ha=k.(l/ß)=0.666×2.33/5.483=0.283m

混凝土的計算厚度：

H=h+2.ha=1.75+2×0.283=2.316m

混凝土的表面溫度：

Tb(t)=Tq+4.ha.(H-ha).[Tmax-Tq]/H2

=17+4×0.283×(2.316-0.283)×[59.22-17.0]/2.3162=35.11℃

7、結論：混凝土內部最高溫度與表面溫度之差:

△T1=Tmax-Tb(t)=59.22-35.11=24.11℃<25℃；

混凝土的表面溫度與大氣溫度之差為:

△T2= Tb(t)-Tq=35.11-17=18.11℃<20℃；

經過溫度控制計算，凝土內部溫度和表面溫度差小于25℃、表面溫度和大氣平均溫度差均小于20℃，則混凝土表面不會出現裂縫，故不需要措施，即可保證質量。施工中內外溫差均滿足規范要求，為了更加清楚的掌握大體積混凝土的溫升和溫降的變化規律，需對混凝土澆注進行溫度檢測控制，以便及時發現混凝土澆注時出現的問題，保證大體積混凝土施工的質量。

  四、施工方法和溫控措施

1、混凝土水平分層澆筑，測溫點均勻分布12個。（見圖1:溫度測點布置示意圖）基礎梁深為1750mm，每點分三層布置，表層測溫點埋深80mm，中間測溫點埋深850mm，,底層測溫點埋深1600mm。

圖1:溫度測點布置示意圖

2、測溫采用熱電偶電子測溫儀（圖2: 熱電偶電子測溫儀傳感器），溫度計選用熱電阻傳感器溫度計。

圖2: 熱電偶電子測溫儀傳感器

3、基礎混凝土側模采用竹膠板拼模，澆筑混凝土面層初凝，混凝土表面保持潤濕，采用薄膜覆蓋二層，再覆蓋20～50mm的棉氈保護。

4、熱電偶電子測溫儀采用綁扎絲分三段固定在剪力墻插筋上，混凝土初凝后每隔2h測溫一次，混凝土表面溫度、內部溫度、底部溫度均小于20℃，停止測溫。

5、在室外設置測溫計，同時測設大氣溫度。測溫工作由試驗員負責進行，每次測溫完畢后對數據進行處理，如果溫差出現大于20℃時，采取相應措施，加蓋棉氈，防止熱量流失過快，溫度降溫速率過大，防止混凝土產生溫差應力和裂縫。

五、測溫記錄及數據分析

1、測溫記錄

測溫工作分施工段進行，1#樓一測溫段，2#樓為另一測溫段，1#樓11月25日0：00開始測溫，12月6日4：00結束，表面最高溫度 51℃，中部最高溫度62℃，下部最高溫度45.0℃。2#樓11月29日20：00開始測溫12月9日20：00結束，表面最高溫度51℃，中部最高溫度59℃，下部最高溫度44℃。從初凝起每隔2h測溫一次，當混凝土表面溫度、內部溫度差、底部溫度均小于20℃，混凝土溫度正常，停止測溫。

圖3：渭河家苑小區住宅1#樓工程筏板基礎測溫圖

圖4：渭河家苑小區住宅2#樓工程筏板基礎測溫圖

2、總結

由以上的實例分析看出，在施工過程中加強溫度控制是非常必要的。為有效的控制內外溫差及溫度應力，應注意以下幾個方面:

（1）設計措施

1）精心設計混凝土配合比。在保證混凝土具有良好工作性的情況下，應盡可能降低混凝土的單位發熱量 。

2）在結構設計中應充分考慮施工時的氣候特征，合理設置后澆縫。

 （2）原材料控制措施

 1）盡量選用低熱或中熱水泥。在條件許可的情況下，應優先選用收縮性小的或具有微膨脹性的水泥。因為水水泥化后期預壓應力可部分抵消溫度徐變應力，減少混凝土內的拉應力，提高混凝土的抗裂能力。  

 2）適當摻加粉煤灰。粉煤灰可以降低膠凝材料體系的水化熱，提高混凝土的抗拉強度，抑制堿骨料反應，減少新拌混凝土的泌水等。  

 3）選擇級配良好的骨料。摻加大塊石不僅減少了混凝土總用量，降低了水化熱，使水化熱能進一步降低，對控制裂縫有一定好處。 

  4）適當選用高效減水劑和引氣劑，這對減少大體積混凝土單位用水量和膠凝材料用量，改善新拌混凝土的工作度 。  

 （3）施工方法控制措施  

 1）大體積混凝土施工時內部應適當預留一些孔道，在內部通循環冷水或冷氣冷卻。

2）應加強混凝土的澆灌振搗，提高密實度。盡可能晚拆模，拆模后混凝土表面溫度不應下降15℃以上。

3）采用兩次振搗技術，改善混凝土強度，提高抗裂性。還可根據具體工程特點，采用uea補償收縮混凝土技術。

4）混凝土表面保持潤濕，采用薄膜覆蓋二層，在蓋2～5cm的棉氈保護，以免發生急劇的溫度梯度發生。

大體積混凝土結構裂縫預防和控制是一項系統工程,必須以材料、設計、施工和維護四個方面加以綜合解決，重點要做好大體積混凝土測溫、大體積混凝土降溫及養護。在渭河家苑小區住宅樓工程基礎筏板大體積混凝土結構施工過程中，經過混凝土配合比優化、合理的混凝土施工工藝、通過熱電偶測溫對大體積混凝土的內部及外部溫度進行精確測量和控制，混凝土表面溫度和內部溫度差、內部和底部溫度差均小于20℃，混凝土溫度及降溫速率正常。基礎筏板大體積混凝土結構經檢查，未出現溫度裂縫現象。較好地保證大體積混凝土施工質量，達到了預期的施工效果并且對后繼工程有了很好的技術和施工經驗積累。  

 (本文來源：陜西省土木建筑學會   文徑網絡工程項目投資中心：劉紅娟 尹維維 編輯  劉真 文徑 審核)