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大体积混凝土智能温度控制及测量实施分析

发表时间：2020/10/10 来源：《基层建设》2020年第17期作者：段佳伟王颂义达德文朱晓东谭建国张江华

[导读] 摘要：随着城市化发展进程的加快，建筑技术水平的提高，各种高层、超高层地标建筑拔地而起，伴随着建筑物承载力的增大，混凝土强度等级及混凝土体积也随之提高。

        中国建筑第八工程局有限公司西南分公司四川成都 610000
        摘要：随着城市化发展进程的加快，建筑技术水平的提高，各种高层、超高层地标建筑拔地而起，伴随着建筑物承载力的增大，混凝土强度等级及混凝土体积也随之提高。目前，大体积混凝土施工技术已被广泛应用到大型筏板基础的施工中，然而在施工过程中产生的混凝土开裂一直是该施工技术的重点以及难点，处理不当会严重影响施工质量。基于此，本文就大体积混凝土开裂的原因从智能化测量及温控展开论述，以此提高此技术的应用水平，确保房建工程质量。
        关键词：大体积混凝土；温度控制；智能化管控
        前言
        在现代建筑中，近年来由于高层和超高层建筑的增多，大体积混凝土被广泛运用到建筑地下室工程及大型建筑的屋面屋顶工程中，在施工过程中的裂缝控制是大体积混凝土施工质量的重中之重，本文就重庆市某项目展开讨论，该项目筏板浇筑方量为2256m3，筏板厚度为2500mm，属于超厚大体积混凝土工程。本工程的重点及难点为大体积混凝土的测温和控温、浇筑体量大，需在12小时内完成该底板的浇筑。本文就该工程采用的智能化控温技术展开讨论。
        一、温度控制依据及计算方法
        本工程底板体量大，要求一次连续浇筑砼，浇筑后在砼硬化过程中释放大量水化热。砼内外温差增大，容易产生较高温度应力和收缩应力，处理不好会导致产生温度裂缝，危害结构使用性能。因此，对于塔楼底板大体积砼的测温监控成为本工程的难点之一，必须予以足够重视。
        1温度控制计算
        依据<<大体积混凝土温度应力与温度控制>>朱伯芳著，<<建筑物的裂缝控制>>王铁梦著
        保温材料所需厚度计算公式：

        式中δ----保温材料所需厚度（m）；
        h----结构厚度（m）；
        λi----结构材料导热系数（W/m.K）；
        λ0 ----混凝土的导热系数，取2.3W/m.k；
        Tmax---混凝土中心最高温度（℃）；
        Tb---混凝土表面温度（℃）；
        Ta---混凝土表面温度（℃）；
        K---透风系数。
        2计算参数
        根据《大体积混凝土施工标准》GB50496-2018附录C选取以下参数：
        （1）混凝土的导热系数λ0 =2.3（W/m.k）；
        （2）保温材料的导热系数λi=0.14（W/m.K）；
        （3）大体积混凝土结构厚度h=2.50（m）；
        （4）Tmax-Tb取25（℃）；
        （5）Tb-Ta取15（℃）；
        （6）透风系数K=1.30。
        3计算结果
        保温材料所需厚度δ=0.058（m）。
        即砼施工后，通过在底板面覆盖2层塑料薄膜和3层（草袋暂定20mm每层）阻燃草袋养护来控制砼的内外温差，可满足要求。
        二、混凝土智能温控技术
        1混凝土的测温系统如下图所示

        本工程底板覆盖2层塑料薄膜，外面根据计算覆盖3层湿阻燃草帘，并安排专人定时洒水湿润。
        在实际施工中，我们将根据智能测温系统输出的已浇筑混凝土温度数据，及时调整覆盖层厚度或调整养护方法。
        1）如果砼内部升温较快，表面保温效果不好，砼内部与表面温度之差有可能超过控制值时，及时增加保温层厚度。
        2）当昼夜温差较大或天气预报有暴雨袭击时，现场准备足够的保温材料，并根据气温变化趋势以及砼内部温度监测结果及时调整保温层厚度。
        3）当砼内部与表面温度之差不超过25℃，且砼表面与环境温度之差也不超过20℃时，逐层拆除保温层，当砼内部与环境温度之差接近内部与表面温差控制值时，全部撤掉保温层。
        2混凝土表面开裂风险预测预警模型
        该模型包括长周期表面温度应力计算子模型、根据天气预报进行昼夜温差应力预测子模型以及考虑表面保温效果的温度应力计算子模型，主要用于表面开裂风险的评估。评估方式如下：首先根据混凝土热、力学参数和多年平均气温情况预先计算长周期表面温度应力，然后根据天气预报计算短周期表面温度应力，两者相叠加并与当时龄期的混凝土强度相对比，可以得到相应的安全系数，如果安全系数低于标准，则还需计算应采取的保温措施。
        三、温度测量
        1测温点布置及传感器预埋
        鉴于平面中心、拐角、主风向部位分别具有绝热温升最大和产生收缩拉应力最大、易散热、受环境温度影响大的特点，我们将测温点尽量布置在上述典型部位，同时综合考虑底板面积、厚度，本工程底板测温点35个。变截面部位根据类型，选择典型截面布，底板测温点平面布置如图所示。

        2实时采集数据及成果输出
        设置采样间隔为600秒，清除数据库原有数据，开始采集数据；测试期间设置备用电源以防突发断电，并设专人定期维护机器，保证机器正常运行，在无人干预的情况下，系统在第28天自动结束数据采集。
        3各测温点的测温要求及数据分析
        先用温度计测试记录环境大气温度、混凝土表面的温度；然后用测温仪按测温点的编号顺序测试，测试时，要待测温仪的显示数字稳定后才读取数据，并与前一次的测试的温度数据对比，当温度升或降变化确定是在正常的范围之内才予以记录。如发现温度数据异常，应在该测试之后半小时进行一次复测。
        四、结束语
        根据监控系统反馈的数据建立智能预警控制模型模拟大体积混凝土开裂趋势分析、建立热成像模型，根据模型分析结果调整现场控温措施做好事前预防、事中管控、事后调整的措施，充分发挥出智能温控系统的优势：及时、准确、稳定；确保大体积混凝土施工的质量标准。
        参考文献：
        [1]李松辉，张国新，刘毅，张龑，大体积混凝土防裂智能监控技术及工程应用[J].中国水利水电科学研究院学报，2018；
        [2]刘丽红，大体积混凝土温度裂缝的成因及控制措施的探讨[J].山西大同大学学报（自然科学版），2014；
        [3]王双木，大体积混凝土施工技术在房屋建筑工程中的应用 [J].建材世界，2019。