广东韶关 512000
摘要：大体积混凝土因自身水化热和环境温度的影响易产生温度裂缝，对大体积混凝土温度应力的有效控制是防止产生裂缝的技术措施之一。本文结合工程实例，分析了大体积筏板混凝土基础一次性浇筑的重难点，并给出了具体的实施方法通过温度和应力监测技术，采取动态养护措施，保证了大体积混凝土的施工顺利完成。
关键词：混凝土；监测；监控布点；分析；成果
引言
随着建筑行业的迅猛发展，大体积混凝土底板得到了越来越广泛的应用，筏板基础得到广泛应用，由于基础深、底板厚、混凝土一次浇筑量大，混凝土底板一方面由于自身温差而产生应力；另一方面由于混凝土收缩受到土的约束，底板会产生拉应力，若超过极限抗拉强度，就会产生裂缝，影响结构的整体性、防水性和耐久性。筏板基础大体积混凝土结构温度裂缝问题日益突出，成为目前建筑行业广泛关注的问题。温差应力的产生是与混凝土内外温度差密切相关的，因此在大体积混凝土施工时，要实时监测温度差异，以便施工现场采取降低温差的措施，保证不产生导致裂缝的温差。本文以某工程为背景，开展了一系列监测活动对混凝土的温度和应力进行实时监控，以保证工程的顺利实施，可为类似工程提高参考与借鉴价值。
1 工程概况
某工程总建筑面积217618.86m2，其中塔楼地下3层、地上25层，建筑面积122800m2，标准层建筑面积2400m2，钢管混凝土柱钢框架+钢筋混凝土核心筒混合结构。
该工程基础为筏板基础，由塔楼筏板和裙楼筏板组成，塔楼筏板尺寸76.5m×75.6m，其中主塔楼核心筒部分基础厚度为3.0m，塔楼下非核心筒部位外南北两侧(乙区)筏板基础都为1.5m厚(见图1)；与⑩轴以两塔楼筏板交接的裙楼部分区域，筏板基础厚0.7m，电梯井局部最大厚度达6.6m。混凝土强度等级C45P10图纸原设计有贯穿塔楼的2条十字后浇带，后浇带的封堵、加同以及清理给施工带来很大的麻烦，稍不注意可能会造成质量隐患，对结构的整体性也会带来一定影响
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图1 塔楼基础分区示意
为了方便施工，保证施工质量，缩短工期，提高结构整体性，经过充分全面的技术准备和措施以及专家论证，取消塔楼图纸原设计后浇带，实现塔楼超长超厚大体积混凝土一次性整体浇筑，无缝施工。为了保证混凝土整体浇筑施工质量，需要利用监测数据指导混凝土的养护工作。在深入讨论后，制定了塔楼基础大体积混凝土整体浇筑施工温度及应变监测方案。
2 监测方案
2.1 方案思路
“温度应变动态监控”是指实时掌握混凝土典型部位的实际温度应变状态，以便把握整个混凝土的内部温度场和应力分布规律，从而及时有效指导养护工作，有效缩小甚至消除混凝土裂缝，从而保证混凝土的整体性。
具体方案是在混凝土浇筑前，埋设应变传感器，在混凝土浇筑后养护期间，根据现场采集的数据，动态调整覆盖层厚度和养护棚保温条件，利用温度应变和收缩应变的协调变形，合理调整混凝土的受拉区域和拉应变峰值，以保证混凝土拉应力低于抗拉强度，最终避免开裂。
2.2 设备选用
应变传感器选VJ-4200塑振弦式应变传感器，可以同时进行应变和温度监控，其主要组成部分包括钢弦、线圈、热敏电阻、保护管等元件(见图2)。
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图2 振弦式应变传感器结构示意
YJ-4200型传感器的引出电缆为四芯加屏蔽电缆，其红线和黑线用于监测振弦，白线和绿线用于监测温度(通常白、绿色芯线连接到仪器内部的半导体温度传感器用于监测温度)，另一根为屏蔽线，调试时，监测仪表的接入线鳄鱼夹颜色与传感器的颜色相同，接法对应。实际监控过程中采用便携式测量仪器人工测量。YJ-4200振弦式应变传感器具有专用自补偿功能。
2.3 监控布点
2.3.1 传感器位置设置
在布点前，通过有限元软件对筏板基础进行整体分析，结合现场基础的实际情况，最终选择了具有代表性的4个测点布设传感器，记为5，6，8，10号点位(见图3)。电梯井和集水坑筏板下卧处混凝土厚度最大，混凝土中心温度最高的地方也在电梯井处，边缘测点的选择原则距筏板边缘应介工200～500nnn。
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图3 测点布置平面
由于底板厚度较大，每个测点混凝土不同高度和位置的温度和应力也存在很大差別，因此设计布点时应考虑传感器的布置能够反映混凝土内部的不同情况。因此，在每一个测点按照高度梯度和角度的不同进行布点。其中，5，6和10号点位按照上中下3层布点，8号点位的混凝土底板较其他位置更加薄，所以只设置2个高度梯度(见图4，5)。
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2.3.2 无应力桶设置
使用应变计虽能测量混凝土的应变，但实际上混凝土随着内部含水率变化要产生一定的收缩与膨胀，并且在持续荷载的作用下要产生徐变，以及混凝土本身经受化学变化和杯结晶，也会随着时间膨胀，这种膨胀非常像蠕变。综合这些因素，混凝土的弹性模量将随着这些参数的变化而变化，即混凝土自身体积的变化也将导致混凝土应力的变化，因此直接通过测量应变和弹性模来计算混凝土的实际应力将变得困难和不准确，其测到的应变将包含上述因素引起的总应变，而额外的徐变并非所需。
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因此，实际工程中的做法是预先设置无应力桶，在其中埋设传感器后单独浇筑混凝土，在混凝土徐变完成后再安装到测点上进行监测。
2.3.3 测点安装固定
为了保证传感器的位置能准确安装到位，同时防止在浇筑混凝土时损坏传感器或造成传感器移动，按照测点底板厚度分别制作钢筋支撑架体，将传感器焊接到设计位置后，整体安装同定到指定测点的基础钢筋上。
2.4 动态监测过程
2.4.1 监测频率设定
该工程塔楼基础筏板混凝土整体浇筑施工于2014年4月4日21时开始在塔楼基础的核心筒偏南侧约5m处周边位置浇筑第一罐混凝土，持续至4月8日凌晨2点浇筑完成，总共用时约75h。
现场数据监测采集准备工作于混凝土正式浇筑前2d已调试完毕，并随混凝土施工作业及养护过程作同步实时监控，采集时间自2014年4月6日开始，至6月30日筏板基础侧模全部拆除完毕且上部结构开始动工时结束，共计81d。
根据混凝土特性，制订了28d内不同时段不同频率、28d后不定期测量的监测计划，28d内的监测频率为:1～4d内为2h—次；5～9d内为4h—次；10～15d内为8h一次；16～28d为24h一次。
2.4.2 监测数据处理
根据设定的监测频率来看，28d龄期内单个监测点的监测数据就有109个，4个监测点就有436个数据，加上28d后的不定期监测，最后汇总的数据有上千个，数据非常巨大，需要仔细处理。
数据通过Kxcel表格和Origin软件进行处理，根据测得的数据计算出所需分析结果，并进行绘图，得到直观的结果。
以监测点5为例，给出了监测点5上层监测点的温度变化图(见图6)。同时各监测点的温度情况汇总如表1所示。
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2.5 监测结果分析
通过数据的处埋和分析，从得到的各测点的温度变化阁和温度汇总表来看，得出以下结论。
(1)所有测点均在混凝土浇筑后温度呈大幅上升趋势，从温峰出现的时刻吋见，大部分测温点的温峰值出现在混凝土入模后48h左右，温峰值最高可达74.4℃。此后，温度逐渐下降，但是下降幅度比较缓慢，在90d时所有测点温度均已下降到30℃以下，即已与大气环境温度相近。
(2)各个测点自身来看，针对某一层，各方向的温度曲线基本吻合，这也说明了此次混凝土浇筑的均匀性，内部结构各方向散热的速韦基本相同，浇筑方案的合理性与理论分析相吻合。
(3)从整个温度数据分折来看，温度场的分布规律可以概括为:基础筏板竖向温度方面，同层中间温度高，上下层温度低；筏基径向温度方面，核心简处温度降低幅度明显小于边缘点，中部混凝土厚度大，散热困难，边缘混凝土厚度较小，厚度越小，降温速率越明显。
从监测结果看，基于现场不间断监控调整养护措施的不懈努力，现场采取的动态养护工作达到了预先设计的保温保湿养护效果。
2.6 监测技术要点
(1)在塔楼基础筏板施工准备时，待监测人员抵达现场进行技术交底和安全交底，落实施工温度应变监控方案，制定实施细则。
(2)在基础钢筋绑扎完毕，根据监控方案的要求，安装全部应变计就位，并且川读数仪检测每个测点处的应变计是否完好，要求每一传感器读数置于正常测量范围，确保每个应变计都正常工作。
(3)混凝土整体浇筑开始后，认貞做好混凝土浇筑起始时间及每个传感器覆盖时间的记录，掌握和控制混凝土的人模温度，在混凝土水化升温过稈中增加数据读取的频率；在养护期间，认真做好相关施工监控记录，每天应整理数据并进行分析，实时掌握混凝土的温度分布和应变分布规律，据此对混凝土裂缝进行估计和预报。
(4)为保证温度监控目标顺利完成，有效地进行裂缝控制，应及时将监测数据和分析通报委托方，针对现场情况向委托方提出养护措施建议。监测过程中如有异常现象，应及时委托方负责人员沟通，研究制定解决办法，保证实现温度监控任务。
(5)现场监控测读吋间尽量延长至基础底板抄平放线前，直至侧校板拆除、上层结构钢筋绑扎时为止，尽可能多采集相关数据，为今后监控工作做好准备。
3 监测成果
温度监测的目的是掌握浇筑混凝土的实时情况，从而能够采取针对性的措施应对不同的现场情况，最终才能保证工程质量。
本工程大体积混凝土浇筑完成后并未出现明显的表面裂缝和贯穿裂缝。本文给出以下几点建议以指导相关工程的施工。
(1)要做好混凝土的养护工作，必须注重温度、湿度和养护时间这二大要素。在进行混凝土养护时，必须把握好混凝土内部适当的温度和足够的湿度，以确保混凝土的硬度和强度得到增长，尤其是针对超大体积混凝土的浇筑工作，切合实际的动态养护措施尤为重要。
(2)基于监测的大体积混凝土动态养护技术，首先要对浇筑后的大体积混凝土块体内部温度进行监测，这需要在混凝土块体中埋置相应的温度测试仪并及时采集相关温度信息。混凝土表面的温度监测也需要埋置相关温度仪，一般埋设深度为离混凝土块体上表面50～100mm，并及时采集温度信息。
(3)掌握温度信息后要做到以下保障:混凝土浇筑体在入模温度基础上的温升值不宜大于50℃；混凝土浇筑块体的里表温差(不含混凝土收缩的当量温差)不宜大于25℃；混凝土浇筑体的降温速率不宜大于2℃/d；混凝土浇筑体表面与大气温差不宜大于20℃。
(4)混凝土浇筑体的降温速率、表面与大气温差也可以通过同样的方法进行实时监测，并对异常情况进行处理。基于监测的大体积混凝土动态养护自混凝土浇筑完成开始，直至混凝土块体温度趋于稳定并接近周围环境温度时为止，是一个长时间的动态养护过程。实践也证明，有区別的动态养护技术措施更有利于混凝土的成型质量，对防止裂缝的产生起到了很好的效果。
(5)本次基础所用水泥水化热比较大，为了降低水泥水化作用所产生的热量，建议降低入模温度，可以采用夜间施工，也可以在混凝土拃合水中适当加入冰块，达到降低入模温度的目的。
4 结语
综上所述，温度监测技术是预防大体积混凝土产生温度裂缝的重要措施之一。大体积的混凝土浇筑比较容易出现裂缝，对于温度应力引发的裂缝，应当实施有针对性的控制措施，提升浇筑质量。本项目筏板大体积混凝土浇筑通过温度和应力监测技术，采取有针对性的混凝土动态养护措施，顺利完成了大体积混凝土的施工，最终通过表面观测未发现有害裂缝，监测设备的数据也表明，未出现不利于混凝土强度的不利应力，提升混凝土整体浇筑施工质量，保证了超大体积混凝土基础无缝施工顺利完成。
参考文献
[1]康志田,余开彪.大体积混凝土温度应力监测与裂缝控制研究[J].交通科技.2011.
[2]温治彬.浅谈大体积混凝土温度应力及裂缝控制[J].城市建设理论研究:电子版.2013.
[3]张明.建筑工程大体积混凝土温度监控技术探讨[J].工程与建设.2016.
论文作者:何衎波
论文发表刊物:《基层建设》2016年32期
论文发表时间:2017/1/17
标签：混凝土论文; 温度论文; 应力论文; 体积论文; 应变论文; 裂缝论文; 塔楼论文; 《基层建设》2016年32期论文;