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摘要：水化热及内外温差是影响混凝土工程施工质量的关键因素，在大体积混凝土施工项目中，由于浇筑体量大、次数多，施工温度与混凝土质量间的关系更为密切。本文以南京世界贸易中心项目底板浇筑施工为例，分析大体积混凝土浇筑中的测温及养护降温措施，配合科学的材料配比及施工流程监管，防止温度裂缝等混凝土缺陷问题的发生，为相似工程混凝土浇筑温度控制工作提供参考。
关键词：大体积混凝土；现场测温；养护降温
引言：大体积混凝土在建筑、桥梁等工程的承台基础建设中被广泛应用。受混凝土原材料属性的限制，混凝土浇筑过程会产生大量水化热并聚集在混凝土体内部，产生内部拉应力而增加大体积混凝土出现裂缝的可能，另外，养护过程中混凝土体内外温差过大也会引发开裂现象，严重影响大体积混凝土质量控制目标的实现。因此温度控制被作为大体积混凝土施工管理的重点，有必要对其测温及养护降温经验进行总结。
1案例背景简介
南京世界贸易中心项目占地面积32000m2，建筑面积达到438567m2，为大型综合体项目，其建筑主体包括标高298.6m的办公塔楼、酒店、豪华公寓等。
项目底板工程被分为6个区域，依次开展施工作业。底板工程结构为混凝土框架和混凝土核心筒-框架剪力墙两种，厚度在1000mm～3500mm，主体结构采用φ20钢筋。该项目底板浇筑为典型的大体积混凝土工程，施工地点位于商务区，施工难度大，需要多次浇筑完成。为确保混凝土浇筑质量及施工进度，采用两班倒的方式24h进行浇筑作业。在现场人员作业人员分配上，考虑到大体积混凝土浇筑温度控制的重要性及控制难度，设置专门的现场测温及混凝土养护工作组，分别负责混凝土温度监测及养护管理。
2底板浇筑测温及养护降温措施
2.1温度控制
2.1.1参数计算
本项目大体积混凝土浇筑保温采用覆盖塑料薄膜及草袋的方式进行，结合相关技术指标优化选择保温材料，通过计算得出混凝土内外温差需严格控制在25℃以内，且保温材料的导热系数为0.05。项目大体积混凝土浇筑施工时段为3月上旬，结合南京地区3月上旬历史温度信息，取平均气温为10℃。表1、表2分别为底板位置大体积混凝土材料配比方案及不同掺量的水化热调整系数。
表 1 底板位置大体积混凝土材料配比方案
结合以上信息，计算大体积混凝土温度控制参数：
（1）混凝土最大绝热升温
粉煤灰与矿渣粉同时使用，即k=k1+k2=0.919+0.84-1=0.759，因此有Q=kQ0=0.759×375=284.6kJ/kg。
取混凝土比热C=0.97kJ/kg；混泥土质量密度ρ=2400kg/m3；混凝土龄期t=3；经验系数m=0.37。其中，混凝土龄期由温度测试得出，浇筑完毕的3d内温度变化最大，且内部温度达到最大值，因此将t设为3。有计算过程：
其中460=水泥260+粉煤灰80+矿粉120。最终得到3天内混凝土最大绝热温升为37.7℃，考虑到温度控制安全，最终取参数结果为43.2℃[1]。
（2）混凝土中心温度
有公式Tmax=Tj+T（t）×ζ，其中，混凝土浇筑温度Tj=25℃，不同浇筑混凝土块厚度的温度系数ζ=0.74。因此有Tmax==25+43.2×0.74=57℃。
2.1.2模型构建
将底板温度应力看做平面应变问题，建立最深集水井处截面二位有限元模型。
2.1.3结果分析
观测第720h的底板温度应力云图，可发现混凝土内部拉应力主要集中在混凝土表面及电梯井底部，其余位置表现为压应力。其中，电梯井底部的混凝土拉应力集中程度较大，混凝土表面的最大拉应力为1.4Mpa，低于C30混凝土的1.8Mpa的抗拉强度。因此得到如下养护建议：加强大体积混凝土表面及电梯井位置的养护降温，在电梯井底角位置设置构造配筋，防止裂缝扩展。
结合混凝土中心温度计算结果，可发现混凝土中心点压应力与温度间正相关，浇筑完毕的240h，混凝土压应力为0.3Mpa。
2.2现场测温
2.2.1设备选择
为实时获取大体积混凝土最大绝热升温及中心温度的真实数据，需对混凝土进行现场测温，监控温度数据变化情况，并制定相应的温度控制方案。大体积混凝土温度控制的重点在混凝土入模温度、施工环境温度、混凝土底部、中部及表面温度，温度监测原理为电热效应。在底板基础位置分布设置温度测控点，埋设测温线等设备，要求温度监测误差控制在0.3℃之内。
本工程选用的温度传感设备型号为JMT-36B，该设备精度可达到1℃，灵敏度0.1℃，有效测温范围为-20～110℃，满足大体积混凝土现场测温要求。另外，该型号温度传感设备适用于多个场合，自动化程度及稳定性均较高。为避免设备安装对正常混凝土施工造成影响，将传感器安装位置确定在钢筋下缘，之间用胶带隔开，避免钢筋自身温度变化干扰混凝土温度信号采集。
2.2.2方案制定
现场测温在混凝土浇筑施工起至浇筑完毕后的15d之内进行。前文提到，本工程混凝土温度在浇筑完毕的72h之内变化幅度最大，且达到最大值，因此在该阶段适当提高测温频率，每2h进行温度数据采集。混凝土最大温度出现后，调整测温频率为每4h进行1次。在温度监测周期内，大体积混凝土内外温差均未超过25℃的临界值，可在到期后停止现场测温[2]。
大体积混凝土现场测温标准如下：第一，混凝土内外温差需始终保持在25℃以内。第二，浇筑施工完毕后，最佳温差应不超过20℃。第三，混凝土测温频率保持在每2h 1次左右，尽可能避免使用快速降温措施。第四，混凝土的最大温度变化不应超过60℃，循环水出水口处温度不应超过40℃。
2.3降温养护
2.3.1覆盖保温
大体积混凝土浇筑完毕后，立即进行覆盖保温作业，在混凝土表面铺设塑料薄膜，要求搭接长度在300mm以上，然后覆盖草帘或棉毡，避免其被水浸湿。在草帘或棉毡上二次铺设塑料薄膜，使用碎石等物体固定；覆盖保温需重点关注墙柱插筋位置，确保其被完全覆盖，可将草帘或棉毡切割成小块，填充空隙位置，并使用铁丝固定。插筋位置塑料薄膜的铺设应将薄膜穿透，并在该位置设置固定点。混凝土强度达到1.2N/mm2之前，严禁任何人员、设备及运输工具从表面经行。覆盖保温过程中，结合混凝土湿度状态进行洒水养护，要求混凝土湿度状态始终保持在相对湿度的80%以上，避免出现干缩裂缝。另外，适当增加混凝土养护温度可促进水化反应发生，使大体积混凝土强度提前达到设计要求，强化温差控制效果。
本项目底板工程施工时间在3月，南京地区环境温度尚不稳定，且工程使用商品混凝土，混凝土在入模阶段的温度较高。因此引入带水保温养护法，在振捣完毕的混凝土表面覆盖塑料薄膜及棉毡进行保温。
2.3.2铺设冷却循环降温管
本项目底板混凝土浇筑中，电梯井底部位置为拉应力集中区域，为强化混凝土降温效果，配合覆盖保温在混凝土结构内部预设冷却循环降温管。电梯井位置设置2层降温管，其余位置设置1层，循环供应冷却水，带走大体积混凝土内部多余温度，控制内外温差始终在25℃之内。
为保证冷却水供应方案符合施工现场温度控制要求，结合各个测温点监测到的温度变化数据，调整冷却水流量及开闭时间。本工程使用降温管直径48mm，为钢材质，使用25cm螺纹的钢筋马镫固定降温管。混凝土浇筑施工完毕后即开启供水阀门进行循环降温。循环水出水口设置在现场临时集水井位置，以水泵提供冷却水循环动力。
3大体积混凝土浇筑测温及养护降温效果分析
为验证底板位置大体积混凝土浇筑测温及降温养护成效，使用专业有限元分析软件，对混凝土浇筑完毕后水化热温度场进行仿真分析，分析结果如下：
第一，大体积混凝土浇筑完毕的一段时间内，因水化热反应导致混凝土温度显著上升，温度达到峰值后，即表现出降温趋势[3]。浇筑施工完毕10～15d，混凝土温度变化速度放缓。
第二，预埋冷却循环降温管的方式对控制混凝土温度峰值起到有效作用，相对而言，混凝土浇筑完毕28d后，设置降温管的混凝土温度状态要明显优于使用常规降温养护方式的混凝土体。但冷却水调整混凝土内外温差的速度较快，因此需严格依照现场测温结果，合理选择冷却水流量及供应时间，避免混凝土温度在短时间内发生较大变化。
第三，冷却水的质量流率对其冷却效果的影响程度与温度场的变化阶段相关。例如在混凝土升温幅度较大的阶段，适当调整冷却水质量流率，其冷却效果增加程度非常有限；但在温度降低的过程中，质量流率对降温效果的影响程度将明显增加。
第四，综合大体积混凝土降温养护成本及养护效果，建议将冷却水温度控制在适当范围，一是避免冷却水温度过低，导致混凝土内部温度发生大幅度变化，二是在确保降温效果的同时，节约养护成本。
结论：温度控制一直是大体积混凝土浇筑施工的工作重点，降温养护作为大体积混凝土施工的最后一步，其对混凝土工程整体质量的影响程度较高。建议相关单位在开展大体积混凝土浇筑作业时，加强现场温度监测，选派专人负责混凝土降温养护工作，适当使用冷却水降温，提高大体积混凝土施工质量。
参考文献：
[1]何廷伟.高层建筑筏板基础大体积混凝土质量控制[J].江西建材，2020（01）：30-31.
[2]杨东赤.高温条件下大体积混凝土施工技术研究[J].工程建设与设计，2020（02）：149-151.
[3]张海峰.超高层建筑超深超厚底板结构施工关键技术[J].上海建设科技，2019（04）：43-45.