普及型混凝土温度测量技术和设备的开发应用

上海建工集团股份有限公司 上海 200080

1 普及型数字式电子测量仪的开发

初期的测温仪是使用交流电的，因为那时市场上适用于大体积混凝土测温的温度表头只有用交流电的[1]。这种测温仪在施工现场使用很不方便，且很不安全。后来通过开发直流供电的温度表头，研发出适合于大体积混凝土测温用的电池供电的温度表头。

数字式电子测温仪由仪表盒和传感器2部分组成。仪表盒上有显示表头、电池盒、电源开关、传感器连接插座、充电插座和外接电源插座。传感器由感温头和电缆以及连接插头组成。

使用数字式电子测温仪测温时只要将传感器和仪表盒连接后打开电源开关，显示屏就能显示温度数值，非常直观。如果是用测温管测温，传感器放入测温管内后打开电源开关，显示屏显示的温度数值就会不断变化，当显示屏上的温度数值稳定时，此数值即为该测温点的温度值。从传感器放入测温管到温度数值稳定大概要几十秒到一分钟左右。如果测温点多，测一次温度就要耗费较长时间。当然也可以多用几个传感器逐一放入测温管内，再回过头来测先放入的传感器，测好一个传感器再将其放入后面测温管内，这样多个传感器循环测温速度就会快一些[2]。但打开的测温管放入传感器后都要将测温管口盖好，以防止测温管内的温度散失。

随着传感器生产规模的不断扩大和技术的改进，加上电子元器件加工商业化程度的提高，传感器的封装和配线已有专业工厂化、规模化，传感器质量和稳定性也提高了，所以现在人工测温可以配置多个传感器，不用测温管，直接将传感器按所需的测温位置埋入混凝土中，传感器导线的接头留在混凝土外。待混凝土浇筑完毕后即逐个连接测温表进行测温。由于传感器埋在混凝土内随时传感知混凝土温度，这样传感器一接上仪表就能立即显示该测温点的温度。测一点温度只要几秒钟，速度大大提高，而且就不用担心混凝土内的温度会从测温管口散失，这样测温也更加准确[3]。

2 工程应用

自上世纪90年代至今，上海建工采用了不同的大体积混凝土温度监测方法、设备，完成了新上海国际商厦、徐浦大桥、开开广场、恒隆广场、中远两湾城、上海轨道交通11.16标、上海辛克设备基础、洛阳正大国际城市广场等几十项不同大小、厚度和类型、不同环境和气候条件下施工的基础底板混凝土温度监测，现选取其中2 个项目进行分析。

2.1 上海恒隆广场2#楼基础大体积混凝土施工温度监测

上海恒隆广场2#楼基础的最长处约为108 m，最宽处约为70 m，主楼基础厚度为3.5 m，其中电梯井的最大局部厚度为7.5 m；裙房基础厚度为1.5 m，其中电梯井的最大局部厚度为3.5 m。混凝土的总方量为13 000 m3，为保证基础混凝土构件的整体性，采用一次性连续浇捣，仅在主楼基础与裙房基础间设立后浇带。混凝土标号为 C40 ，抗渗标号为P8，每立方混凝土水泥用量为 280 kg，水泥品种为42.5 普通硅酸盐水泥 ，粉煤灰掺量为 85 kg，S95 磨细矿粉62 kg。混凝土配合比中的每立方水泥及活性掺和料用量高达350 kg以上，所以基础内由水化热引起的绝热温升将非常高，上升线也非常陡峭，它将大大增大我们对内表温差控制的难度。该工程混凝土浇捣成型后的监控养护从10月21 日 18 时起至11 月 12 日 6 时结束，历时 512 h。

2.1.1 监测方案

（a）监测系统采用大型混凝土温度微机自动测试系统，在浇筑和养护期间对基础混凝土的内表温度实施每天24 h的连续监测。

（b）传感器采用电流型的进口精密集成电路传感器作感温元件，经老化筛选处理后用金属管套密封保护，正式使用时对已作封闭的传感器再作一次标定。

（c）测点布置因基础混凝土由东向西连续浇筑，根据形状、厚度、时间和材料的对称性、相同性、一致性和匀质性等临界条件，我们在主楼基础底板1/4区域里的中心区、边缘区、角区及电梯井深坑内布置A—S共19 根测温轴计95 个传感器，在裙房基础底板的中心区、角区及电梯井深坑内布置T—X共5 个测温轴计17 个传感器，此外在基坑外设立1 个大气环境温度监测点进行测控，共计113 个，详见测点平面布置图1。

图1 测点平面布置

2.1.2 监测结果

整个测试过程中所采集到的 27 000 多个数据进行全面分析后可得到以下的结果：

（a）在基础混凝土内，根据测得的沿厚度方向各中心点入模温度值，得到平均入模温度为 26.66 °C。

（b）根据各点在水化热的作用下到达各自的最高温度、绝对温升以及经历的时间分析，恒隆广场2#楼主楼基础混凝土平均绝对温升为 44.28 °C，平均历时 97 h，裙房基础混凝土平均绝对温升为 32.84 °C，平均历时 50 h，其中D3max（ 73.0 °C） 是恒隆广场2#楼基础混凝土内部出现的绝对最高温度，其中V2max（61.9 °C）是裙房基础混凝土内部出现的绝对最高温度。恒隆广场2#楼主楼基础混凝土中心平均最高温度为 70.0 °C，裙房基础混凝土中心的平均最高温度为 59.0 °C。

（c）大体积混凝土的养护过程采取控温措施。实测各测试轴与表面温度的差值不大于25 K，其中 24.5 K是恒隆广场2#楼基础混凝土内部出现的最高温差。

（d）由 11 月 12 日 6 时微机测试系统提供的即时数据可以看到，当时恒隆广场2#楼基础混凝土中心区域平均最高温度为 44.48 °C；内表最大温差为 19.1 K（ I轴 ）；绝对最低气温为 14.6 °C。据此分析得出结论，该基础混凝土已有效进入“安全区”。 即在基础混凝土表面完全裸露的情况下，都不会出现混凝土内表温差大于25 K的可能。由此，施工单位和测控单位一致同意结束监控养护，移交后续施工。

2.1.3 进行温度控制的针对性措施

（a）当测得恒隆广场2#楼基础混凝土中心高达 70 °C以上的绝热温升时，即要求在第一时间覆盖塑料薄膜，以有效地封闭基础混凝土水分蒸发的途径，减少混凝土表面产生干缩裂缝的机会；在微机测试系统的帮助下，做到不到万不得已时不加盖保温材料，以最大限度地帮助基础混凝土自主散热，达到有效降低混凝土绝热温升的目的。

（b）充分利用混凝土内的自有水分用于水泥最早期的水化反应，在没有加盖保温材料前不浇水，以保证混凝土表面温度不至于下降过快。

（c）在保温材料覆盖完毕后，要求养护浇水要做到少、匀、勤，并坚决杜绝水管中途漏水的现象产生，以免引起基础混凝土局部急速降温，危及构件的质量，力求混凝土温度能“平滑”、“有控”地进入“安全区”。

（d）在实际的监控养护期内，由于多次遇到了暴雨的侵袭，致使混凝土的表面温度急剧下降，基础混凝土内表温差出现了接近 25 K的情况。在这一系列的不利局面中，微机监测系统每次都能及时提供内表温度曲线，让我们能掌握未来温差变化的趋势，为我们采取及时有效的措施赢得了宝贵的时间，保证了恒隆广场2#楼基础混凝土的质量，达到了预期的质量控制目标。

2.2 上海轨道交通11.16标1区（高层办公楼）基础大体积混凝土温度监测

上海轨道交通11.16标为嘉定城北路站A地块1标段配套开发工程，是一座多功能的建筑。1区（高层办公楼）基础为桩筏基础，最长处为122 m，最宽处为60 m，筏板厚度为2.2 m。中间设2 条后浇带，分块浇筑。由于筏板混凝土较厚，混凝土体量较大，属大体积混凝土。为保证基础混凝土构件的整体性，每个区域都采用一次性连续浇捣。筏板混凝土的设计强度等级为 C40P6，商品混凝土采用 42.5普通硅酸盐水泥拌制，每立方水泥用量为340 kg。本工程的混凝土温度监测从10月4日下午14时开始至10月17日上午8时结束，历时 306 h。

2.2.1 监测方案

（a）本工程基础底板大体积混凝土的温度监测采用电子温度表，在混凝土的浇筑和养护期间对埋设在基础混凝土中心和表面的温度传感器实施连续的监测。

（b）测点布置根据基础形状、厚度等临界条件，我们在基础的最先浇筑的北块中心部位、边缘区、角区等部位布置，共计10 个测组。每测温组再设2 个测温点，计20 个测温点，此外在基坑外设立1 个气温测点共计21 个测温点，详见测点平面布置图2。

图2 测点平面布置

2.2.2 监测结果

本工程的温度监测在混凝土浇筑时测得入模温度，当混凝土浇筑完毕，终凝结束即开始连续监测。测量间隔时间为第1天每2 h监测1 次，第2天每3 h监测1 次，第3天每4 h监测1 次，第4天每6 h监测1 次，直到混凝土中心温度进入安全区为止。监测共进行65 次采样，采集得温度数据1 500余个，进行全面分析后可得到以下的结果：

（a）根据混凝土的级配计算温升为：

混凝土级配为C40，水泥用量为340 kg，粉煤灰用量为80 kg，测得混凝土入模温度为32.1 °C。

Tmax＝32.1＋340×0.12＋80×0.02＝74.5 °C

（b）根据各测温组测得的汇总数据：其中第6测温组数值最高，其中心最高温度为79.9 °C，和经验理论计算的74.5 °C的数值比较接近；最大温升为47.8 °C，最大温差为23.7 K。

（c）各测温组的最高温度均出现在混凝土浇筑后的2 d。各测温组的中心与表面的最大温差大多出现在混凝土浇筑后的5 d。由于本工程在养护期间曾遭台风暴雨袭击，混凝土表面有积水，而且雨后麻袋受潮，保温效果下降，使温差变大。在台风过后即更换麻袋，此时气温亦回升，温差逐步缩小。

2.2.3 进行温度控制的针对性措施

（a）本工程以监测数据为依据提出：由于秋季日夜气温相差较大，且气候干燥，故要求加强保湿和保温。在混凝土浇筑完毕后马上盖好塑料薄膜，以防止混凝土表面失水。同时加盖麻袋及时保温，防止因混凝土表面散热较快而使混凝土的表面和中心的温差变大。而且必须保持麻袋的干燥，防止麻袋受潮后降低保温效果。混凝土浇筑后也尽量不要浇水，以防弄湿麻袋影响保温。因为混凝土浇筑后如果及时盖上塑料薄膜，混凝土表面一般不会因失水而干燥，所以可以不必浇水养护。如必须浇水时应先将麻袋和塑料薄膜揭开，并且浇水量要少，浇好水后马上盖上，务必不要把麻袋弄湿。发现湿麻袋要及时更换。对基础混凝土浇水只宜分块局部进行，不得将整个基础的塑料薄膜和麻袋全部揭开。浇水养护要按照勤、少、匀的三原则进行。

（b）与此同时，建议后续基础混凝土表面采用EPE薄膜覆盖。该材料是一种闭孔发泡塑料薄膜，一般3 mm左右的厚度即能达到很好的保温效果。而且该材料是闭孔不透水的，只要盖1 层就能达到既能保温又能保湿的效果，比用塑料薄膜加麻袋进行保湿和保温要方便，且该薄膜在潮湿和有水的情况下也不会影响保温效果，不像麻袋那样在受潮后要影响保温效果。

3 结语

（a）根据长期以来对大体积混凝土施工温度监测的几十项项目数据分析发现：沿混凝土厚度的垂直剖面温度曲线并不是以中心点成两面对称的，而是成鼻子形的。其最高温度点不是在中心点，而是都在中心点以下，按比例推算约在混凝土表面向下厚度的0.61～0.63 m之间，即黄金分割点0.618附近。而现在常规测温布点每组都是从混凝土表面到底面计，以中心点为准，平均布5 个点，这并不能精确捕捉到最高和最低温度点。为此我们建议：通过研究不同混凝土底板厚度的温度和应力梯度规律，进行科学布点，达到测温布点能精确反映最高和最低温度点，可实现布少量点获得更准确的实际数据，同时也大大减少了测温费用。

（b）从使用效果来看，微机自动监测系统采集信息量大，数据分析处理多，监测费用高，大多用于重大工程项目和大型施工企业或专业温度监测单位。

数字式电子测温仪测量准备时间短，测量快捷稳定准确，使用寿命长，携带方便，监测费用低，大多用于中小型项目和中小型施工企业。我们在应用时可根据不同工况区别对待。

大体积混凝土温度监测技术和设备的提高、发展，为工程施工提供了科学可靠的数据，以利于采取有效的技术和养护措施，提高混凝土质量，已成为目前大体积混凝土施工时的重要技术手段。