大体积混凝土温度动态监测技术

发布时间：2022-10-05 10:03 热度：

　　基础大体积混凝土施工过程中，由于水泥大量产生水化热，导致混凝土内部会出现较大的温度梯度，若对温度梯度控制不善，极易在混凝土表面及内部产生温度裂缝，严重时产生贯通裂缝影响大体积混凝土整体质量。所以，在大体积混凝土施工中，要求对混凝土内部的温度进行动态监控，常规的温度监测存在精度低、耗费人工量大、数据采集及反馈不及时、数据采集不稳定、施工现场布置等问题。本文以某超高层建筑基础大体积混凝土为依托，采用自主设计开发的基于DS18B20温度传感器的自动采集无线传输系统进行温度动态监测，保证了监测数据具有实时性、精准性及完整性，为大体积混凝土采取裂缝控制措施提供了依据。

　　关键词:超高层建筑;基础;大体积混凝土;动态监测;无线采集

　　大体积混凝土浇筑后，水泥水化放出大量的热量会使混凝土内部的温度升高。混凝土表面散热较快，而大体积混凝土结构较厚，且自身导热性能差，水泥水化的热量聚集在结构内部不易散失，使混凝土内外温差大，在大体积内部产生温度应力。当温度应力足够大时，会产生贯穿整个界面的温度裂缝，给结构带来重大的损伤，严重地影响工程结构安全。因此，在大体积混凝土的施工中，对混凝土内部的温度进行动态监控为大体积混凝土采取裂缝控制措施提供依据，是保证大体积混凝土施工质量的重要举措。对大体积混凝土内部温度的监控，广大的工程师、学者进行了大量监测技术的研究与应用［1－6］。李东明［3］以地铁车站工程岛式站台为例，通过现场温度监测点的选取、布置及数据采集分析，监测了此大体积混凝土峰值温度，提出对混凝土养护要求。后超等［4］设计开发了混凝土监测系统，对大体积混凝土施工全过程进行实时的温度监测，实现了智能化的混凝土监测方法。段春伟等［5］提出大体积混凝土施工现场温度监测的有效控制措施，针对提高测温记录的完整性和真实性，设计出一种新型测温保护装置。侯金波等［6］以天津高银117大厦筏板基础为例，进行了大体积混凝土温度监测应用实践，精确掌握该工程混凝土内部温度、各关键部位的温差等数据。但针对基于温度传感器和无线采集传输平台的智能测温系统的研究应用相对较少。本文以某超高层建筑基础大体积混凝土为背景，采用设计开发的DS18B20型温度传感器配合自动采集无线传输平台，在保证监测精度及数据完整的前提下，具备对整个大体积混凝土内部温度的实时采集和无线传输等功能，能有效地在大体积混凝土信息化施工中实现及时、有效地传输信息，同时不受地域限制。

　　1工程概况

　　某建筑高度为343.255m，为超高层办公楼，采用了柱下条基、筏板及抗水板的基础结构形式，厚度分别为4.0、4.0、0.9m，筏板区域局部厚度达6.0m，基础平面示意见图1。基础混凝土采用C40混凝土，3天抗压强度f3≥17.0MPa，28天抗压强度f60≥42.5MPa，弹性模量EC=3.25×104MPa，泊松比μ=0.2，密度ρ=2343kg/m3。整个基础浇筑方量为8350m3，属于典型的大体积混凝土。

　　2监测仪器及控制标准

　　2.1监测仪器

　　基于DS18B20温度传感器的自动采集无线传输系统由无线温度监测仪器和无线温度采集监控平台两部分组成，见图2～3。该无线传输监测系统能实现大体积混凝土测温数据的长距离、异地监测采集，可在非工作时段处于休眠状态，对供电要求大幅减少，无需另行铺设供电线缆，系统设备体积小，便于安置，且成本大幅降低，监测的数据具有实时性、精准性、完整性。设备通电后自动采集数据连接至指定服务器，上传当前实时数据，然后进入待机状态，等待设定的时间启动数据采集。采集数据时按顺序采集当前探头的温度数据，将每个探头的数据缓冲至内存，然后上传至服务器中。温度监控平台从服务器中获取历史温度数据进行浏览，温度监控软件开启时，服务器新采集的数据也会自动推送至温度监控软件上，即可实时显示温度实况。该温度监测系统的技术特点如下:1)实时采集。数据采集器可实现每隔一分钟采集一次温度数据，可实时反应温度数据曲线。2)低能耗，安装便捷。采集上报数据完成，立即进入待机状态，这样可以采用电池供电，可每周更换一次电池，无需为供电而进行布线，方便工程安装监检使用。3)温度、温差报警。可设定上、下温度报警、温差报警，减少人工干预。4)采集数据精确、可靠。采集数据精度0.1℃，数据精确、稳定可靠。

　　2.2监测控制标准

　　混凝土开始浇筑，即进行测温监测。混凝土刚覆盖探头时，此探头温度为混凝土入模温度，可根据混凝土入模温度测算混凝土的最高温度，及时调整保温及降温措施。混凝土浇筑完成后，监测控制标准如下:1)混凝土里表温差不得大于25℃;2)混凝土表面与大气温差不得大于20℃;3)混凝土冷却水管入水温度与混凝土内部最大温差不得大于25℃。

　　3测点布置

　　根据对大体积混凝土研究分析［2］及有限元模拟分析，对核心筒筏板基础管冷采用竖向间距为1.0m，水平间距为1.5m，条形基础冷管按照水平间距1.7m，竖向间距1.0m进行布置，布置平面见图4。整个基础上表面为覆盖5cm的麻袋，并超出筏板基础边界1.0m。根据有限元模拟结果在大体积混凝土内布置冷管后设置17个测温监测点，筏板基础按对称原则布置11个监测点，条形基础布置6个监测点，抗水板因厚度相对较小故未布置监测点。由于基础厚度不一致，同时还需要监测大气及混凝土表面的温度，故分为A、B两类测位探头布设，见图5。T7、T8两个测温监测点厚度达6.0m，故T7、T8两测温监测点的测位探头按照A类测位探头布设，其余的均按照B类测位探头布设。监测大气温度的测位探头距混凝土面300mm，监测混凝土表面温度的测位探头置于麻袋覆盖面下，监测混凝土内部最上端和最下端的测位探头距混凝土面距离100mm，混凝土内部其余测位探头则均匀分布。

　　4监测结果分析及调整措施

　　4.1监测结果分析

　　根据该温度监测系统对大体积混凝土施工过程的温度监测数据，完全采集到了对应17个监测点的温度数据，限于篇幅的原因，选取核心筒筏板T1测点的监测导出数据进行分析，T1测点温度监测时程曲线，见图6。对相应数据进行处理，得到T1测点里表温差时程曲线、T1测点表面与大气温差时程曲线，见图7～8。由图6～8可以看出，该温度监测系统能实现采集数据的有效、完整，同时保证数据采集精度。根据以上监测点采集数据显示得出以下结论。1)核心筒筏板基础内部的最高温度出现在开始浇筑后的90h左右，最高温度数值为64.2℃，与数值模拟的温度数值接近。2)最大里表温差数值均在规范要求25℃的控制范围内，且表面与大气温差亦在规范要求20℃的控制范围内。3)过温度峰值后，通冷却水的以上监测点的降温幅度分别为1.47℃/d，满足规范要求降温幅度不宜超过2℃/d。

　　4.2监测结果调整措施

　　在混凝土浇筑过程中，指定专人负责掌握基础内部实际温度变化情况，对布设点时时进行监视温度及温差变化情况，以调整冷管入水温度及养护措施，调整措施如下。1)当混凝土里表温差超过20℃，接近25℃时应加强保温措施，增加保温层厚度。2)当混凝土冷却水管入水温度与冷却水管入水口混凝土温度差值接近25℃时，应提高冷却水管水温，保证温差不大于25℃。3)当混凝土表面与大气温差小于20℃时，可拆除保温层。4)当混凝土里表温差小于25℃时，可停止通水。

　　4.3应力监测

　　混凝土应变监测点布设于核心筒筏板基础的中心点，监测点布设上、中、下共3个测位，每个测位两个方向，并在混凝土浇筑完成后开始实施数据采集，混凝土内部的最大应力监测结果见表1。表1混凝土内部最大应力监测测位实测最大应变/με实测最大应力/MPa模拟最大应力/MPa上X方向35.30.7200.593Y方向18.70.3810.314中X方向－180.5－3.672－3.032Z方向－83.2－1.697－1.398下X方向19.80.4040.333Y方向19.80.4040.333由表1可以看出，混凝土的实测最大应力与模拟理论最大应力相近，且最大拉压应力均未超出C40混凝土的抗拉、抗压强度，并由现场抽点检查，基础底板未出现裂缝。

　　5结语

　　自主设计开发的自动采集无线传输系统成功应用于本工程基础大体积混凝土的施工，具备的无线传输功能完全解决了温度采集受施工现场的限制，监测数据的实时性、精准性及完整性为监测温度控制及养护措施提供了有力的数据支撑，同时为本工程基础大体积混凝土的施工质量提供了保障。本次大体积混凝土的温度自动采集无线传输系统为类似的大体积混凝土温度监测提供了宝贵经验。

　　参考文献:

　　［1］朱伯芳．大体积混凝土温度应力与温度控制［M］．北京:中国电力出版社，1999．

　　［2］叶琳昌，沈义．大体积混凝土施工［M］．北京:中国建筑工业出版社，1987．

　　［3］李东明．大体积混凝土温度监测与裂缝控制［J］．福建建筑，2018，36(12):73－76．

　　［4］后超，韦永斌．大体积混凝土温度远程智能监测系统设计及应用［J］．施工技术，2014，44(21):94－95，98．

　　［5］段春伟，窦海亮，文博，等．某工程大体积混凝土温度监测及裂缝防治技术［J］．施工技术，2015，45(24):38－40．

　　［6］侯金波，陈潇，俞雪薇，等．天津高银117大厦超大体积筏板混凝土温度监测实践［J］．施工技术，2015，45(24):30－32．

　　作者：何熊伟 单位：中铁二局集团有限公司