某地铁车站项目大体积混凝土温控试验研究
时间：2023-01-16 15:15:07 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
娄在明，熊逸丰，张 凯，李 涛
（1、中国电建市政建设集团有限公司 天津 300384；
2、广州城市理工学院 广州 510800）
美国混凝土协会对大体积混凝土的定义是：“任意体量的混凝土，其尺寸大到足以必须采取措施减小由于体积变形引起的裂缝”。根据统计发现，混凝土非荷载裂缝比例高达80%［1］。大量的工程实践表明，侧墙等结构通常拆模后即出现裂缝，裂缝间距规则，从中间向两边延伸，甚至有不少是贯通性裂缝，给工程的耐久性和质量带来极大隐患［2-3］。在施工过程中，引起大体积混凝土体积变形的主要因素是水泥水化热及混凝土收缩。混凝导热性差，大体积混凝土硬化过程中产生了大量热量，内部热量难以消散，导致混凝土出现里表温差和表环温差，当温差引起的拉应力超过混凝土开裂应力时混凝土即开裂。养护措施对控制混凝土里表温差和表环温差意义重大。同时，养护条件对混凝土的收缩影响也很大：养护14 d的收缩比养护3 d 的收缩降低约20%；
环境的相对湿度越高，收缩越小，许多结构所处的环境湿度波动很大，如最低30%～40%，最高达80%～90%；
环境温度越高，风速越大，收缩越大［4］。
肖正恩等学者［5-9］进行了大体积混凝土温控试验研究，验证混凝土外加剂及保温、降温措施对温控的有效性。在本项目中，施工单位进行不同养护措施的现场温控试验，获得了大量的试验数据，研究施工段长度、养护措施对大体积混凝土温控效果的影响。
深圳某地铁站地下2层为岛式站台车站，地下1层为站厅层，地下2层有效站台长度140 m，站台宽13 m，标准段为单柱双跨框架结构。为了对比不同养护措施的温控效果，设置TZ-02、TZ-04、TZ-05 三个科研段，均为地铁车站-3F 侧墙，TZ-02 段、TZ-04 段分段长度不同，TZ-04 段、TZ-05 段养护措施不同，如表1所示。
表1 侧墙养护措施Tab.1 Maintenance Conditions of Sidewall
采用2 套HC-TW80 无线测温仪，测温范围为-30～150 ℃，测量精度为±0.3 ℃，测温点数无限制，测温仪组成部分如图1所示。测温时间间隔为1 h，混凝土温度达到峰值前后测温时间间隔为0.5 h，测温仪自动完成测温并采集数据，混凝土浇筑前完成测温元件的埋设，并做好保护措施。
图1 HC-TW80无线测温仪组成Fig.1 Component of HC-TW80 Wireless Thermometer
沿墙体竖向方向设置3 个测位，编号为1#、2#、3#，其中1#设置在墙体中部，2#、3#设置在施工缝位置。每个测位沿混凝土厚度方向设置3 个测点，分别位移混凝土上表面以内50 mm 处、混凝土中部及混凝土底面以内50 mm处。温度测点布置如图2所示。
图2 测温点布置Fig.2 Layout of Sidewall Temperature Measuring Points （mm）
3.1 TZ-02段-3F侧墙温控试验结果
TZ-02 段升温阶段、降温阶段温度监测结果如表2、表3所示。
表3 TZ-02段降温阶段温度监测结果Tab.3 Temperature Monitoring Results in TZ-02 Section at Cooling Stage
由表2 可知：1#测位点最高温峰为66.8 ℃，2#测位点最高温峰为54.1 ℃，3#测位点最高温峰为59.4 ℃。造成温峰值过大的主要原因是入模温度高，平均入模温度达到34 ℃；
3 个测位点的最高温峰发生时间分别为30.5 h、17.0 h、19.0 h，持续时间分别为4.5 h、4.5 h、3.3 h；
3 个测位点最大实测里表温差均小于限值25 ℃，说明保温起到了一定效果。
表2 TZ-02段升温阶段温度监测结果Tab.2 Temperature Monitoring Results in TZ-02 Section during Heating Up
由表3 可知：1#测位点初始的日降温速率为0.4 ℃/d，符合限值2.0 ℃/d 的要求，后期降温速率均高于限值1.0 ℃/d左右；
2#测位点与3#测位点的降温趋势大致相同，降温最大值均出现在温度峰值后48 h 之内，并且均超出每天降温2 ℃/d的要求，之后的降温变得逐渐平缓；
局部时间段降速率过快，分析其原因，可能与气温变化过快而保温措施不及时有关。
3.2 TZ-04段温控试验结果
TZ-04 段升温阶段、降温阶段温度监测结果如表4、表5 所示。由表4 可知：1#测位点最高温峰为70.0 ℃，2#测位点最高温峰为53.1 ℃，3#测位点最高温峰为68.6 ℃。温峰较大，造成温峰值过大的主要原因是入模温度高，平均入模温度达到34 ℃；
3 个测位点的最高温峰发生时间分别为27.0 h、18.5 h、34.5 h，持续时间分别为5 h、6 h、3 h；
3 个测位点最大实测里表温差均小于限值25 ℃，说明保温起到了一定效果。
表4 TZ-04段升温阶段温度监测结果Tab.4 Temperature Monitoring Results in TZ-04 Section during Heating Up
表5 TZ-04段降温阶段温度监测结果Tab.5 Temperature Monitoring Results in TZ-04 Section at Cooling Stage
由表5 可知：1#测位点、2#测位点和3#测位点的初始降温速率都远超于限值2 ℃/d 的要求，1#测位点和3#测位点甚至高达12.3 ℃/d，之后的降温变得逐渐平缓；
3 个测位点的降温开始时间分别为27.5 h、24.5 h、34.5 h，比预估的快。保温措施施工不及时可能是导致初始降温速率过快的主要原因。
3.3 TZ-05段温控试验结果
TZ-05 段2#测位由于温度传感器接触不良，部分数据缺失，现就1#测位和3#测位进行分析，升温阶段、降温阶段温度监测结果如表6、表7所示。
表6 TZ-05段升温阶段温度监测结果Tab.6 Temperature Monitoring Results in TZ-05 Section during Heating Up
表7 TZ-05段降温阶段温度监测结果Tab.7 Temperature Monitoring Results in TZ-05 Section at Cooling Stage
由表6 可知：1#测位点最高温峰为73.6 ℃，3#测位点最高温峰为57.8 ℃。造成温峰值过大的主要原因是入模温度高，平均入模温度达到33.5 ℃；
两个测位点的最高温峰发生时间分别为27.0 h、27.5 h，持续时间分别为0.5 h、2.5 h；
两个测位点最大实测里表温差均小于限值25 ℃，满足《大体积混凝土施工标准：GB 50496—2018》［10］要求。
由表7 可知：1#测位点初始的日降温速率为1.6 ℃/d，符合文献［10］限值2 ℃/d要求，而后的日降温速率均高于文献［10］限值1 ℃/d。3#测位点第1～5天的日降温速率均超过2 ℃/d，最大降温速率出现在第5天，日降温速率为5.92 ℃/d，超过文献［10］限值，说明需采取一定保温措施，降低日降温速率。
4.1 TZ-02段与TZ-04段温控试验对比分析
TZ-02 段、TZ-04 段降温速度对比曲线如图3 所示。由图3 可知：TZ-02 段降温速度从第2 天～第4 天增长后平稳，超出文献［10］限值月1 ℃/d；
TZ-04 段降温速度从第4 天开始基本达到文献［10］限值2 ℃/d 要求。降温初期降温速度明显过快，主要原因可能是背胶橡塑保温棉板施工不及时；
从降温第4 天后TZ-04段降温速度比TZ-02段小。
图3 TZ-02段、TZ-04段1#测位降温速度对比曲线Fig.3 Comparison Curve of Cooling Rate of 1# Measuring Position in TZ-02 Section and TZ-04 Section
TZ-02段、TZ-04段温度变化情况如图4⒜、图4⒝所示。可知：TZ-04 段测温曲线温降速度较TZ-02 段平缓；
TZ-04段的内侧、中部、外侧温度差距较TZ-02段小。这表明，减小侧墙的分段长度，在同样的保温条件下，里表温差、表环温差、温降速度均更小，更有利于防止裂缝的产生。
图4 1#测位测温曲线Fig.4 Temperature Curve of 1# Measuring Position
4.2 TZ-04段与TZ-05段温控试验对比分析
TZ-05、TZ-04 段降温速度对比曲线如图5 所示。可知：TZ-05 段降温速度从第2 天～第4 天增长，直到第7 天才有所下降，达到文献［10］限值2 ℃/d 要求；
TZ-04 段降温速度从第4 天开始基本达到文献［10］限值2 ℃/d的要求，降温初期降温速度明显过快，主要原因可能是背胶橡塑保温棉板施工不及时；
从降温第4天后TZ-04段降温速度比TZ-05段小。
图5 TZ-04段、TZ-05段1#测位降温速度对比曲线Fig.5 Comparison Curve of Cooling Rate of 1# Measuring Position in TZ-04 Section and TZ-05 Section
TZ-04段、TZ-05段-3F侧墙温度变化对比情况如图4⒝、图4⒞所示。可知：TZ-04段测温曲线温升、温降速度较TZ-05 段平缓；
TZ-04 段的内侧、中部、外侧温度差距较TZ-05段小；
TZ-04段温峰持续时间长。
TZ-04 段拆模后采用了厚度为3 cm 的背胶橡塑保温棉板，该保温材料具有自粘性，能够跟混凝土表面进行很好的敷贴，保温效果明显，对于温控效果相对TZ-05 要好。但温峰持续时间长，需采取一定措施降低最高温升值。
本项目中，施工单位在施工过程中进行了不同养护措施下的现场温控试验研究。试验研究表明：①TZ-04 段拆模后采用了厚度为3 cm 的背胶橡塑保温棉板进行养护，该保温材料具有自粘性，能够跟混凝土表面进行很好的敷贴，保温效果明显，温控效果良好，但温峰持续时间长，需采取一定措施降低最高温升值；
②拆模后要及时采取养护措施，否则可能会导致初始降温速率过快；
③在同样的保温条件下，侧墙分段长度越小，里表温差、表环温差、温降速度均更小，更有利于防止裂缝的产生；
④TZ-04 段虽然早期降温速度（2～4 d）远超文献［10］限值，但28 d 后混凝土未出现裂缝，混凝土观感质量良好。分析其原因，这种现象符合“抗放原理”［11］：虽然早期温降速度大，但混凝土早期强度低、刚度小，混凝土受到约束也小，收缩应力小，混凝土收缩应力小于混凝土开裂应力，因此混凝土未产生裂缝。
