大体积混凝土裂缝温度应力监测与智能温控质量优化研究

引言：

大体积混凝土结构在施工过程中会受到水化热和外部荷载的影响，这些因素容易导致裂缝的出现，有时甚至会造成结构破坏，因此对大体积混凝土裂缝进行监测和控制很有必要。传统的监测方法通常依靠人工检查，这种方法效率不高，精度也有限。随着物联网技术持续进步，人工智能逐步成熟，智能监测与控制系统逐步进入人们的视野，成为研究者聚焦的重点。

一、大体积混凝土裂缝

（一）材料因素

大体积混凝土裂缝的产生原因复杂多样，混凝土微裂缝的出现通常与材料有关联。水泥是混凝土的主要胶凝材料，水化时会产生大量热能，热能无法有效消散，混凝土内部温度就会上升，温度裂缝由此形成；骨料的质量、水泥的成分和细度这些因素，都会影响混凝土的性能，当质量不达标时，裂缝的风险也随之提升。

（二）施工过程因素

在施工过程中，诸多因素会影响混凝土裂缝的产生。这一过程中，为了避免裂缝，模板支撑的稳定性至关重要，模板支撑决定了混凝土的形状和尺寸精度，支撑不稳固时，混凝土的荷载会让模板变形，从而就会出现裂缝；同时，振荡不均匀会让混凝土内部出现空洞，密实度呈现不一致，从而形成了裂缝；充分养护能让混凝土显著密实更耐久，有效规避裂缝的发生，若养护不充分，无法保障混凝土强度增长和密实度，易出现裂缝。

二、大体积混凝土裂缝温度应力监测优化策略

（一）多维监测技术的应用

大体积混凝土裂缝的温度应力监测是个挑战，因此可以使用多维监测技术。传统方法往往存在微小地方难以观测，难以把混凝土内部每个角落都照顾到。为了实现监测的全面性，可以在混凝土结构的关键部位和敏感方向布置多个监测点，确保对于表面、内部还有可能开裂的地方实现全覆盖；通过每个监测点用先进的传感器和传输系统互联，构成立体多元化的监测网络，实现对混凝土结构的全方位监测。

通过这种多维监测方式，能获得较为详尽准确的混凝土温度和应力数据，实时采集每个角落的温度和应力变化；通过多个监测点协同配合运作形成互补，有效提高监测结果的可靠性和有效性，为大体积混凝土裂缝防控提供有力的数据支持。

（二）智能传感器的研发与应用

混凝土施工建设的过程中，需要采用一定的监测手段掌握当前的施工质量情况。传统的监测手段能在一定程度上满足对质量把控的要求，但受技术局限，其监测的精度、响应速度与其监测过程的智能化程度都始终较为有限。因此，为达到理想的监测效果，提升对大体积混凝土裂缝和温度的监测能力，重点研发和应用智能传感器成为关键方向。

通过高灵敏度、高稳定性的智能传感器，准确的监测混凝土内部的温度和应力变化情况；同时，对于监测数据进行实时的处理，通过管理中心对数据进行分析，并将其与额定数据进行对比，及时发现当前施工过程中存在的质量隐患与问题。为了进一步提高智能传感器的应用效果，也可以引进更加先进的技术，将纳米材料供电技术与传感器进行融合，增强传感器续航能力与稳定性，提升监测可靠性。

（三）大数据分析与人工智能技术的融合

传统的监测方法生成的数据点有限，难以完整呈现混凝土内部的复杂情况。大数据技术获取海量监测数据，为后续的分析提供充足资料；人工智能技术对数据进行深度探究，可以发现隐藏在数据中的隐含规律和趋势。基于数据，通过机器学习算法预测混凝土裂缝的发展趋势，为规避措施确立客观依据；与此同时，人工智能技术自主整合和分析监测数据，提高了监测效率和准确性，减少人为因素造成的误差和干扰。

三、大体积混凝土裂缝智能温控优化

（一）传感器网络布设

大体积混凝土结构施工时，混凝土内部温度的均匀性和稳定性很关键，这是预防裂缝产生的核心。因此，要重点关注传感器网络的布设。

布设原则：在混凝土内部的关键位置布设高精度温度传感器，确保传感器的设置位置涵盖测温点、结构转角处和主要受力方向，从而构成了一个全面覆盖的传感器网络；通过传感器持续记录混凝土内部的温度变化，并将数据流向处理中心后进行系统的分析，从而准确掌握大体积混凝土结构施工情况。

部署考量因素：传感器网络的部署需科学评估传感器的数量和分布，确保监测无盲区。传感器的类型和性能的选择要根据项目需求选择，高精度的温度传感器能生成更准确的数据，有助于提升裂缝预测的准确性；传感器的布设位置要根据结构特点、施工条件等进行精准的设定，保障监测数据的全面性和代表性。

（二）数据采集与传输

智能温控系统里，数据采集和传输尤为核心。要选择合适的无线通信技术，采集传感器网络的温度数据。常见的 Wi-Fi、蓝牙、ZigBee 等技术各有优缺点，需要基于具体场景和需求来选择。考虑到数据传输需要确保及时和准确，无线通信系统须具备较高的数据传输速率，误码率要低，数据亦需经过加密处理，从而能防止被篡改或泄漏。因此，为了提升数据传输的可靠性，可采取多个通信链路并行的方法，当某个通信链路发生故障时，其他链路还仍能正常工作，确保数据的连续传输。

（三）智能温控系统设计

技术支撑：智能温控系统的设计需要考虑到特定的温度控制要求，一方面，依赖于大数据分析对获取到的数据进行系统整理与分析，为温控决策提供依据；另一方面，人工智能算法根据设定的程序，对施工现场展开智能化控制。

核心功能：智能温控系统，不仅需要实时监测混凝土内部温度数据，确保温度状态可控；也需要能够按照额定温度的要求，进行适当的保温以及升温工作，维持温度稳定。

异常处理：考虑到混凝土内部温度稳定的要求，针对温度异常部分，系统自动分析原因， 判断温度波动根源。通过对比现场温度与额定温度，制定相应保障措施：如温度过低，可以采用覆盖保温材料的方式；而温度过高，可以开启冷却水模式。

（四）裂缝预测与预警

裂缝预测与预警是大体积混凝土智能温控优化的重要环节，关乎结构安全稳定。

预测机制：整合历史数据和实时监测数据，运用机器学习算法可以预测混凝土裂缝的发展趋势。为了提高裂缝预测的准确性，可以采用多种算法进行融合预测，结合不同算法的优势，共同完成裂缝预测，并对预测结果进行校验和修正，从而确保预测结果的准确性和可靠性。

预警机制：当系统检测到裂缝风险时，会发出预警数据，预警内容包括裂缝的位置、尺寸、发展趋势，相关人员收到信息后可以迅速采取措施，抑制裂缝形成和发展，确保大体积混凝土结构的安全性和稳定性。

四、结束语

大体积混凝土裂缝的产生原因复杂多样，材料因素、施工因素、设计因素和环境因素均会导致裂缝的形成。为了预防和控制裂缝，需要进行温度应力监测与智能温控质量优化。因此，需要综合考虑各种因素的影响，实施针对性优化措施，保障大体积混凝土结构持久安全稳定。

参考文献：

[1]李灿,熊俊驰,梁栋,等.大体积混凝土早期温度应力及裂缝控制仿真模拟与试验研究[J].混凝土与水泥制品,2023(11):11-15.

[2]严艳锋,郭亚鹏,高小永,等.大体积混凝土温度监测与裂缝控制[J].中国科技信息,2024(23):45-48.