混凝土的温度控制

浅谈大体积混凝土的温度控制

程荣平

(常州市安贞建设工程检测有限公司)

[摘要] 本文针对大体积混凝土结构的温度应力和温度裂缝问题，阐述了施工过程中温度控制和温度监测的必要性，介绍了工程中几种常用的温度控制措施，并以某工程

的基础底板为实例，对大体积混凝土施工全过程进行实时温度监测，监测结果将

为混凝土结构早期裂缝控制和耐久性研究提供参考。

[关键词] 大体积混凝土水化热温度监测温度控制

1 引言

混凝土结构物实体最小尺寸不小于1m的大体量混凝土，或预计会因混凝土中胶凝材料水化引起的温度变化和收缩而导致有害裂缝产生的混凝土。大体积混凝土在连续浇筑和硬化过程中，水泥水化反应产生大量水化热，由于热量聚集在内部不易散发，而表面散热较快，这样在混凝土内部和表层形成较大温差。混凝土内表温差、升降温变化和环境因素如气候变化、拆模等得影响，导致不均匀温度变形和温度应力，一旦拉应力超过混凝土即时抗拉强度，就会在混凝土内部或表面产生裂缝。这种温度裂缝是混凝土早期开裂的主要原因之一，往往是贯穿性的有害裂缝，对就够的抗渗性、整体性、耐久性甚至承载能力十分不利。

为确保温度应力小于抗拉强度，避免温度裂缝产生，大体积混凝土结构工程施工过程中的温度控制和温度监测十分必要。需要指出的是，温度监测只是一种手段，根据监测了解混凝土温度场分布变化情况，采取或者调整合理有效的温度控制措施，才是防止温度裂缝的产生的关键。

2 大体积混凝土的温度控制

2.1 温度控制指标

大体积混凝土的温度控制是一项复杂的系统工程，主要包括控制混凝土的最大内外温差、内部最高温度、最大升温降温速率、截面温度梯度和入模温度等内容。

《大体积混凝土施工规范》GB 50496－2009规定：混凝土里表温差不宜大于25℃；降温速率不宜大于2.0℃/d；混凝土浇筑体在入模温度基础上的温升值不宜大于50℃；混凝土浇筑体表面与大气温差不宜大于20℃。炎热气候下入模温度宜控制在30℃以下，冬季施工时不宜低于5℃。

关于最大温差不超过25℃的规定，经验认为该规定过于绝对和严格，一些工程监测温差超过该限定值却未出现温度裂缝问题。笔者的意见是，相对于绝对温差，温度梯度更为重

要，同样的温差，对于薄板和厚板，内部的温度应力及温度开裂的趋势和可能性是完全不同的，即便是温差和板厚都相同，但温度分布不同，温度应力也相差很大，决定温度应力的不是绝对温差而是温度梯度。

2.2 温度控制措施

大体积混凝土的温度控制措施，贯穿于混凝土浇筑前、浇筑中及浇筑后三个不同的阶段，每个阶段都有不同的侧重点，可以从原材料的选择、配合比设计、施工方案设计、养护措施及工程状况等多方面综合考虑、常用以下几种方法：

1.合理设计混凝土配合比，降低水泥用量，优先选用低水化热的水泥，掺加矿渣、粉煤灰等水泥替代物，减少总的水化热；

2.采用缓凝剂延迟水化进程，降低温度峰值；

3.通过骨料预冷、冰代替部分拌合水、运输防晒等措施降低混凝土入模温度；

4.混凝土浇筑后，通过有效的保温保湿养护措施来提高表层温度、减小内外温差并控制降温速率、常用如表面覆盖蓄热养护法和蓄水养护法；

5.对于厚度大于3m的大体积混凝土，通过预埋冷却水管，采用循环冷却水养护法。

不同的温控措施实施难易程度相差很大，造价也个不相同，应根据工程的具体情况选择。

3 现场混凝土温度监测实例

3.1 温度监测系统

①主机采用目前国内最先进的便携式建筑电子测温仪，配套预埋式测温线，传感器和测温探头传感器。

②测量范围：-30℃～+150℃，分辨率：0.1℃，小于规定范围0.3℃。

③测温误差：≤0.3℃（与测温探头配合）；≤1.0℃（与测温线配合）。

3.2 工程概况

某工程为地下二层地上十六层框架结构，基础底板厚度为1.5m，混凝土强度等级为C40，约2000m3。

配合比（单位kg/ m3）：

由于该基础厚度为1.5m，并且夏季施工，混凝土易失水，采用推移式连续浇筑的施工方法，浇筑后用蓄热保湿法养护，即浇筑抹平后立即在混凝土表面覆盖一层塑料薄膜，以封闭水分的途径，上面再覆盖草包麻袋作为保温材料，保温材料厚度由计算确定，使得混凝土表面产生的热量和内部传导上来的热量不易散失，以此来达到提高表面温度、减小内表温差的目的。

3.3 混凝土温度及保温层验算

(1)混凝土的降温系数ξ

(t)

不同龄期水化热温升的ξ值（1.5米厚）

预计施工期间（七月上旬），平均气温：Ta＝31℃

预计混凝土浇筑温度：To＝38℃

搅拌站混凝土配合比中，P·O42.5水泥378kg/m3，粉煤灰63kg/m3，外加剂6.4kg/m3；根据经验公式，预计混凝土中心最高温度：

(2)混凝土的温度计算

①绝热温升值计算

T

(t)=m

c

Q(1-e-mt)/（Cρ） (式-1)

T(t)——浇完一段时间t，混凝土的绝热温升值(℃)

m

c

——每立方米混凝土水泥用量（kg/m3），取值378 kg/m3;

Q——每千克水泥水化热量（J/kg），取377J/kg;

C——混凝土的比热取0.96kJ/kg.K;

ρ——混凝土的质量密度，取2381kg/m3;

e——常数值，为2.718;

t——龄期（天）;

m——与水泥品种比表面、振捣时温度有关的经验系数，由下表查得，一般取0.2～0.4，根据施工情况，取m=0.406。

1-e-mt值

②调整温升值计算

T= T

(t)ξ

(t)

＝m

c

Q(1-e-mt)/(Cρ)ξ

(t)

(式-2)

T

(t)

——在t龄期时混凝土的绝热温升(℃)；

ξ(t)——不同浇筑块厚度的温降系数；

T

n

——混凝土的最终绝热温升值(℃)；

T

m

——混凝土由水化热引起的实际温升(℃)。

不同龄期调整温升值计算结果

注: T

(t)

.ξ(t)——根据温降系数求得不同龄期的水化热温升值(℃)③中心温度值计算

T=T

o +T

(t)

ξ

(t)

T

max ＝T

3d

T

max

——混凝土内部中心最高温度(℃);

T

o

——混凝土的浇筑入模温度(℃)，取38.0℃;

混凝土内部3天的中心温度为T(3)=38.0+30.5=68.5℃依此类推

(3)保温层验算

混凝土表面允许最低温度：

T

b

＝Tmax-ΔTmax

＝68.5-25.0

＝43.5℃

保温层：

草包或麻袋：导热系数λ1＝0.14w/m·k

塑料薄膜：导热系数λ2＝0.04w/m·k，δ2＝0.001m

混凝土：导热系数λ0＝2.3w/m·k