防汛墻底板大體積混凝土溫度控制與監(jiān)測

彭 潛，姚順雨，劉占領(lǐng)，楊萬倫

(上?？睖y設(shè)計研究院有限公司，上海 200434)

大體積混凝土結(jié)構(gòu)是現(xiàn)代化建設(shè)過程中廣泛采用的一種結(jié)構(gòu)形式，尤其在水利工程、交通及水運工程領(lǐng)域發(fā)揮重要作用[1]。因混凝土澆筑方量大，且多為一次性連續(xù)澆筑，在硬化過程中，水泥水化反應(yīng)產(chǎn)生大量水化熱，而混凝土材料是熱的不良導(dǎo)體，熱阻大，熱量聚集在內(nèi)部不易散發(fā)，表面散熱較快，從而在其內(nèi)部和表層形成較大溫差。當(dāng)溫差超過一定限值，將產(chǎn)生溫度應(yīng)力，當(dāng)溫度應(yīng)力超過混凝土自身的抗拉強度時，會在混凝土表面產(chǎn)生溫度裂縫。溫度裂縫產(chǎn)生后，將對結(jié)構(gòu)的抗?jié)B性、耐久性、整體性、承載能力等方面均產(chǎn)生不利影響。為避免大體積混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生溫度裂縫，在施工過程中采取溫控措施和溫度監(jiān)測是確保大體積混凝土工程質(zhì)量非常重要的措施[2-6]。

本文以黃浦江某施工段防汛墻底板大體積混凝土溫度監(jiān)測施工為例，根據(jù)現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)對該問題進行分析，初步實踐證明針對大體積混凝土施工所采取的一些措施在實際施工中具有指導(dǎo)意義。

1 工程概況

黃浦江某施工段綜合改造工程新建及改建防汛墻全長43 m，防汛墻底板尺寸為43.0 m×7.6 m×1.0 m，為大體積混凝土結(jié)構(gòu)形式，工程區(qū)平面布置見圖1。

圖1 工程區(qū)平面布置

本工程防汛墻工程等別為Ⅰ等，永久性防汛墻采用黃浦江1 000年一遇高潮位(1984年批準(zhǔn))設(shè)防，非汛期臨時防汛墻采用非汛期200年一遇標(biāo)準(zhǔn)。

2 大體積混凝土溫度控制與監(jiān)測

混凝土的裂縫是絕對存在的，無裂縫是相對的。所謂的大體積混凝土結(jié)構(gòu)裂縫在一般的工業(yè)和民用建筑中是指結(jié)構(gòu)中寬度大于0.05 mm的裂縫[6]。

大量研究表明[6-12]，溫度荷載是導(dǎo)致大體積混凝土結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的主要原因，而造成溫度裂縫的原因有兩類：第一類是混凝土自身特性所引起的，混凝土在凝結(jié)過程中產(chǎn)生的大量水化熱導(dǎo)致內(nèi)部溫度升高；第二類是外部環(huán)境變化所引起的，包括環(huán)境溫度、日照、寒潮、水溫等影響因素。

擬對該工程區(qū)大體積混凝土底板進行溫度控制技術(shù)措施與溫度監(jiān)測，避免有害裂縫的出現(xiàn)，進而指導(dǎo)后續(xù)施工。

2.1 溫度控制

大體積混凝土溫度控制技術(shù)主要措施可參考如下：①優(yōu)化混凝土配合比，降低絕熱溫升值；②控制入模溫度；③埋設(shè)冷卻水管并注意澆筑后養(yǎng)護。

為優(yōu)化混凝土配合比，水泥用量、砂率、骨料級配的選擇至關(guān)重要。水泥用量決定著水化熱釋放量，用量過大，會釋放過多水化熱，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)物內(nèi)部急速升溫，與表面或外界環(huán)境形成溫差，里表溫差會形成拉應(yīng)力，當(dāng)混凝土前期強度較低時，不足以抵抗拉應(yīng)力，就會導(dǎo)致裂縫形成。合理的砂率將避免混凝土內(nèi)部受力不均勻出現(xiàn)局部裂縫，且避免表面產(chǎn)生干縮裂縫。骨料級配影響這混凝土和易性的好壞，當(dāng)骨料級配差則導(dǎo)致拌合物和易性差。推薦選擇粒徑較大、顆粒形狀較好、熱學(xué)性能好且級配良好的骨料，控制水灰比，減少混凝土缺陷?？稍诨炷涟韬衔镏刑砑永w維提高混凝土的抗裂性，阻止裂縫發(fā)展。

為控制入模溫度：①在泵管的整個長度范圍內(nèi)覆蓋一層麻袋，定時噴灑冷水降溫，以減少混凝土泵送過程中吸收太陽的輻射熱；②在混凝土制備過程中加碎冰等量替代，每方混凝土加100 kg冰屑，控制入模溫度小于30℃。

為保證工程質(zhì)量，加快工程施工進度，冷卻水管法是大體積混凝土溫控常用措施之一，在混凝土中預(yù)埋一些網(wǎng)狀水管，利用管中循環(huán)冷卻水的流動來降低混凝土內(nèi)部溫度[13-15]。

本工程通過與某工程檢測中心共同合作優(yōu)化混凝土配合比，并嚴(yán)格控制骨料的規(guī)格和質(zhì)量[16]。最終選用5.0～31.5 mm的連續(xù)級配碎石，砂率控制為35%，防汛墻底板C35P10混凝土優(yōu)化配合比為水∶水泥∶砂∶石∶F類Ⅱ級粉煤灰∶聚羧酸高效減水劑=0.45∶0.82∶1.88∶2.59∶0.12∶0.012，并采用加冰屑等措施控制入模溫度。

2.2 測點布置

測溫點埋設(shè)應(yīng)選擇溫度變化較大的地方，即溫差變化較大、受環(huán)境影響較大、易散失熱量的部位及絕熱溫升最大和收縮應(yīng)力最大的地方。上下測溫點均位于距混凝土表面50 mm處，中間測點位于混凝土底板厚度的中心處。

防汛墻底板形狀為長方形，距離底板邊緣50 cm進行設(shè)點，其中沿長度方向設(shè)5個測位，沿寬度方向設(shè)3個測位，共設(shè)測位15個，測位編號D1—D15，每個測位沿厚度方向設(shè)在混凝土的表層、中心及底層3個測點，測點編號D1-1—D1-3，共計45個測點，溫度測點布置示意見圖2，在綁扎底板鋼筋時進行埋設(shè)，現(xiàn)場安裝見圖3。

圖2 溫度測點布置示意(cm)

圖3 溫度測點現(xiàn)場安裝

測點采用K型熱電偶，量程-30℃～130℃，測溫誤差小于等于±0.5℃，配以TES1310型數(shù)字測溫表進行測讀。

混凝土施工過程中對混凝土拌合物入模溫度、表層溫度、中心溫度、底層溫度、環(huán)境溫度等參數(shù)進行監(jiān)測。

混凝土拌合物入模溫度及環(huán)境溫度則通過手持式電子測溫儀進行監(jiān)測，每隔1～2 h對各個測溫點進行測溫。

2.3 監(jiān)測方法及控制原則

綁扎底板鋼筋時宜埋設(shè)溫度測點，熱電偶和傳輸導(dǎo)線應(yīng)有一定的防護措施，防止施工過程中損壞傳感器和電纜。

在底板混凝土澆筑時開始測溫，前兩天每2 h測溫一次，晝夜連續(xù)跟蹤監(jiān)測，測得溫度最高值以后，減少監(jiān)測頻次至4 h一次，并繼續(xù)監(jiān)測48 h，之后按8 h一次的監(jiān)測頻次繼續(xù)觀測48 h，后期每24 h監(jiān)測一次的頻次監(jiān)測3次。

根據(jù)《大體積混凝土溫度測控技術(shù)規(guī)范》[17]要求，在溫度監(jiān)測過程中，當(dāng)出現(xiàn)降溫速率、表里溫差超過下列規(guī)定時應(yīng)自動報警，并及時調(diào)整和優(yōu)化溫控措施：①降溫速率大于2.0℃/d或每4 h降溫大于1.0℃；②表里溫差控制值應(yīng)符合表1規(guī)定。

表1 混凝土表里溫差控制值

當(dāng)混凝土的降溫速率和表里速率滿足以上要求，且混凝土最高溫度與環(huán)境最低溫度之差連續(xù)3 d小于25℃時，可停止溫度監(jiān)測。

3 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

對15個溫度測位均繪制各測點的溫度變化曲線，并選取有代表性的過程線見圖4—7；并統(tǒng)計部分測位不同時間的內(nèi)表溫差及表面與環(huán)境溫差見圖8—9。

圖4 D1溫度測點過程線

圖5 D5溫度測點過程線

圖6 D10溫度測點過程線

圖7 D15溫度測點過程線

圖8 D1-1與D1-2溫差統(tǒng)計

圖9 D9-1與D9-2溫差統(tǒng)計

圖4—9實測數(shù)據(jù)與統(tǒng)計結(jié)論如下。

a)不同部位的溫度表現(xiàn)出相同的規(guī)律，即混凝土中部溫度最高、底部其次、表面最低。

b)混凝土內(nèi)部在澆筑完畢后的26 h內(nèi)溫度急速上升，直至到最高溫度70℃左右，之后內(nèi)部溫度開始下降，溫度下降前期，降溫速度略快，初步分析認(rèn)為與防汛墻該底板位于潮差區(qū)有關(guān)，后期各溫度曲線下降速率較為平緩。

c)各測位內(nèi)表溫差均未超出20℃，底板澆筑完成連續(xù)3 d表面與最低氣溫差均小于25℃，均滿足規(guī)范控制要求。

d)現(xiàn)場混凝土澆筑時間控制得當(dāng)，底板澆筑平整度由專人控制，拆模后混凝土表面未出現(xiàn)溫度裂縫，既驗證了設(shè)計及溫控施工措施的合理性，又使底板混凝土質(zhì)量得到了保證。

4 結(jié)語

a)大體積混凝土幾何尺寸較大，能夠保證足夠的強度和剛度；但施工過程中技術(shù)難度大，關(guān)鍵在于控制溫度裂縫及施工質(zhì)量，采取相應(yīng)的溫控措施及溫度監(jiān)測尤為必要。

b)本工程防汛墻底板大體積混凝土施工選用5.0～31.5 mm的連續(xù)級配碎石，砂率控制為35%，防汛墻底板C35P10混凝土優(yōu)化配合比為水∶水泥∶砂∶石∶F類Ⅱ級粉煤灰∶聚羧酸高效減水劑=0.45∶0.82∶1.88∶2.59∶0.12∶0.012。

c)通過防汛墻底板大體積混凝土溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)分析可知：①不同部位的溫度均表現(xiàn)為混凝土中部溫度最高、底部其次、表面最低；②混凝土內(nèi)部在澆筑完畢后的26 h內(nèi)溫度急速上升，直至到最高溫度70℃左右，之后內(nèi)部溫度開始下降，溫度下降前期，降溫速度略快，是因為防汛墻該底板位于潮差區(qū)，起到降溫的作用；③各測位內(nèi)表溫差均未超出20℃，底板澆筑完成連續(xù)3 d表面與最低氣溫差均小于25℃，拆模后混凝土表面未發(fā)現(xiàn)溫度裂縫，既驗證了設(shè)計及溫控施工措施的合理性，又為后續(xù)項目開展提供寶貴監(jiān)測數(shù)據(jù)。