0 引言

　　随着建筑结构复杂程度不断提高，混凝土工程的体量也不断增加，而大体积混凝土内部温度由于水泥的水化作用急速上升，此时，由于其初期弹性模量较小会产生较大的温度变形^[1,2,3]。防止大体积混凝土因温度应力而开裂，采用合理的施工工艺参数控制大体积混凝土的散热问题一直是研究热点^[4,5,6,7]。

　　国内外学者对混凝土水化热引起的大体积混凝土开裂问题进行了较多研究。詹元林等^[8]以珠海市洪鹤大桥3号主墩承台及塔柱首节施工为工程背景，运用有限元软件对大体积混凝土施工过程中温度及应力变化规律进行了研究;夏启^[9]开发了一种水化热监控系统来实现对温度的监控;王璟等^[10]应用MIDAS/FEA有限元仿真软件建立并分析了3种模型建立方式对计算结果的影响，以实际工程检测数据对软件模型进行参数调整和验证，分析三维不稳定温度场的多种影响因素，总结水工大体积混凝土控温控裂应力场分析技术;焦运攀等^[11]对海洋护岸大体积混凝土工程进行了开裂的风险评估。

　　通过筏板基础大体积混凝土整浇养护全过程的现场温度监测，提出大体积混凝土的动态养护技术，分析大体积混凝土养护过程的温度变化规律及其影响因素，从而为大体积混凝土整浇养护过程中温度变化及控制提供参考。

　　1 工程概况

　　西安武隆航天酒店项目位于西安市神州三路与东长安街十字路口东南角，紧邻航天城中湖公园。该项目包括B级超高层办公楼(1号楼)，一类高层酒店(2号楼)，一类高层公寓(3号楼)以及配套的商业裙房(4,5号楼)。本工程设计使用年限为50年，建筑耐火等级为一级，建筑物抗震设防烈度为8度，地下建筑总面积23 725m²，地上建筑总面积84 994m²，总建筑面积108 719m²。

　　该项目1号楼地下2层、地上32层，建筑高度135.450m，筏板基础基本厚度为2.0m，电梯井局部厚4.7m，筏板外轮廓尺寸41.3m×40.2m(矩形)，底板面积约1 660m²，混凝土强度等级C40，浇筑方量约3 600m³。

　　2 监测方案及动态养护技术

　　2.1 温度监测必要性

　　基础混凝土采用整体浇筑方案，考虑到基础筏板的施工时间为1月中旬，环境温度可能低于5℃，实施2.0m厚混凝土整体一次浇筑时混凝土浇筑量大，并且局部混凝土厚度达4.7m，较一般混凝土浇筑及养护而言，该项目大体积混凝土的水化热散发状况更加复杂，热传递路径更长，会产生更加复杂的混凝土内部热力场分布，产生较大的内外温差，从而导致混凝土的应力裂缝产生。因此，有必要进行混凝土整浇施工和养护期间的温度监控，并及时动态调整养护措施。

　　2.2 测点布置

　　整体浇筑方案主要针对主楼基础筏板大体积混凝土，不考虑裙楼基础施工。整浇施工和养护期间的温度监测考虑结构的形式和监测效率，取总平面的1/4进行监测。基础筏板总平面及其1/4平面测点布置如图1所示。

　　图1 基础筏板平面示意  

　　考虑基础的对称性和施工进度，将测点布置在筏板的西南区域，共设置4个温度监测点，分别为1,2,3,4号点，4个测点传感器均按上、中、下3层布置，其中上层测点距离混凝土上表面500mm，中层测点位于混凝土的中间部位，下层测点距离混凝土下表面500mm。

　　2.3 仪器设备

　　本次监测采用振弦式传感器，其内置温度传感器。监测过程中选用振弦式手持采集仪采集数据，采集频率范围400～3 500Hz，采用菜单式人机交互操作，用户可根据提示任意设定读数仪的初始参数和工作状态。监测设备如图2所示。

　　图2 传感器及数据采集仪  

　　2.4 监测频率

　　混凝土浇筑完成后前期温度变化较大，后期温度变化较平缓，因此监测频率前期高、后期低，如表1所示。

　　表1 监测频率 

　　表1 监测频率

　　2.5 动态监测要点

　　武隆航天酒店项目1号楼基础筏板混凝土整浇施工温度监控从第1罐混凝土浇筑开始，直至基础混凝土表层保温泡沫板全部撤除、上层结构开始放线施工上活荷载为止，计划监测时间45d，主要监测要点如下。

　　1)在基础筏板施工准备时，监测人员抵达现场，进行技术交底和安全交底，落实施工温度监控方案，制定实施细则。

　　2)基础钢筋绑扎完毕，根据监控方案要求，全部传感器安装就位，且用读数仪检测每个测点处的传感器是否完好，要求每一传感器读数置于正常测量范围，直至混凝土整体浇筑开始，如果没有读数，或者读数不在初始范围，需要重新安装，确保每个传感器正常工作^[5]。

　　3)混凝土整体浇筑开始后，记录混凝土浇筑起始时间及每个传感器覆盖时间，掌握和控制混凝土入模温度，在混凝土浇筑和养护阶段按上文监测频率，认真做好相关施工监控记录。应每天整理数据并进行分析，实时掌握混凝土的温度分布规律，对混凝土裂缝进行估计和预报^[5]。

　　4)为保证能够顺利完成监测目标，有效进行裂缝控制，应及时对监测数据进行分析，针对现场情况提出养护措施建议^[9]。监测过程中如有异常现象，应及时与负责人员沟通，研究制定解决办法，保证实现温度监控任务。

　　2.6 动态养护技术

　　基于大体积混凝土动态养护监测技术，首先对浇筑后的大体积混凝土块体内部温度进行监测，在混凝土块体中埋置温度测试仪并及时采集温度信息^[9]。混凝土表面温度监测也需埋置温度仪，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。通过分析混凝土实时内外温差，采取相关的温控措施。此项工作应派专人负责，采集温度信息可由计算机自动采集，相关采集频率也可进行设置，并设定警报系统，对异常情况进行报警，提醒相关负责人员采取恰当措施。同样，混凝土浇筑体的降温速率、浇筑体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^[9]。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。实践证明，有区别的动态养护措施更利于保证混凝土成型质量，对防止裂缝产生起到很好的效果^[9,11]。

　　3 温度监测结果与分析

　　3.1 监测结果

　　数据的监测采集工作于混凝土正式浇筑前调试完毕，并进行试测，随混凝土施工及养护过程进行同步实时监测。根据传感器监测温度数据，可得到1～4号点各温度监控点的温度曲线，如图3所示，图中监测数据从混凝土浇筑工作完成后的14h开始，至上部结构开始动工结束，共历时1 177h。

　　图3 测点温度-时间曲线  

　　3.2 各测点温度趋势分析

　　1号测点在时间0h上层温度为47.17℃，小于下层50.21℃及中层52.18℃，是由于混凝土中层水化热难以释放，而上层温度受混凝土表面热交换的影响热量易于释放。受混凝土水化热的影响，测点温度随时间快速上升，大约于33h到达峰值，温度从高到低分别为中层62.8℃、下层59.7℃和上层57.5℃，仍然符合上述散热规律。随着时间的发展，混凝土内部温度开始下降，降温初期中层温度>下层温度>上层温度，但随着热量从混凝土表层的快速流失，混凝土内部形成了从下层、中层到上层的热传递路径，导致了从下层、中层到上层的温度梯度的形成，即从185h开始，中层温度低于了下层温度。随着时间发展，混凝土内部温度逐渐趋于稳定，最终上、中、下层温度均趋于13℃。1号测点相对于其他测点位于基础筏板边角部位，因此温度趋于稳定的时间最短，相同时间获得了较完整的温度变化历程。2号测点温度变化规律与1号测点相近。

　　3号和4号测点位于混凝土厚度4.7m的电梯井局部，其中3号测点位于角落。在前150h的温度快速上升和快速下降阶段，混凝土中层温度>上层温度>下层温度，主要由于电梯井口位置在混凝土浇筑完成当天即向坑内注水，深度300mm，起到了对混凝土下层的降温作用。随着时间发展，由于坑口的封闭，而混凝土的厚度较大，因此下层混凝土降温速率较慢，又形成了与1,2号测点相同的中层温度>下层温度>上层温度的降温趋势。但受混凝土表面热交换的影响，混凝土内部最终仍会形成下层温度高、上层温度低的温度梯度，并以这样的发展趋势逐渐趋于稳定。

　　3.3 测点温度综合分析

　　通过对各测点温度-时间曲线分析，可以归纳各测点温度峰值情况如表2所示。

　　表2 各测点到温度峰值情况 

　　表2 各测点到温度峰值情况

　　通过以上综合分析可得如下结论。

　　1)所有测点温度均在混凝土浇筑后呈快速上升趋势，由峰值温度出现的时刻可见，测温点的温度峰值主要出现在27～33h，即混凝土浇筑工作完成后的41～47h，温度峰值最高可达72.9℃，此后，温度逐渐下降。

　　2)对比测温曲线可以看出，各测点温度曲线形状基本一致，温度峰值出现的时间基本接近。且在初始阶段降温速度较快，100～150h后降温速率逐渐缓慢，主要由于初期混凝土与环境温度温差大，形成了较大的温度梯度，产生了较高的降温速率，同时，混凝土浇筑完成后的48h出现雨雪天气，环境温度降低，导致混凝土与环境温差进一步升高，加快了混凝土与外界的热交换速率。

　　3)1号测点峰值温度略小于2号测点，且降温速率大于2号测点，是由于1号测点位于筏板角部，西、南两侧均靠近外围土层，2号测点位于筏板长边中部，只有南侧靠近土层，与环境的接触面小于1号测点。

　　4)3,4号测点温度曲线形状基本一致，但二者峰值温度不同，4号测点上、中、下3层分别比3号测点高2.8,6.6,9.1℃。这是二者测点位置不同而造成的，4号点位于筏板中心处，3号测点位于筏板4.7m与2m的变截面处，南侧筏板厚度2m，东侧是集水坑边缘，从而导致3号点散热面大于4号点。

　　从整个温度数据分析来看，温度场的分布规律可以概括为:(1)基础筏板竖向，中层温度高，上下层温度低;(2)筏板径向，中心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，降温速率明显;(3)各测点温度曲线形态基本一致，说明此次基础筏板大体积混凝土浇筑及养护施工保持了较好的连续性和均匀性，其内部结构各方向散热速率基本相同。

　　4 结语

　　通过对筏板基础大体积混凝土冬期整浇养护过程的温度监测分析，可得到如下结论。

　　1)混凝土养护初期，中层温度高，上、下层温度低，随着混凝土表面热交换进行，降温过程中逐渐形成了下层温度高、上层温度低的温度梯度。

　　2)受周围环境影响，混凝土温度到达峰值的时间主要出现在混凝土浇筑工作完成后的41～47h，峰值温度最高可达72.9℃。

　　3)养护初期，由于混凝土与环境温差大，会形成较大的温度梯度，因此此时降温区间的混凝土降温速率较快。

　　4)混凝土表面温度受大气环境影响较大，通过实测可以看出气温的突变对于上层各测点温度值的变化有着显著影响。

　　5)大体积混凝土的动态养护技术在实时监测混凝土温度的基础上，及时调整养护措施，有效地控制了混凝土的内外温差，防止了早期裂缝的产生。

　　大体积混凝土施工养护方式往往以工程经验为基础，养护方法单一，不能根据混凝土情况的变化做出相应的调整。在大体积混凝土的养护过程中，不能盲目地进行养护，应根据混凝土自身情况的变化而采取相应的养护措施。基于监测的大体积混凝土动态养护技术的提出和实施是非常必要的。