超高层建筑厚底板基础混凝土施工温度监测研究

2012-07-24于敬海包立刚

四川建筑 2012年3期

于敬海，包立刚，刘芳

(1．天津大学建筑设计研究院，天津300072;2．天津市金厦建筑规划设计有限公司，天津300074)

大体积混凝土结构温度裂缝与骨料品种、配合比、外加剂和掺和料、浇筑温度、浇筑顺序、外界气温、保温措施、养护条件等因素有直接关系，理论计算很难完全反应实际情况。另外，理论计算只有在比较理想的情况下才能较好的符合实际，而现场条件复杂，各种材料参数性能的离散性能很大，这些都可能引起偏差。为了全面掌握大体积混凝土温度场变化规律，及时反映温控数据并采取技术措施保证工程质量，必须进行实时监测[3］[4］。

目前，国内外学者对大体积混凝土的温度监测及温度应力控制研究越来越重视。学者叶雯[5］等通过实验室足尺试验进行混凝土施工工艺改变前后的温度监测研究，分析得出了降低混凝土温度及应力的施工工艺;史巍[6］等在混凝土浇筑过程中掺入相变材料石蜡使之与结构一体化，并进行温度监测，得出相变材料不但可以降低大体积混凝土的最高绝热温升值，而且可以降低大体积混凝土的升温速度和降温速度，从根本上防止大体积混凝土温度裂缝的出现;段亚辉[7］等对三峡永久船闸输水洞衬砌混凝土施工期的温度进行了现场试验研究，指出了衬砌混凝土温度防裂的重要性并提出了一些可行的温控防裂措施;中建三局周俊[8］等对武汉阳逻长江公路大桥锚碇大体积混凝土的温度监测研究，等等。虽然大体积混凝土的温度监测研究近年来逐渐增多，但在超高层建筑厚基础底板混凝土方面的研究仍然很少，随着高层建筑的不断涌现，对基础底板混凝土的研究也越来越受关注。

1 温度监测方法

大体积混凝土温度监测的方法主要有半导体点温计简易测试法、热敏电阻测试和分布式光纤测温等[9］。半导体点温计的测温范围为0℃～100℃，这种简易测试法是利用钢管及水做热传导介质，所以测得的不是混凝土的温度，而是混凝土中钢管内水体的温度。热敏电阻测试时热敏探头直接绑扎在钢筋上，与混凝土充分接触，所测得的是测点周围混凝土的温度，灵敏度较高。分布式光纤测温系统[10］是在混凝土内部预先埋设光纤，与外部测试系统相连，从而测得内部温度，光纤测温精度较高，其测量精度为0.1℃，而温度测量分辨率可达0.01℃。

2 监测工程实例

2.1 工程概况

天津滨海新区响螺湾某工程A楼主楼的核心筒部分底板厚度为2 400mm。基础采用桩基础，设置一道温度后浇带，四道沉降后浇带。主楼的核心筒底板尺寸为30.4m×30.4m×2.4m，电梯井基础厚2.4m，下沉2.7m。体积约为2 282m3。底板采用C40混凝土，抗渗等级S8，坍落度140mm～180mm，采用普通硅酸盐水泥P．O42.5，配合比见表1。

表1 混凝土配合比

2.2 施工养护方案

本工程底板厚为2 400mm，基础底板混凝土浇筑时，24h连续进行施工，施工过程中的间歇时间不得超过30min，以防止混凝土出现施工冷缝。

浇筑采用一次性连续浇筑，混凝土在浇筑完毕后的12h以内，加盖覆盖物并洒水保湿养护，养护覆盖采用一层薄膜加二层草袋(草袋总厚度不小于50mm)的方式。薄膜搭接不得小于150mm，保温草袋的搭接不小于100mm，浇水养护时间不得少于14d。当混凝土内外温差和降温速度超过温控指标时，及时加盖备用塑料薄膜和草袋。

2.3 仪器及测点布置

混凝土中测温采用JDC－2型电子测温仪，其精度为0.1℃，测量范围－50℃～130℃，施测前进行仪表校核。温度传感器采用铜热电阻传感器(图1)，预埋在底板混凝土内，精度小于0.2℃，测温范围－50℃～150℃。在水平方向上，电梯井边布两个，底板中心和底板角部各布一个(图2);垂直方向上，电梯井深5.1m，布5个测温点;底板厚2.4m，布3个测温点(图3)。

图1 铜热电阻传感器及其现场绝缘固定

图2 测温点平面布置示意

图3 测温点垂直方向布置示意

2.4 测温方案

在浇筑前埋设热电偶和导线，这样自混凝土浇筑开始就可以及时进行连续测温，能得到混凝土温度发展规律。由于各个龄期底板内部的温度变化不同，根据实际情况自行设定温度测试间隔时间:(1)混凝土浇筑结束后1～3d:每2h测一次;(2)混凝土浇筑结束后4～7d:每4h测一次;(3)混凝土浇筑结束后8～12d:每6h测一次;(4)当内外温差小于15℃时，停止测温。混凝土浇筑从2009年4月18号开始到4月19号晚上结束。待可上人时，进行测温。

2.5 数据采集及曲线分析

2.5.1 温度监测结果

底板截面A、B、C、D处水化热温度12d龄期内随时间变化曲线如图4所示，其中B5测点在浇筑过程中触头被损坏。

图4 A、B、C、D点测温点温度曲线

2.5.2 数据曲线分析

(1)在测温的过程中，各测点混凝土内外温差均没有超过25℃的规定，说明试验中采取的施工及保温措施达到了温度控制要求和裂缝控制的目的，可以为以后类似的施工提供借鉴。内部最高温度为77℃，出现在开始测试的50h左右，持续约50～100h。在测温后第7d，将保温层撤除，从曲线图上看出温度有所下降。

(2)从温度－时间历程曲线可以看出，所有测温点的温度变化表现出明显的共同趋势。1～2d内温升较快，2～3d时达最高温度，水化放热持续1～5d左右，转而温度开始下降。且上表面处首先达到峰值，其他点都滞后表面点，底层测点处到达时间最晚。混凝土中接近土壤部分的温度变化较为平稳，土壤对底部起了一个保温的作用。

(3)从图4中看出，中上部点具有随外部气温的波动性。上部的温度受外界条件的影响，保温条件好、外部气温高时，内外温差就小。在洒水养护时，由于水温低于混凝土上部温度，温差稍大。中下部离表面厚度较大，受表面影响较小。

(4)电梯井壁由于厚度较厚，内部温度较高，散热慢。在电梯井边加盖保温层，且覆盖时间比其它部位长，使得内外温差不是很大。得到良好的效果，最大温差为22.3℃左右。

3 温度裂缝控制措施

厚底板基础混凝土温度裂缝的控制措施贯穿于混凝土的浇筑前、浇筑中、浇筑后三个阶段，不同阶段具有不同的侧重点。由于工程混凝土施工在4月份，气温较低，尤其在夜间混凝土内外温差更大，为保证不超过内外温差25℃的限值，针对本工程特点采用以下技术措施。

(1)原材料选择:采用水化热低的水泥品种且控制水泥的用量，避免使用高强或早强水泥;泵送混凝土对流动性、和易性要求高，坍落度大，水灰比增大，水化热也大幅度提高，采用适宜的外加剂，降低水灰比，提高混凝土的流动性，在本工程中混凝土搅拌时加入了UEA膨胀剂和JFL－W3泵送剂;选择良好级配的骨料，严格控制砂石的含泥量。

(2)控制混凝土温度:在冬季施工或温度较低处浇筑时，可对骨料进行预热拌合。本工程中气温比较低，骨料堆积现场采取了帆布覆盖来保持石子等的温度。

(3)现场养护措施:在混凝土浇筑后覆盖草袋或保温膜进行表面保温。

(4)现场温度监测保证措施:当通过监测发现混凝土内外温差增大时，可通过加盖草袋或保温膜来及时处理。

通过现场的温度监测的结果显示，基础混凝土内外最大温差并未超过规范限值，温度裂缝得到了很好的控制，试验中所采用的温度控制措施是可行且有效的。

4 结论

温度裂缝问题是厚底板基础混凝土设计和施工中的重点和难点，目前还没有可以完全防止温度裂缝的措施。通过对超高层厚底板基础的12d的现场温度监测研究，得到了以下的成果。

(1)现场的监测得到了混凝土浇筑及固化前内部温度场变化的数据资料，在此基础上绘制出了混凝土温度随时间的变化曲线图。通过对温度场的分析可以发现温度场随时间、在混凝土中位置的发展变化规律:大体积混凝土内部温度在开始的1～2d升温较快，在50～100h时温度达到最高约70℃，最高温度会持续50～75h左右的时间，然后温度开始下降，在混凝土内部从表面到底部达到最高温度的时间是依次推后的，这对现场的施工及防止温度裂缝出现有很好的指导作用。

(2)电梯井壁处由于厚度较大，易产生较大的内外温差，施工中应尤为注意进行温控，加盖保温层来减小温差。

(3)试验中大体积混凝土内外最大温差22.3℃，未超过规范25℃的要求，试验中所采取的控温措施是行之有效的，可对以后类似的工程起借鉴作用。

(4)现在很多研究人员开始利用ANSYS等软件进行混凝土的温度场模拟并进行温度预报，而现场的监测可以反映大体积混凝土内部的温度变化规律，为温度场的模拟提供必要的实测参数。

[1]朱伯芳．大体积混凝土温度应力与温度控制[M］．北京:中国电力出版社，1999

[2]彭立海．大体积混凝土温控与防裂[M］．郑州:黄河水利出版社，2005

[3]陈长华．考虑钢筋作用的水工结构施工期温度场与温度应力分析[D］．南京:河海大学，2006

[4]黄永刚．大体积混凝土温度监测与裂缝控制[D］．西安:西安建筑科技大学，2004

[5]叶雯，杨永民．大体积混凝土施工温度监测及其温度应力分析[J］．混凝土，2008(9):104－107

[6]史巍，张雄，Juergen Dreyer．相变储能大体积混凝土的控温性能[J］．同济大学学报，2010，38(4):564－568

[7]段亚辉，方朝阳，樊启祥，等．三峡永久船闸输水洞衬砌混凝土施工期温度现场试验研究[J］．岩土力学与工程学报，2006，25(1):128－135

[8]周俊，刘德朋，陈浩．某公路大桥北锚碇大体积混凝土温度控制技术[J］．施工技术，2005，34(8):44－46

[9]辜文凯．大体积混凝土浇筑过程中温度监测与控制技术[J］．四川建筑，2010，30(4):206－207