北京新机场大体积混凝土底板温度监测与分析研究*

程欣荣，苏振华，谢文东，张显达，刘汉朝

(北京城建集团，北京 100088)

1 工程概况

北京新机场(核心区)建筑面积约60万m2，单层最大面积约18万m2，主体结构基础工程的超大基坑(面积约400m×500m)居世界第一，底板厚2.5m，且不设施工缝，混凝土筏板留置后浇带，带间混凝土板宽30～50m，属于大体积混凝土结构。为有效控制温度裂缝，监测底板温度变化情况，选取一段底板进行混凝土温度应变监测试验用于指导施工。本文仅讨论底板混凝土温度变化规律。

1.1 结构形式与混凝土配合比设计

新机场轨道深槽区地下2层标高-18.250m，层高11.55m，自西向东依次为京霸铁路、城铁新机场快线、城铁R4线、城铁预留线、廊涿城际轨道隧道，新机场空间平面投影如图1所示。采用桩筏基础，筏板厚2.5m(局部1.8m)，柱下布设抗压桩与抗拔桩，桩径1.0m，有效桩长不小于55.0m。

底板混凝土为C40，抗渗等级P10，采用粉煤灰和矿粉双掺，总掺量不大于胶凝材料的50%，粉煤灰等级不低于Ⅱ级，优先使用Ⅰ级，矿粉等级为S95。粗骨料连续级配控制在5.0～31.5mm，含泥量≤1%，泥块含量≤0.5%;细骨料采用天然砂，含泥量控制在1.0% ～1.5%，泥块含量≤1%，级配为中粗砂，细度模数2.8，平均粒径0.38mm;减水剂采用缓凝性聚羧酸。总胶凝材料3d的水化热不大于240kJ/kg，混凝土配合比参数如表1所示。

图1 新机场空间平面投影

1.2 混凝土浇筑及养护

浇筑工作由下层端部开始逐层上移，每层厚度控制在600mm，通过标尺杆进行控制。浇筑时，要在下一层混凝土初凝之前浇捣上一层混凝土并插入下层混凝土100mm，以避免上下层混凝土之间产生冷缝，同时采取二次振捣法保持良好接茬，提高混凝土密实度。

基础大体积混凝土裸露表面应采用覆盖养护方式;当混凝土浇筑体表面以内40～100mm位置的温度与环境温度差值小于25℃时，可结束覆盖养护。覆盖养护结束但尚未达到养护时间要求时，可采用洒水养护方式直至养护结束。

2 试验安排

2.1 流水段选取

底板流水段选取原则：①试验段区域所用混凝土类型及特点;②试验段区域方便试验仪器的布设及后期监测;③试验段区域底板混凝土连续，不含废水池和排水沟;④试验段区域形状规则。

根据以上原则选定4-B2-1作为试验区域，区域内有一段结构空间，后期无使用功能，可长期进行试验记录，试验流水段为边长47m的近似正方形区域，混凝土浇筑时间为2016年6月5日夜间到6月7日21点，流水段位置如图2所示。

表1 混凝土配合比kg/m3

图2 流水段位置

2.2 试验仪器选择及监测测点布置

本试验采用振弦式埋入式应变计，能同时采集温度和应变数据。测点沿东西向共布置29个监测断面，包括3层测点、2层测点、2层正交测点及1个无应力计共计72支温度监测仪(见图3，);根据空间分布规律，本文选择第3，9，15，21，27 号5 个3 层断面共计15个温度监测仪监测数据，作为主要分析依据进行底板大体积混凝土温度分析，测点与监测仪编号对应关系如图4所示。

图3 温度监测仪纵向布置

3 测温结果与分析

3.1 大体积混凝土整体温度变化规律

图4 测点断面布置

以第15号断面为例，上、中、下监测数据与大气温度从混凝土浇筑开始至2017年12月31日近7个月的测温结果对比如图5所示。从图中可以看出，底板温度时程图整体分为3个阶段：第一散热阶段、持平阶段和第二散热阶段。第一散热阶段在龄期28d之前，由于混凝土水化热的产生，底板混凝土整体温度高于环境温度，热量从高温混凝土向低温处快速传递;持平阶段从龄期28d前后开始，至龄期140d前后结束，在这一阶段，底板混凝土温度基本与环境温度持平，在昼夜温差交替，即随着气温下降，底板混凝土温度缓慢降温;第二降温阶段从龄期140d开始，环境温度开始逐渐低于5℃，进入冬施阶段，这个阶段由于气温骤降，混凝土内部散热慢，整体温度略高于环境阶段，热量从混凝土内部向四周传递。

图5 15号测点与大气温度7个月对比

3.2 各断面温度时程变化规律

因第一散热阶段混凝土温度经历了快速温升及降温，选取3，9，15，21，27 号5 个断面沿板厚方向温度变化规律，混凝土浇筑入模温度在25℃左右，各断面上层温度受环境温度影响变化幅度较大，在龄期2～3d前后达到温升峰值，在55～60℃，温升幅度为30℃左右，随后因为散热快，降温速度也较快，在12d左右降温曲线开始平缓;中间层因为距离上下表面都比较远，散热慢，容易聚集热量，在龄期2～3d达到温升峰值，最高70℃左右，温升幅度在45℃左右，满足规范要求，而降温阶段曲线与上层降温曲线相比较为平滑;底层测温点温升峰值在55～60℃，虽与地基接触，但与上表面距离最远，散热最慢，降温阶段曲线最为平缓，底层温度曲线与中间层温度曲线在12～24d前后交汇，这一阶段底板下部温度基本一致，随后中间层温度曲线逐渐低于底层。无应力组布置在底板中部，从各测点中层温度曲线与无应力计温度曲线对比来看，由于浇筑顺序的不同，不同位置温升峰值到达时刻基本与浇筑顺序一致，为从西至东(3→27号)。

3.3 各层沿板长方向温度变化

试验段混凝土体积大，散热不均匀，需监测上、中、下各层测点不同龄期沿板长、深度方向温度变化。由不同龄期沿板长方向温度变化曲线，各层在龄期为3d时达到温升峰值，上层在龄期3，7，14d及底层在龄期3，7d曲线不平滑，而中间层受环境温度影响小各龄期温度变化曲线基本平滑;中间层以及底层温度变化曲线在边侧略低于中部，最大温差为5℃左右，出现在底层14d外侧;通过分析不同龄期沿深度方向温度变化曲线，沿深度呈抛物线，中部高于上层和底层，在中间层龄期7d时温差最大为21℃，满足规范要求。

3.4 各层降温速率

各层最大降温速率统计如图6所示，由于上层混凝土离结构边缘较近，受环境温度影响最大，降温速率波动较大，降温速率峰值为6.5℃/d，出现在4d前后，此外在龄期18，22d前后均出现急速降温(见图6箭头指示)，这些龄期期间北京均出现强降雨或连续降雨，故混凝土降温速率陡增。在GB/T 51028—2015《大体积混凝土温度测控技术规范》条文说明中对降温速率进行了详细解释：“有时，如果按照24h的温度变化，可能会在某一时间段内混凝土的降温速率过大，因此还规定了4h之内的降温速率不应大于1.0℃”，该底板显然满足该规范要求;中间层降温速率曲线介于表层和底层之间，降温速率在5～12d期间略高于2.0℃/d;底层降温速率较稳定，整体低于1℃/d。各层降温峰值从上至下逐渐推迟，降温速率总体满足规范要求。

图6 各层最大降温速率时程

3.5 温差

GB50496—2012《大体积混凝土施工规范》中规定，当混凝土的表面温度与环境最大温差小于20℃时，可全部拆除保温覆盖层，根据混凝土表面与环境最大温差可知，在14d开始温差开始小于20℃，可拆除保温覆盖。

《大体积混凝土温度测控技术规范》及 GB 50666—2011《混凝土结构工程施工规范》要求混凝土表里温差控制在25℃以内，根据混凝土表面与环境最大温差曲线，在浇筑初期大量放热(12d)后满足该条件。混凝土测温停止监测时间不同规范有不同要求，《大体积混凝土温度测控技术规范》要求“当混凝土的内部最高温度与环境温度之差连续3d小于25℃时，且降温速率小于2℃/d，表里温差小于25℃，即可停止测温作业。”GB/T51025—2016《超大面积混凝土地面无缝施工技术规范》要求“混凝土结构中心位置与环境温度差值小于20℃时，可以停止测温”。底板大体积混凝土最高温出现在中间层，在28d后基本满足规范要求，可停止测温。

4 结语

北京新机场航站楼(核心区)选取2.5m厚底板4-B2-1流水段进行大体积混凝土温度监测试验，最终得到以下结论。

1)底板大体积混凝土温度在龄期28d之前为急速升温降温阶段，28～140d混凝土温度与环境温度基本持平，140d后进入冬施二次散热阶段。

2)混凝土浇筑体整体入模温度为25℃左右，满足规范要求。在龄期3d前后达到温升峰值，上层和底层温升峰值约为57℃，温升幅度32℃;中间层温升峰值约为70℃，温升幅度约45℃，满足规范要求，说明施工混凝土配合比科学合理。

3)由于混凝土底板中心距离边侧距离较远，容易聚集热量，散热较慢，中部混凝土温度高于边侧，具体为：同一高度处温度变化不大，整体边侧低于中部，最大温差为5℃左右，满足规范要求;底板同一纵截面处中间层温度高于上层和底层，龄期28d内温度沿深度呈抛物线分布，沿深度相邻测点最大温差为21℃，满足规范要求;混凝土降温速率满足《大体积混凝土温度测控技术规范》要求的2℃/d或1℃ /4h。

4)北京新机场依据温度监测结果，在浇筑龄期14d之后表层与环境温度差值小于25℃，可拆除全部覆盖保温;在浇筑龄期28d以后，混凝土表里温差、混凝土中心最高温与环境温度差值均满足规范要求，可停止测温。

参考文献：

［1］大体积混凝土施工规范：GB50496—2012［S］.北京：中国计划出版社，2009.

［2］严淑敏.大体积混凝土基础底板温度裂缝控制技术［D］.杭州：浙江大学，2007.

［3］陕西省建筑科学研究院，广州富利建筑安装工程有限公司.大体积混凝土温度测控技术规范：GB/T51028—2015［S］.北京：中国建筑工业出版社，2015.

［4］中建五局第三建设有限公司，重庆大学.超大面积混凝土地面无缝施工技术规范：GB/T51025—2016［S］.北京：中国计划出版社，2016.

［5］中国建筑科学研究院.混凝土结构工程施工规范：GB50666—2011［S］.北京：中国建筑工业出版社，2011.