探究高层建筑物大体积混凝土温度裂缝防治技术的运用

夏冬梅

摘    要：基于大体积混凝土体积较大、热传导性差、抗拉强度低、容易受约束条件及外界环境影响等特点，完全避免裂缝的产生极为困难。因此，在实际工程中需要采取有效的温度控制和防裂技术措施。

关键词：大体积混凝土;温度裂缝;防治技术

1  引言

大体积混凝土结构由于尺寸大、导热系数低，胶凝材料水化放出的热量难以很快散失，内部升温会很高，从而引起结构变形和开裂，这是大体积混凝土结构区别于一般混凝土结构的典型特征。因此，在大体积混凝土施工过程中必须对混凝土内部温度进行监测，并结合温控指标对温度变化进行控制，从而达到降低混凝土温度应力，避免或减少开裂的目的人工方法分析判断温度数据的方法对于一些体积不很大、温度数据也不太多的大体积混凝土工程是可行的。但对于一些特大型工程，若温度数据再由人工来分析判断，可能造成数据分析不全面、不及时，还有可能因人为因素造成对温度数据的误判？给裂缝控制带来不可预见的风险。

2  温度裂缝的产生及发展

2.1  温度裂缝的影响因素

2.1.1  水泥水化热

水泥水化热是引发温度裂缝的一个重要因素。水泥水化作用产生的大量水化热导致混凝土内部温度急剧上升，实际工程中该温升一般达到20℃～30℃甚至更高，半径大于2.5m的大體积混凝土内部基本处于绝热状态;但是由于与空气直接接触，混凝土表面散热更快、温度更低;此外，大体积混凝土各部位的散热速率也不尽相同，这导致大体积混凝土内外温度分布极不均匀，温度梯度较大。通常来讲，大体积混凝土较高的内部温度使得其内部膨胀率较大，进而导致结构内部压应力以及结构表面拉应力的产生，当表面拉应力超过混凝土本身可承受的极限时，就会出现温度裂缝。

2.1.2  环境温度

除了水泥水化热的影响外，大体积混凝土极易因环境温度的变化出现温度裂缝。在不同季节或不同地理区域等环境温度差异较大的情况下进行大体积混凝土的浇筑时，一般环境温度的变化对大体积混凝土的内外温差具有显著影响。因此在酷热、严寒等极端温度条件下，有效的温控措施是十分必要的。

2.1.3  外部约束及混凝土收缩变形

外部约束条件会限制由于温度变化引起的大体积混凝土的变形，进而导致温度应力的出现，提高混凝土开裂的可能性。在混凝土结构中，80%的水将被蒸发，水泥水化只需要约20%的水分。如果由水分蒸发引起的混凝土的收缩变形受到外部约束的限制，则易产生裂缝。

2.2  温度裂缝的特点及危害

首先，温度裂缝是由于混凝土温度变化而产生的，而温度与时间有关，因此温度裂缝具有时间性。如果混凝土的温度变形速率较慢，产生的温度应力将逐渐松弛，最终温度应力不足以超过混凝土的抗拉强度，就可能不出现裂缝。就大体积混凝土而言，当开始出现表层裂缝时，若没有即时修护，不仅影响整体结构外观，后期可能发生裂缝扩展，逐渐演变成深层裂缝和贯穿裂缝，从而改变混凝土结构的应力分布，进一步危害其整体结构安全及耐久性能，造成巨大的社会经济损失。

3  大体积混凝土智能温控系统组成

3.1  现场温度数据自动采集

现场温度数据自动采集采用无线通讯系统，由温度传感器、无线采集器、无线中继配器和数据传输单元（DTU）组成。每个无线采集器可同时连接1-8个温度传感器，传感器分辨率为，0.1℃。测温系统工作原理：无线采集器将各个温度传感器的温度数据进行采集，由无线数据中继器汇总，然后发射至Internet储存到云服务器中，温度数据可以在联网的电脑或手机客户端实时查看。

3.2  现场温度信息实时显示

在大体积混凝土智能温控系统中，通过编制现场温度信息实时显示程序模块，实现对云服务器中混凝土各温度监测点温度数据的检索、分析、处理、并将各温度监测点温度指标实时显示在系统页面中。混凝土结构整体温度显示信息主要有现场环境温度、混凝土浇筑温度、冷却水进口和出口温度、混凝土结构各温度监测点显示的温度信息主要有混凝土内部最高温度、混凝土表面温度、混凝土内表温差、混凝土表面与环境温差。混凝土与冷却水最大温差、降温速率共6个温度指示。在大体积混凝土结构施工过程中，各项温度信息实时显示在页面中，一目了然、省时省力、避免了人工读取、分析温度监测数据产生的各种误差。

3.3  温度预警及温控技术措施提示

通过编制温度预警及温控技术措施提示程序模块，并预先设定温度控制指标，对云服务器中混凝土各温度监测点温度数据进行检索、分析、判断，对于超出温控指标的温度监测点发出预警信息，并提示应采取的温度控制技术措施。

3.4  冷却循环水智能控制系统

通过编制冷却循环水自动控制系统程序模块，对电磁阀门控制器发出指令实现对冷却水电磁阀门的控制。冷却循环水智能控制系统主要包括如下功能：

（1）冷却循环水的定时自动改变水流方向。为了使混凝土内部温度下降较为均衡，须定期改变冷却循环水流动方向。时间间隔根据冷却水管的布置形式、冷却水流速及每组冷却循环水管长度等因素综合确定。在实际工程中也可根据监测到的混凝土内部温度下降情况改变冷却水流向的时间间隔。

（2）根据温控指标分别控制各冷却水管。冷却水智能控制程序模块根据预设的温控指标，对云服务器中混凝土各温度监测点的温度数据进行实时分析判断，对于超过温控指标的温度监测点所在位置的冷却水管发出电磁阀关闭指令。

4  结束语

大体积混凝土的温度控制和防裂技术措施应该从诱发温度裂缝产生的各种因素入手，进一步优化原材料选择及配合比设计、改善施工工艺、合理安排养护及温度监测等各个环节，并根据现场实际情况及时调整温控措施，以减少或避免温度裂缝的出现、强力保障最终的施工质量。

参考文献：

[1] GB 50496—2018.大体积混凝土施工标准[S].

[2] 段先军，贾福杰，李长成，等.大体积混凝土温度控制关键技术[J].建筑技术，2018（9）：25～27.