大体积混凝土温控技术
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【摘 要】文章介绍大体积混凝土结构的施工温度控制技术，温度控制的必要性和温度控制措施等。
随着科技的不断发展，国内外建筑规模不断扩大，在大量的建筑中，混凝土结构占有很大的份额，由于建筑规模的不断扩大，混凝土结构单次浇注量不断加大，从几百方到几千方，几万方的也屡见不现，因此，对于大体积混凝土的施工提出了很高的要求，混凝土温控难度不断加大，温控要求越来越严，下面就大体积混凝土施工温控技术谈谈个人想法。
一、大体积混凝土施工温控的必要性
整体浇筑的大体积混凝土结构在养护期间，将主要产生两种变形：因降温而产生的温度收缩变形及因水泥水化作用而产生的水化收缩变形，这些变形在受到约束的条件下，将在结构内部及其表面产生拉应力。当拉应力超过混凝土相应龄期的抗拉强度时，结构开裂。因此，在大体积混凝土施工过程中，为避免产生过大的温度应力，防止温度裂缝的产生或把裂缝控制在某个界限内，必须进行温度控制。
引起并导致大体积混凝土结构开裂的因素十分复杂，探究温度应力产生的根本原因，主要有以下四个方面：
1、水泥水化热的影响。水泥在水化的过程中要释放出大量的热量，并通过边界把部分热量向四周传递（散热）。硬化初期，水泥水化速度快，发热量大于散热量，使混凝土升温；硬化后期，水泥水化速度减慢，当发热量小于散热量时，混凝土温度开始下降。但在浇筑初期，混凝土的弹性模量较低，徐变较大，因此对温变引起的变形约束不大，相应的温度应力也比较小；随着龄期的增长，混凝土弹性模量急剧增高，徐变减小，对降温收缩变形的约束也越来越强，并产生温度应力（拉应力），当混凝土的抗拉强度不足以抵抗这种拉应力时，便容易出现温度裂缝。
2、外界气温变化的影响。混凝土内部温度是水化热的绝热温升、浇筑温度和结构的散热温度等各种温度的叠加，因此在施工阶段受外界气温的影响主要体现在两方面：一、外界气温越高，混凝土的浇筑温度也越高，相应最高温升值也越高；二、外界气温下降，又增加混凝土的降温幅度，特别是气温骤降，会大大增加外层混凝土与内部混凝土的温度梯度，形成“冷击”。内外温差越大，温度应力也越大。
3、混凝土收缩变形的影响。混凝土的收缩变形主要有浇筑初期（终凝前）的凝缩变形、硬化混凝土的干燥收缩变形、自身收缩变形、温度下降引起的冷缩变形以及碳化引起的碳化收缩变形等五种。混凝土的收缩变形越大，收缩变形的分布越不均匀，产生的应力也越大。
4、约束条件的影响。混凝土结构在变形变化中，必然受到一定的约束，阻碍其自由变形。这种约束分外约束和内约束（自约束）。外约束指结构的边界条件，如基础或其他外界因素对结构变形的约束；内约束指结构内部非均匀的温度及收缩分布，各质点变形不均匀而产生的相互约束。外约束分自由体、全约束（刚性约束）和弹性约束三种。混凝土的收缩变形因受到约束而产生拉应力，当拉应力超过其相应龄期的抗拉强度时，便引起开裂。
二、大体积混凝土温度控制措施
大体积混凝土开裂在本质上主要是混凝土所承受的拉应力大于混凝土相应龄期的抗拉强度。因此，为了控制大体积混凝土裂缝的发生和开展，就必须从降低混凝土温度应力和提高混凝土本身不同龄期的抗拉强度这两方面综合考虑。在实际操作中主要控制前者，而控制混凝土拉应力必须控制混凝土内部与表面，表面与外界的温度差。为此，在施工中，应从如下几方面考虑：
1、优化设计配合比，合理选择原材料
水泥在水化过程中将释放大量的热量，这是大体积混凝土内部温升的主要热量来源。而大体积混凝土结构体积庞大，所用水泥总量较大，在断面尺寸较大的情况下散热较慢、内部热量不断积聚导致温升过高。
混凝土结构在浇筑完成后，若与周围环境之间无任何散热和热量吸收，水泥的水化热量将全部转化成温升后混凝土的温度值（绝热温升）。混凝土的绝热温升值与单方水泥用量呈线性关系。因此，在大体积混凝土的配合比设计中，不能采用单纯增加水泥用量的办法满足其施工性能和设计要求，这样不仅会增加水泥用量，增大混凝土的收缩，而且会使水化热升高，更容易引起裂缝。工程实践中，通过优化混凝土的配合比设计，掺加适量的外加料如粉煤灰和矿粉等以改善混凝土的特性，降低水泥用量，降低水化热温升，是大体积混凝土施工中的一项重要技术措施。
大体积混凝土结构的施工通常都需经历一段很长的时间，而混凝土后期（28d以后）强度不断增长的特性，为采用其后期强度作为设计强度提供了空间。根据后期强度进行混凝土配合比的设计，在满足混凝土强度和耐久性的要求下，使水化热能更均匀的产生，可有效降低水泥用量，而且降低水化热升温。
另外，混凝土的绝热温升值与水泥累计最终放热量呈线性关系。因此，选用中热或低热水泥品种，是控制混凝土水化热温升的主要方法。
最后，粗骨料的强度、细骨料的细度模数、配合比的含砂率及骨料的级配、含泥量以及减少碱骨料的含量等都将对混凝土的工作性能、强度、收缩特性及单方水泥用量等产生重要影响。因此，骨料的合理选择，在改善混凝土施工特性的同时，可有效提高混凝土的强度，降低水泥用量，降低水化热温升。
2、优化施工工艺，加强施工管理
为减小因水化热引起温度升高，按照分层连续一次浇筑的原则，每次分层尽量控制在30～40cm，增加温度散发表面积。同时在现场采取保温或遮盖的措施尽量减小混凝土内外表面温度差。
3、对骨料和水泥采取降热、保温措施，确保混凝土入模温度
夏季施工时，原材料必须遮盖防止暴晒，如果遇到室外温度过高的情况还必须采取晒水降温或拌合水加冰块冷却，水泥必须冷却后才能使用，这样才能降低混凝土自身入模温度不高于30℃。
冬季施工或气温低于5℃时，原材料必须遮盖，如果室外温度过低必须按照冬季施工要求采用蓄热法对原材料进行加热保温，对拌和水必须加热，水加热温度不宜大于80℃，骨料加热温度不应大于60℃，保证混凝土自身入模温度不低于5℃。
4、布置冷却水管和测温元件
为减少混凝土内部温度，降低大体积混凝土内外温差，尽量避免大体积混凝土的开裂，采取在混凝土内设冷却水管通水降温的措施。冷却水管的管径、通水流速、通水水温根据热传导计算及混凝土内部温度测量确定，通水温度应尽量保证与其接触部位混凝土温度差小于15℃，否则，由于前期混凝土强度差，容易引起混凝土内部收缩裂缝，影响混凝土内部质量。
对大体积混凝土施工进行温度测试和监控，是为了掌握混凝土内部的实时温度及中心部位与表面部位的温度差，以便采取内部降温、外部保温蓄热的技术措施，降低并控制混凝土的内外温差，防止混凝土结构产生裂纹。
一般根据结构物大体积特点，选取的1/4块布置测点，在高度方向及水平方向等间距布置，以测定混凝土内部最高温度及温度梯度，测温元件原则上布置在2层冷却管中间。
混凝土浇筑完24小时后，温度上升阶段，每2h测量一次进水温度和出水温度及各测温元件温度，温度下降阶段，每4h测量一次，并根据测量结果，及时调整冷却水的流量。
5、加强混凝土养护工作
大体积混凝土浇筑完毕后，要加大养护力度，应采取以下措施进行养护：
混凝土初凝后，表面洒水养护（气温低于5℃时应覆盖保温不应洒水），气温低时可以考虑直接用冷却水出水口热水进行养护，以提高表面温度，减小混凝土内外温差。
夏季或气温较高时，混凝土表面应加强潮湿养护，在条件允许的情况下尽可能采用表面蓄水，防止混凝土出现干缩裂缝，保证混凝土内表温差及气温与混凝土表面的温差控制在范围15°C内，混凝土芯部温度控制在60℃以内。
冬季温度较低时，待钢筋、模板施工完毕后，沿模板四周采用帆布和棉被包裹保温，必要时搭设暖棚进行加热或蒸汽养护。
6、模板拆除时间控制
混凝土与环境的温差不得大于15°C。拆除模板后的混凝土表面宜采取临时覆盖措施，并应适当推迟拆模时间。
混凝土在冬季和炎热季节拆模后，若气温产生大的变化，应采取适当的保温（寒季）隔热（夏季）措施，防止混凝土产生过大的温度应力。
三、温度控制注意事项
1、定期对仪器进行标定检查；
2、温度控制过程中，测试人员应及时测量，尽快提供测试结果，以及时调整通水流量。
3、进出水口都必须安装控制水阀，并应单独连接可控通水量的水泵，以便调整通水流量。
4、冷却水管通水完毕后，应及时清理并进行压浆处理，否则容易引起混凝土后期质量，混凝土耐久性变差。
四、结语
大体积混凝土温度控制关键在于控制混凝土内部与表面温差，表面与大气温差及冷却水温与冷却水接触部位混凝土温差三个温差指标，原则上不得超过15℃，实际施工中可以根据绝热温升及不同龄期混凝土强度关系确定具体温差控制要求，在施工中主要采用各种温度测量手段了解混凝土内部温度情况，采取优化施工配合比，埋设冷却水通水降温，蓄热养护等手段控制温差以达到混凝土拉应力小于不同龄期混凝土容许拉应力，确保混凝土不出现开裂或裂缝宽度小于混凝土容许裂缝宽度。
参考文献
1、《铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定》（铁建设[2005]157号）；
2、《铁路混凝土工程施工质量验收标准》（TB10424-2010）；