某水利工程大体积混凝土测温试验分析

王 雷 董献国 胡晓曼

（水利部淮委·安徽省水利科学研究院 蚌埠 233000）

大体积混凝土与普通混凝土的区别，表面上看是厚度不同，但实质区别是由于混凝土中水泥水化会产生热量，混凝土内部热量较难散发，外部表面热量散发较快，内部和外部热胀冷缩的过程会在混凝土表面产生拉应力。温差到一定程度，混凝土表面拉应力超过当时的混凝土极限抗拉强度时，混凝土表面会产生有害裂缝，有时甚至产生贯穿裂缝。另外，混凝土硬化后随温度降低产生收缩，由于受到地基约束，会产生很大的外约束力，当其超过当时混凝土的极限抗拉强度时，也会产生裂缝。

为了解大体积混凝土内部由于水化热引起的温度升降规律，掌握基础混凝土中心与表面、表面与大气温度间的温度变化情况，以便采取恰当的温度措施并为下一步的施工提供指导性意见，大体积混凝土测温是非常必要的。

1 工程实例

该工程混凝土强度等级为C25（混凝土密度2350kg/m3，初凝时间控制在6h左右），最厚处1.9m，属大体积混凝土。为防止大体积混凝土由于温升产生影响结构安全的裂缝，在混凝土施工前需进行测温试验进行温度控制。由于大体积混凝土的特殊要求，采用模拟现场实际施工状况进行测温试验分析。通过测温监控可随时观测混凝土因水泥水化热作用产生的混凝土内部温度变化情况，以便及时采取相应措施，控制温差以确保在现场施工状况下浇筑的大体积混凝土不因温差过高产生影响结构安全的裂缝。

1.1 原材料及混凝土配合比情况

配合比为委托方提供，混凝土所采用的原材料如下，配合比见表1。混凝土28d抗压强度为33.3MPa。

水：城市清洁饮用水。

水泥：中铁物资巢湖铁道水泥有限公司P.O42.5级，安定性合格，3d抗折、抗压强度分别为5.3MPa、26.1MPa，28d抗折、抗压强度分别为7.1MPa、49.8MPa。

砂：霍山河砂，细度模数2.5，含泥量（0.3%）和泥块含量（0.1%）均合格。

石子：大石，单粒粒级16～31.5mm碎石；小石，连续级配5～16mm。经大石∶小石=3∶1掺配后含泥量（0.2%），泥块含量（0.1%）合格。

粉煤灰：合肥东兴Ⅰ级粉煤灰，内掺14.5%。

外加剂：合肥众兴混凝土外加剂有限公司产ZX-Ⅰ普通减水剂，液态，外掺1.8%。

纤维：安格纤维科技有限公司产F-PPS聚丙烯纤维，每方混凝土中掺0.60kg。

矿渣粉：合肥永信建材有限公司产S95级矿渣粉，内掺16.0%。

1.2 混凝土模拟测温

1.2.1 测温仪器的选择

测温仪器选用JDC-2建筑电子测温仪。

测温范围：-30℃～130℃，温度误差：≤±0.3℃，使用环境：-20℃～50℃。

1.2.2 测温点位置

根据设计图纸，混凝土最厚处1.9m，为确保模拟测温能够真实反应大体积混凝土内部温度随时间变化规律，在施工现场浇筑一体积为2.0m×1.0m×1.0m的混凝土长方体，在内部布置6个测温点。

1.2.3 测温制度

自混凝土浇筑至测温点时起72h内，每2h读取数据一次；浇筑后4～7d内，每4h读取数据一次；此后则可根据测温结果和外界环境温度变化情况每天选取两次进行温度观测。

测温设2人专门负责，轮流测温，确保真正达到连续、真实监测混凝土温差变化情况。当测温过程中出现温差较大超过规范允许值时，及时对试块采取适当措施并记录时间。

1.2.4 温控指标

表1 混凝土C25配合比

混凝土浇筑体入模温度宜控制在30℃以下，在入模温度基础上温升值不宜大于50℃。混凝土浇筑块体的里表温差（不含混凝土收缩的当量温度）不宜大于25℃，降温速率不宜大于2℃/d，浇筑体表面与大气温差不宜大于20℃。

2 测温结果与分析

按照上述测温制度进行测温的结果见图1。

由图1可知混凝土入模温度为32.5℃，大于混凝土适宜控制温度30℃，原因是混凝土浇筑时间为夏日15:55，故建议避开高温时段浇筑混凝土。根据现场室外温度实测数据，04:00为一昼夜中温度最低时段，选取该时段浇筑为宜。

由图2可知，在所测龄期内，模拟测温混凝土的峰温出现在1～2d，最大相对温升发生浇筑后约26h，为30℃，满足相关规范中相对温差不大于50℃的要求。由于本次试验为模拟测温，考虑到现场浇筑体体积更大、更厚,所以现场浇筑体的相对温升会有一定幅度的增加，峰温出现时间也会相应推后。

由图3可知，模拟测温混凝土的最大里表温差发生浇筑后约34h，为28℃，超过相关规范中里表温差不大于25℃的要求，原因在于昼夜温差大，保温措施难以满足减少表面温度散失速度的要求，建议改善保温措施，增加保温棉厚度以降低混凝土表面温度降低的速度。

由图4可知，模拟测温混凝土的最大大气温差发生在浇筑后约36h，为29℃，超过相关规范中大气温差不大于20℃的要求，主要因为夜间温度降低过大，导致混凝土表面与大气温差高于相关规范的要求，在满足降温速率符合相关规范的前提下，混凝土表面与大气温差超出一定范围是可以满足施工需要的。

在测量过程中，虽然出现一些测点的温差超过规范要求，但在现场测温结束后，经仔细观察，未发现明显影响结构安全的裂缝。

3 大体积混凝土综合防裂措施

在大体积混凝土工程施工中，水泥水化热的释放会引起大体积混凝土内外形成较大温差，导致混凝土内产生较大的温度应力，导致混凝土发生裂缝。为了防止裂缝的产生和扩大，应从控制温升、减少温度应力方面采取措施。

3.1 原材料与配比

由于水泥水化会释放大量的热量，因此应选用水化热较低的水泥并尽量降低单位水泥用量。该工程选用了水化热较低的中热水泥。除水泥之外，其他原材料的选择也应以降低水泥用量和降低水化热量为主要原则。

混凝土抗拉强度远远小于其抗压强度，这是混凝土容易开裂的内在因素。因此，在混凝土配合比中使用抗拉纤维以提高其抗拉强度，选材以增强混凝土抗拉强度抵抗温度应力降低混凝土产生裂缝为原则。

3.2 混凝土施工

混凝土搅拌前应尽可能降低所加原材料的温度，减少外界由于热传导从环境中带入的热量，如有条件可以采用冰水搅拌和循环冷气降低原材料温度的方法。

在混凝土搅拌和浇筑的过程中，尽量避免从外界环境中获取热量，可以选取温度适宜的季节进行施工或者在一天中选取温度较低的时段集中运输、浇筑。

3.3 混凝土养护

在尽量减少混凝土内部温升的前提下，大体积混凝土的养护尤为重要，养护主要是保持适宜的温度和湿度条件，混凝土的保温措施常常也起到保温作用，要兼顾两方面的效果。

根据温度应力的观点，保温的目的有两个，一是减少混凝土表面的热扩散，减少混凝土表面的温度梯度，防止产生表面裂缝；二是延长散热时间，充分发挥混凝土强度的潜力和材料松弛特性，使平均总温差对混凝土产生的拉应力小于混凝土抗拉强度，防止产生裂缝