普及型混凝土溫度測量技術和設備的開發應用

上海建工集團股份有限公司 上海 200080

1 普及型數字式電子測量儀的開發

初期的測溫儀是使用交流電的，因為那時市場上適用于大體積混凝土測溫的溫度表頭只有用交流電的[1]。這種測溫儀在施工現場使用很不方便，且很不安全。后來通過開發直流供電的溫度表頭，研發出適合于大體積混凝土測溫用的電池供電的溫度表頭。

數字式電子測溫儀由儀表盒和傳感器2部分組成。儀表盒上有顯示表頭、電池盒、電源開關、傳感器連接插座、充電插座和外接電源插座。傳感器由感溫頭和電纜以及連接插頭組成。

使用數字式電子測溫儀測溫時只要將傳感器和儀表盒連接后打開電源開關，顯示屏就能顯示溫度數值，非常直觀。如果是用測溫管測溫，傳感器放入測溫管內后打開電源開關，顯示屏顯示的溫度數值就會不斷變化，當顯示屏上的溫度數值穩定時，此數值即為該測溫點的溫度值。從傳感器放入測溫管到溫度數值穩定大概要幾十秒到一分鐘左右。如果測溫點多，測一次溫度就要耗費較長時間。當然也可以多用幾個傳感器逐一放入測溫管內，再回過頭來測先放入的傳感器，測好一個傳感器再將其放入后面測溫管內，這樣多個傳感器循環測溫速度就會快一些[2]。但打開的測溫管放入傳感器后都要將測溫管口蓋好，以防止測溫管內的溫度散失。

隨著傳感器生產規模的不斷擴大和技術的改進，加上電子元器件加工商業化程度的提高，傳感器的封裝和配線已有專業工廠化、規模化，傳感器質量和穩定性也提高了，所以現在人工測溫可以配置多個傳感器，不用測溫管，直接將傳感器按所需的測溫位置埋入混凝土中，傳感器導線的接頭留在混凝土外。待混凝土澆筑完畢后即逐個連接測溫表進行測溫。由于傳感器埋在混凝土內隨時傳感知混凝土溫度，這樣傳感器一接上儀表就能立即顯示該測溫點的溫度。測一點溫度只要幾秒鐘，速度大大提高，而且就不用擔心混凝土內的溫度會從測溫管口散失，這樣測溫也更加準確[3]。

2 工程應用

自上世紀90年代至今，上海建工采用了不同的大體積混凝土溫度監測方法、設備，完成了新上海國際商廈、徐浦大橋、開開廣場、恒隆廣場、中遠兩灣城、上海軌道交通11.16標、上海辛克設備基礎、洛陽正大國際城市廣場等幾十項不同大小、厚度和類型、不同環境和氣候條件下施工的基礎底板混凝土溫度監測，現選取其中2 個項目進行分析。

2.1 上海恒隆廣場2#樓基礎大體積混凝土施工溫度監測

上海恒隆廣場2#樓基礎的最長處約為108 m，最寬處約為70 m，主樓基礎厚度為3.5 m，其中電梯井的最大局部厚度為7.5 m；裙房基礎厚度為1.5 m，其中電梯井的最大局部厚度為3.5 m。混凝土的總方量為13 000 m3，為保證基礎混凝土構件的整體性，采用一次性連續澆搗，僅在主樓基礎與裙房基礎間設立后澆帶。混凝土標號為 C40 ，抗滲標號為P8，每立方混凝土水泥用量為 280 kg，水泥品種為42.5 普通硅酸鹽水泥 ，粉煤灰摻量為 85 kg，S95 磨細礦粉62 kg。混凝土配合比中的每立方水泥及活性摻和料用量高達350 kg以上，所以基礎內由水化熱引起的絕熱溫升將非常高，上升線也非常陡峭，它將大大增大我們對內表溫差控制的難度。該工程混凝土澆搗成型后的監控養護從10月21 日 18 時起至11 月 12 日 6 時結束，歷時 512 h。

2.1.1 監測方案

（a）監測系統采用大型混凝土溫度微機自動測試系統，在澆筑和養護期間對基礎混凝土的內表溫度實施每天24 h的連續監測。

（b）傳感器采用電流型的進口精密集成電路傳感器作感溫元件，經老化篩選處理后用金屬管套密封保護，正式使用時對已作封閉的傳感器再作一次標定。

（c）測點布置因基礎混凝土由東向西連續澆筑，根據形狀、厚度、時間和材料的對稱性、相同性、一致性和勻質性等臨界條件，我們在主樓基礎底板1/4區域里的中心區、邊緣區、角區及電梯井深坑內布置A—S共19 根測溫軸計95 個傳感器，在裙房基礎底板的中心區、角區及電梯井深坑內布置T—X共5 個測溫軸計17 個傳感器，此外在基坑外設立1 個大氣環境溫度監測點進行測控，共計113 個，詳見測點平面布置圖1。

圖1 測點平面布置

2.1.2 監測結果

整個測試過程中所采集到的 27 000 多個數據進行全面分析后可得到以下的結果：

（a）在基礎混凝土內，根據測得的沿厚度方向各中心點入模溫度值，得到平均入模溫度為 26.66 °C。

（b）根據各點在水化熱的作用下到達各自的最高溫度、絕對溫升以及經歷的時間分析，恒隆廣場2#樓主樓基礎混凝土平均絕對溫升為 44.28 °C，平均歷時 97 h，裙房基礎混凝土平均絕對溫升為 32.84 °C，平均歷時 50 h，其中D3max（ 73.0 °C） 是恒隆廣場2#樓基礎混凝土內部出現的絕對最高溫度，其中V2max（61.9 °C）是裙房基礎混凝土內部出現的絕對最高溫度。恒隆廣場2#樓主樓基礎混凝土中心平均最高溫度為 70.0 °C，裙房基礎混凝土中心的平均最高溫度為 59.0 °C。

（c）大體積混凝土的養護過程采取控溫措施。實測各測試軸與表面溫度的差值不大于25 K，其中 24.5 K是恒隆廣場2#樓基礎混凝土內部出現的最高溫差。

（d）由 11 月 12 日 6 時微機測試系統提供的即時數據可以看到，當時恒隆廣場2#樓基礎混凝土中心區域平均最高溫度為 44.48 °C；內表最大溫差為 19.1 K（ I軸 ）；絕對最低氣溫為 14.6 °C。據此分析得出結論，該基礎混凝土已有效進入“安全區”。 即在基礎混凝土表面完全裸露的情況下，都不會出現混凝土內表溫差大于25 K的可能。由此，施工單位和測控單位一致同意結束監控養護，移交后續施工。

2.1.3 進行溫度控制的針對性措施

（a）當測得恒隆廣場2#樓基礎混凝土中心高達 70 °C以上的絕熱溫升時，即要求在第一時間覆蓋塑料薄膜，以有效地封閉基礎混凝土水分蒸發的途徑，減少混凝土表面產生干縮裂縫的機會；在微機測試系統的幫助下，做到不到萬不得已時不加蓋保溫材料，以最大限度地幫助基礎混凝土自主散熱，達到有效降低混凝土絕熱溫升的目的。

（b）充分利用混凝土內的自有水分用于水泥最早期的水化反應，在沒有加蓋保溫材料前不澆水，以保證混凝土表面溫度不至于下降過快。

（c）在保溫材料覆蓋完畢后，要求養護澆水要做到少、勻、勤，并堅決杜絕水管中途漏水的現象產生，以免引起基礎混凝土局部急速降溫，危及構件的質量，力求混凝土溫度能“平滑”、“有控”地進入“安全區”。

（d）在實際的監控養護期內，由于多次遇到了暴雨的侵襲，致使混凝土的表面溫度急劇下降，基礎混凝土內表溫差出現了接近 25 K的情況。在這一系列的不利局面中，微機監測系統每次都能及時提供內表溫度曲線，讓我們能掌握未來溫差變化的趨勢，為我們采取及時有效的措施贏得了寶貴的時間，保證了恒隆廣場2#樓基礎混凝土的質量，達到了預期的質量控制目標。

2.2 上海軌道交通11.16標1區（高層辦公樓）基礎大體積混凝土溫度監測

上海軌道交通11.16標為嘉定城北路站A地塊1標段配套開發工程，是一座多功能的建筑。1區（高層辦公樓）基礎為樁筏基礎，最長處為122 m，最寬處為60 m，筏板厚度為2.2 m。中間設2 條后澆帶，分塊澆筑。由于筏板混凝土較厚，混凝土體量較大，屬大體積混凝土。為保證基礎混凝土構件的整體性，每個區域都采用一次性連續澆搗。筏板混凝土的設計強度等級為 C40P6，商品混凝土采用 42.5普通硅酸鹽水泥拌制，每立方水泥用量為340 kg。本工程的混凝土溫度監測從10月4日下午14時開始至10月17日上午8時結束，歷時 306 h。

2.2.1 監測方案

（a）本工程基礎底板大體積混凝土的溫度監測采用電子溫度表，在混凝土的澆筑和養護期間對埋設在基礎混凝土中心和表面的溫度傳感器實施連續的監測。

（b）測點布置根據基礎形狀、厚度等臨界條件，我們在基礎的最先澆筑的北塊中心部位、邊緣區、角區等部位布置，共計10 個測組。每測溫組再設2 個測溫點，計20 個測溫點，此外在基坑外設立1 個氣溫測點共計21 個測溫點，詳見測點平面布置圖2。

圖2 測點平面布置

2.2.2 監測結果

本工程的溫度監測在混凝土澆筑時測得入模溫度，當混凝土澆筑完畢，終凝結束即開始連續監測。測量間隔時間為第1天每2 h監測1 次，第2天每3 h監測1 次，第3天每4 h監測1 次，第4天每6 h監測1 次，直到混凝土中心溫度進入安全區為止。監測共進行65 次采樣，采集得溫度數據1 500余個，進行全面分析后可得到以下的結果：

（a）根據混凝土的級配計算溫升為：

混凝土級配為C40，水泥用量為340 kg，粉煤灰用量為80 kg，測得混凝土入模溫度為32.1 °C。

Tmax＝32.1＋340×0.12＋80×0.02＝74.5 °C

（b）根據各測溫組測得的匯總數據：其中第6測溫組數值最高，其中心最高溫度為79.9 °C，和經驗理論計算的74.5 °C的數值比較接近；最大溫升為47.8 °C，最大溫差為23.7 K。

（c）各測溫組的最高溫度均出現在混凝土澆筑后的2 d。各測溫組的中心與表面的最大溫差大多出現在混凝土澆筑后的5 d。由于本工程在養護期間曾遭臺風暴雨襲擊，混凝土表面有積水，而且雨后麻袋受潮，保溫效果下降，使溫差變大。在臺風過后即更換麻袋，此時氣溫亦回升，溫差逐步縮小。

2.2.3 進行溫度控制的針對性措施

（a）本工程以監測數據為依據提出：由于秋季日夜氣溫相差較大，且氣候干燥，故要求加強保濕和保溫。在混凝土澆筑完畢后馬上蓋好塑料薄膜，以防止混凝土表面失水。同時加蓋麻袋及時保溫，防止因混凝土表面散熱較快而使混凝土的表面和中心的溫差變大。而且必須保持麻袋的干燥，防止麻袋受潮后降低保溫效果。混凝土澆筑后也盡量不要澆水，以防弄濕麻袋影響保溫。因為混凝土澆筑后如果及時蓋上塑料薄膜，混凝土表面一般不會因失水而干燥，所以可以不必澆水養護。如必須澆水時應先將麻袋和塑料薄膜揭開，并且澆水量要少，澆好水后馬上蓋上，務必不要把麻袋弄濕。發現濕麻袋要及時更換。對基礎混凝土澆水只宜分塊局部進行，不得將整個基礎的塑料薄膜和麻袋全部揭開。澆水養護要按照勤、少、勻的三原則進行。

（b）與此同時，建議后續基礎混凝土表面采用EPE薄膜覆蓋。該材料是一種閉孔發泡塑料薄膜，一般3 mm左右的厚度即能達到很好的保溫效果。而且該材料是閉孔不透水的，只要蓋1 層就能達到既能保溫又能保濕的效果，比用塑料薄膜加麻袋進行保濕和保溫要方便，且該薄膜在潮濕和有水的情況下也不會影響保溫效果，不像麻袋那樣在受潮后要影響保溫效果。

3 結語

（a）根據長期以來對大體積混凝土施工溫度監測的幾十項項目數據分析發現：沿混凝土厚度的垂直剖面溫度曲線并不是以中心點成兩面對稱的，而是成鼻子形的。其最高溫度點不是在中心點，而是都在中心點以下，按比例推算約在混凝土表面向下厚度的0.61～0.63 m之間，即黃金分割點0.618附近。而現在常規測溫布點每組都是從混凝土表面到底面計，以中心點為準，平均布5 個點，這并不能精確捕捉到最高和最低溫度點。為此我們建議：通過研究不同混凝土底板厚度的溫度和應力梯度規律，進行科學布點，達到測溫布點能精確反映最高和最低溫度點，可實現布少量點獲得更準確的實際數據，同時也大大減少了測溫費用。

（b）從使用效果來看，微機自動監測系統采集信息量大，數據分析處理多，監測費用高，大多用于重大工程項目和大型施工企業或專業溫度監測單位。

數字式電子測溫儀測量準備時間短，測量快捷穩定準確，使用壽命長，攜帶方便，監測費用低，大多用于中小型項目和中小型施工企業。我們在應用時可根據不同工況區別對待。

大體積混凝土溫度監測技術和設備的提高、發展，為工程施工提供了科學可靠的數據，以利于采取有效的技術和養護措施，提高混凝土質量，已成為目前大體積混凝土施工時的重要技術手段。