底板大体积混凝土温度监测与养护实例

  一、概述 
  基础底板大体积混凝土的温控施工中,除应进行水泥水化热的测定外,混凝土有浇筑温度、混凝土养护温度等几种温度概念。 
  (1)浇筑温度。混凝土浇筑温度系指搅拌后的混凝土熟料,经运输、捣后的温度。现场测量一般是取位于混凝土上表面以下1mm深处的温度。 
  (2)混凝土的养护温度。混凝土养护温度系指混凝土振捣完成后进入保养期的混凝土相关几个温度,包括对混凝土的块体所进行的升温、降温、内外温差、降温速度及环境温度等监测所得到的温度数值。在实际选择监测点时一般有三个数值,即上部温度、中部温度和下部温度,见图一。其中需明确几个温度概念 
  图一 内部温度探测点的深度剖面 图二 混凝土板的最高温度点 
  1)混凝土的上部温度(也可称为表面温度)。在现场实际测量混凝土的上部温度时,一般有三种测量表面温度的选点位置。 
  ①将测温点放在混凝土表面处所测得的温度数值。 
  ②将测温点放在混凝土保护层(一般为35mm)处的测温值。 
  ③将测温点放在混凝土表面下1mm处的测温数值。 
  2)混凝土中部温度。混凝土中部温度也是代表混凝土的内部温度,同时一般也代表大体积混凝土内部的最高温度。在工程施工实践中一般是以混凝土块体厚度的中心测点所测得的温度来表示混凝土的内部温度。但实际工程中有混凝土的最高温度点不在混凝土块体厚度的中心的情况,根据某工程一个3m厚的混凝土地下室底板的实际测温数据表明混凝土板的最高温度点发生在混凝土表面下2/3处,既在混凝土表面下1.9m处(72.3℃);而同一时间所采集到的混凝土中心位置(表面下1/2处)的测温数值(68.5℃)比2/3点值低,(见图二。) 
  如果在一个工程实际测温工作中,即设置了中心点测温点,同时也设置了2/3h深度的测温点,那么混凝土的内部温度在同一时间采集的数据中取大值。 
  3)混凝土的底部温度(也可称为下部温度)。在现场实际测量混凝土的底部温度时,一般可将底部测温点放在混凝土垫层底面之上1~2mm处。 
  在混凝土养护的土部温度、中部温度和下部温度中,上部温度数值相对最小;而中部温度相对数值最大;底部温度数值大体上与中部温度数值相近。 
  4)降温速率问题。 
  ①大体积混凝土内部温度变化分为升温和降温两种情况,升温发生在混凝土初凝后3~5d;降温发生在混凝土内部温度值达到最高温度之后。大体积混凝土何时能达到最高点主取决于混凝土的配合比、凝混土的几何尺寸以及施工的现场条件等因素,根据工程统计,一般的大体积混凝土浇筑初凝后3~5d出现最高点。 
  一旦混凝土内部温度达到最高点,其后就会开始慢慢下降,与升温相比较,混凝土内部的降温的特点为速度缓、时间长。混凝土内部的降温速率远远低于升温的过程,而且混凝土降温经历混凝土强度发展的全过程。图三为混凝土升温和降温的温度变化曲线。 
  图三 混凝土内部温度发展变化曲线 
  ②降温速率对于大体积混凝土是一个非常重的参数,由于降温速率过快,会造成贯穿性冷缩缝,这是混凝土所绝对不允许的。在理论上,任何材料的允许温差与材料的极限拉伸值有关。对于大体积混凝土而言,如果降温过快,虽然温差仍然控制在规范求之内,但由于混凝土内部温差过大,温差应力达到混凝土的极限抗拉强度时,理论上就会出现裂缝,而且此裂缝出现在大体积混凝土的内部,如果相差过大,就会出现贯穿裂缝,影响结构使用,因此,降温速率的快慢直接关系到大体积混凝土内部拉应力的发展。 
  降温速率控制在什么范围内比较合适,理论上求温差应力必须小于同一时间的混凝土抗拉极限强度。根据有关规定当设计无具体求时,温差不宜超过25℃,降温速度一般小于~1.5℃d。 
  二、温度监测 
  从混凝土搅拌开始,到混凝土入模,混凝土浇筑,直到混凝土浇筑完成后的养护全过程,涉及许多温度概念,如混凝土熟料温度、混凝土入模温度、混凝土浇筑时环境温度、混凝土的内部温度以及混凝土养护期间表面(上部)温度、底部温度和中部(最高)温度等等,混凝土的混度检测就是从混凝土搅拌开始直到混凝土养护期间,对一些关键的过程和关键的点设置了相应温度监测采集点,及时了解混凝土内部温度和外部温度的上升和下降、混凝土外环境温度混凝土内部的内外温差、混凝土内部的降温速度等内容,并进行即时监测。 
  开展监测工作主目的是在第一时间了解并掌握混凝土内外温度变化情况,给施工组织管理者及时供相关信息,根据混凝土内外温度变化的情况来采取相应的针对性施工技术措施,控制温度裂缝和收缩裂缝的出现。 
  大体积混凝土一次浇筑混凝土量较大,混凝土浇筑完成后水混的水化热很大,由于混凝土体积大,厚度厚,水泥水化热散发不均匀,混凝土表面的热量散发较快,而聚积在内部的温度不宜散发,就形成了混凝土内部与外部出现了较大的温度差。混凝土内部的温度会出现两种情况一是温度上升;二是温度下降。混凝土内部的温度无认是上升还是下降,都会使混凝土内部与外部出现温差,温差的绝对值大小和降温速度是造成大体积混凝土出现裂缝主因素之一。 
  三、工程实例 
  1、工程概况 
  广东省廉江市某大厦地下室底板面积88.65m×66.58m;底板厚度分为三个层次(图四)。三个层次的厚度分别为周边厚度h1=1.2m;大部分厚度h2=3.85m;中心核芯筒部位厚度h3=5.95m。 
  图四 地下室平面和剖面图
  地下室混凝土设计等级强度为C4,混凝土设计配合比中,水泥采用P.42.5普通硅酸盐水泥,水泥用量为36kg/m3,内掺一级粉煤灰,混凝土浇筑时间处于2月处,旬平均气温4.5℃,属于冬季施工。 
  2、测温点布置(图五) 
  图五 地下室底板测温点布置平面图 
  根据底板厚度不同,将基础底板分为三种组合设置测温点,其中 
  1)号测点埋深6mm。 
  2)号测点为四种深度的组合测温点,其中包括上部温度测点,测温点放在混凝土表面下1mm处,中部测点,测温点放在混凝土表面下2975mm处;下中部测温点,测温点放在混凝土表面下3976mm处;底部测温点,测温点放在基础垫层表面上2mm处。 
  3)号测点为三种深度的组合测温点,其中包括上部温度测点,测温点放混凝土表面下1m处;中部测点,测温点放在混凝土表面下1925mm处;下中部测温点,测温点放在混凝土表面下2567mm处;底部测温点,测温点放在基础垫层表面上2mm处。 
  测点通过预埋管内讯号线接入电脑进行数据处理,见图六。 
  图六 测温点深度剖面图 
  3、温度监测与保温养护(见图七) 
  图七 保温层与测点的关系 
  因为地下室底板混凝土施工处于冬季施工,室外平均气温为4.5℃,温度监测的重点是放在处于降温阶段的混凝土养护。 
  养护方法主采用覆盖蓄热保湿养护方法,现场所采用的保温材料为草包加薄膜的方法。针对本地下室的不同厚度的特点,设置了多单元保温层,每一个单元相对独立,根据需添加和减少,独立的保温单元包括底层保温单元层、中间保温单元层和上层保温单元层。 
  1)底层保温单元层在混凝土面上覆盖一层薄膜薄膜上加二层草包层、草包层覆一层薄膜。 
  2)中间保温单元层二层草包、草包上覆盖一层薄膜。 
  3)上层保温单元层一层草包加一层薄膜组成,最上层的薄膜上设薄膜搭接压缝草包,防止薄膜接缝被风吹开引起热量散失。 
  通过监测的数据来调整保保温的数量多少,便于在降温阶段将薄膜、草包逐层揭去,以达到控制降温速率的目的。 
  4、养护过程 
  整个养护期为28d,保温材料在养护期结束后全部撤去。 
  在养护期中,②号测号处中心测温点与表面的温差曾升高至24℃,快达到25℃的临界点,现场立即采用对该点区域范围内增加覆一个单元保湿层,使该区域的温差降至23℃。 
  温度峰值出现后,由于采取了单元保温层的保温措施,混凝土内部的降温速率较平缓,每天降温的速率约在.47~.69℃/d,1~22d有增长趋势,约1.1~1.2℃/d;在开始逐层撤去保温层,降温速率增加到1.5℃/d. 
  四、结束语 
  大体积混凝土,一定从设计、材料、施工方法、保养等方面综合考虑并采取措施,才能减少其内部温度变化带来的影响,从而保证混凝土质量。 
  参考文献 
  1《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB524-22(211版); 
  作者简介 
  黄建华,男,1979年出生,广东省湛江市人,建筑施工工程师职称,主从事房屋建筑及市政工程的施工技术工作,对钢筋混凝土结构,钢结构颇有研究,施工经验丰富。