混凝土浇筑过程温度控制对结构质量的影响

引言

混凝土作为现代工程建设中最广泛使用的材料，其浇筑过程中的温度变化对最终结构质量有着决定性影响。特别是大体积混凝土工程，由于水泥水化热积聚难以散发，内外温差大，极易产生温度应力和裂缝。这些裂缝不仅降低结构的抗渗性、耐久性，还可能引发钢筋锈蚀，危及整体结构安全。近年来，随着高层建筑、大型水利工程等规模扩大，混凝土温度控制问题日益凸显，成为工程建设的技术难点和研究热点。深入探究混凝土浇筑过程中的温度变化规律及其控制方法，对保障工程质量和延长使用寿命具有重要意义。

1​混凝土浇筑过程中的温度变化特性

混凝土浇筑后温度变化呈现明显的阶段性特征，主要受水泥水化热释放规律支配。初始阶段，水泥与水接触发生水化反应，释放大量热量，导致混凝土内部温度迅速上升。特别在大体积混凝土结构中，由于热量难以及时散发，核心区温度常升至 70-80℃，而表层则因与外界环境接触而维持较低温度，形成显著温度梯度。这种温度梯度沿结构厚度方向呈抛物线分布，核心区峰值温度通常在浇筑后 36-72 小时达到最高点。随着水化反应进入缓释期，内部温度开始缓慢下降，但表层温度受外界气温影响波动较大，导致温度梯度方向发生周期性变化 [1]。实测数据表明，混凝土温升速率与水泥用量、品种、环境温度密切相关，典型的温升系数为 0.12-0.14℃ /kg·m³，即每立方米混凝土中每增加 1kg 水泥，温度上升约 0.12-0.14℃。温度场分布还受结构几何尺寸影响，小截面构件散热速率快，温度梯度相对较小；而在筏板基础、厚墙等大体积结构中，核心区与表层温差可达25-30℃，形成显著热应力场。环境温湿度、风速、昼夜温差等外部因素通过影响边界条件，改变混凝土表层散热速率，进而影响整体温度场分布规律（图1）。

2​温度变化对混凝土结构质量的影响

2.1 温度应力与裂缝形成机制

混凝土在浇筑过程中产生的温度应力是结构裂缝形成的主要诱因。水泥水化反应放热导致混凝土内部温度上升，体积膨胀；随后降温过程中体积收缩。当混凝土处于塑性状态时，这种变形无害；而硬化后，不均匀温度分布引起的差异变形受到约束，产生温度应力。根据热弹性理论，混凝土中的温度应力计算公式为：

式中，σt 为温度应力 （MPa） ，E 为混凝土弹性模量 （MPa） ，α 为线膨胀系数 （1/^∘C ），ΔT 为温度变化值（℃），μ 为泊松比（图2）。

结构中的温度应力分为内约束应力与外约束应力两类。内约束应力源于混凝土内部各点温度不一致引起的膨胀差异，通常在结构表面形成网状或平行裂缝；外约束应力则由于结构整体变形受到基础或已有结构限制，常在混凝土中部形成贯穿性裂缝。对于厚度为 h 的板状结构，中心与表面最大温差ΔT 时，表面最大拉应力可表示为：

σ_max=0.5⋅E⋅α⋅Δ_⋅T⋅K

其中K 为约束系数，与结构形式和约束条件相关

当温度应力超过混凝土抗拉强度ft 时，微裂缝开始形成并扩展。混凝土早期抗拉强度发展缓慢，满足开裂条件：

σ_t>f（t）

混凝土早期收缩应变率大而抗拉强度低，使结构处于高裂缝风险期，这种应力与强度的时间差异性是温度裂缝产生的本质原因。

图2 混凝土温度应力与裂缝形成机制

2.2 温度变化对混凝土力学性能的影响

混凝土浇筑过程中的温度变化对其力学性能产生多方面影响。高温环境下，水泥水化反应加速，提高早期强度发展速率，但降低最终强度。根据阿伦尼乌斯方程，水化反应速率与温度的关系可表示为：

k=A⋅e^∧（-Ea/RT）

式中，k 为反应速率常数，A 为指前因子，Ea 为表观活化能 （J/mol） ），R 为气体常数 （8.314J/mol·K），T 为绝对温度 （K）。

温度变化直接影响混凝土弹性模量发展。实验研究表明，在 20-60^∘C 范围内，混凝土弹性模量E（t） 随龄期t 和温度T 的变化规律可近似表达为：

其中E28 为28 天标准养护弹性模量，m、n 为经验系数，分别反映硬化速率和温度敏感性。

高温养护的混凝土早期弹性模量增长迅速，但最终值往往低于标准温度养护者 3-8%，主因是快速硬化形成的水 {k，}^* 物结构不够密实。温度骤变还会引起混凝土内部微裂缝，降低抗拉强度。试验证实，浇筑后经历 40℃以上高温的混凝土，其抗拉强度较标准养护者降低 12-15%。温度梯度使混凝土产生差异收缩，破坏界面过渡区结构，降低抗剪强度和粘结性能。此外，高温加速毛细孔结构形成，增大孔隙率和孔径分布不均匀性，导致渗透系数增大，抗冻性和抗侵蚀能力下降，直接影响结构耐久性 [2]。

2.3 温度控制不当导致的工程质量问题

混凝土浇筑过程中温度控制不当会引发多种严重工程质量问题。最为突出的问题是温度裂缝，主要表现为表面龟裂、贯穿裂缝及分层裂缝三种形态。表面龟裂多呈网状分布，深度较浅，主要发生在表面失水过快或温度骤降情况下；贯穿裂缝常见于约束条件较强的结构中，如厚度较大的地下连续墙，裂缝宽度较大，严重削弱结构防水性能；分层裂缝则多见于分次浇筑的大体积混凝土中，由于新旧混凝土层间温度差导致剪切失效。温度控制不当还会导致混凝土强度不均匀分布，同一结构内部强度差异明显，引起应力集中。此类问题在冬季施工和夏季高温浇筑工程中尤为突出。水泥水化热积聚导致的高温环境会诱发混凝土延迟钢花石膏膨胀破坏，表现为混凝土表面起泡、鼓包及剥落。温度急剧变化还会加速钢筋与混凝土间的差异变形，破坏界面粘结性能，使结构承载力显著下降。温度控制不当亦会影响混凝土的耐久性指标，加速碳化进程，增大氯离子渗透系数，导致钢筋锈蚀，混凝土剥落 [3]。

3​混凝土浇筑温度控制关键技术

3.1 原材料选择与配合比优化

原材料选择与配合比优化是控制混凝土浇筑温度的基础措施。水泥品种选择对温度控制至关重要，低热矿渣硅酸盐水泥或中热硅酸盐水泥较普通硅酸盥水泥水化热显著降低，适用于大体积混凝土工程。掺合料对降低水化热作用明显，矿粉、粉煤灰等具有稀释效应和火山灰反应，能延缓水泥水化热释放速率，减少水泥用量 20%-30%，有效降低混凝土峰值温度。粗骨料选用热导率高、膨胀系数小的硬质岩石，如花岗岩、玄武岩等，有利于热量传导与散发。使用预冷骨料技术，通过喷水、冰水浸泡或液氮冷却等方式，将粗骨料温度降至常温以下，直接降低混凝土入模温度。在配合比设计中，降低胶凝材料用量，增大骨料比例，优化砂率，并采用复合外加剂调控流动性，既能满足施工要求，又能减少水化热。拌合水温度控制也十分重要，夏季采用冰水替代部分拌合水，冬季则使用温水，确保混凝土初始温度适宜。配合比设计应考虑季节性调整策略，夏季减少水泥用量并增加缓凝组分，冬季则相应增加早强组分，实现全年稳定的温度控制效果 [4]。

3.2 浇筑工艺与施工方法改进

浇筑工艺与施工方法改进是控制混凝土温度变化的关键环节。分层浇筑技术通过控制每层厚度及浇筑间隔时间，使前一层混凝土温升阶段得到有效控制，减轻累积热效应。对于大体积混凝土工程，采用分块浇筑法，将整体结构划分为若干小块，按照跳仓顺序进行浇筑，有效降低整体约束应力。预埋冷却管道技术在大体积混凝土中布设盘管系统，通过循环冷水强制带走部分水化热，控制核心区温度。实践证明，合理布置冷却管能将混凝土峰值温度降低显著。夜间浇筑法利用昼夜温差，在气温较低时段进行混凝土浇筑，降低初始温度，减少外界热负荷。真空辅助浇筑技术通过负压作用减少混凝土中气泡含量，提高导热性，使热量更均匀分布。对于混凝土输送设备，采用保温隔热措施，避免运输过程中的温度异常变化。浇筑速率控制也至关重要，过快会导致热量聚集，过慢则增加冷缝风险，需根据结构特点确定最佳浇筑速率。振捣方式改进采用低频振捣器，减少摩擦生热，同时确保混凝土密实度（图3）。

3.3 温度监测与养护技术创新

温度监测与养护技术创新为混凝土浇筑温度控制提供了精准保障。现代温度监测系统采用光纤传感技术，在结构关键部位布设分布式温度传感纤维，实现全断面温度场实时采集。该系统测点密度高，抗干扰能力强，数据传输稳定，突破了传统埋点式热电偶监测的局限性。配合无线传输模块与云平台，构建了混凝土温度远程监控体系，实现温度数据采集、存储与分析一体化。温度监测数据驱动的智能养护系统已成为技术创新重点，通过建立温度 - 强度关系模型，依据实测温度变化自动调整养护参数。主动式温度控制养护采用电加热膜与制冷装置结合的方式，根据监测结果进行闭环调控，使混凝土表面温度始终保持在理想区间。保温被覆材料技术创新方面，新型相变材料养护被覆层能够吸收日间过高热量并在夜间释放，有效减小昼夜温差影响 [5]。纳米气凝胶保温材料具有超低导热系数，应用于混凝土表面养护，显著提高保温效果。智能喷淋养护系统与环境参数监测装置联动，根据蒸发速率自动调整喷淋频率与强度，保持水分平衡。

结语

混凝土浇筑过程的温度控制是保障结构质量的关键技术环节。通过系统研究温度变化规律及其影响机制，可有效预防温度裂缝，提高结构整体性能。实践表明，综合采用低热水泥、优化配合比、分层浇筑、内部冷却管道、表面保温等措施，能使混凝土内外温差控制在合理范围内，显著减少有害裂缝。随着监测技术和数值模拟方法的发展，温度控制将更加精准化、智能化。未来应加强温度控制与材料创新、结构设计的协同研究，建立更完善的混凝土温度控制理论体系，为工程实践提供科学指导，最终实现混凝土结构的高质量、长寿命。

参考文献

[1] 王萌萌 . 建筑工程混凝土浇筑技术及质量管理措施 [J]. 四川建材 ，2025，51（01）：143-145.

[2] 令狐延 ， 黄克起 ， 赵云 等 . 混凝土柱浇筑过程中模板压力的数值模拟 [J]. 天津建设科技 ，2024，34（06）：70-72.

[3] 刘庆林 . 混凝土结构施工工序质量管理措施研究 [J]. 中国水泥 ，2024，（12）：96-98.

[4] 曹 婉 ， 于 洪 强 ， 张 呈 一 高 层 建 筑 施 工 混 凝 土 浇 筑 质 量 控 制 研 究 [J]. 北 方 建筑 ，2024，9（05）：114-117.

[5] 温东北 ， 李强 ， 曾胜 ， 等 . 混凝土浇筑过程中温度裂缝控制技术研究 [J]. 新型建筑材料 ，2022，49（10）：55-58.