大体积混凝土早期裂缝监测与温控检测技术应用研究

随着现代交通网络建设的持续推进，既有桥梁结构的维修加固项目数量显著增加。在桥梁加固施工过程中，大体积混凝土构件（如群桩基础承台）的使用频率较高。这类混凝土在硬化过程中会释放大量水化热，导致内部温度急剧上升，极易引发温度应力裂缝，进而威胁结构的长期稳定性和使用安全。为确保工程质量，必须实施精准的温度监控与裂缝预防措施。以祥临公路安乐塘大桥加固项目为例，施工团队在群桩承台的大体积混凝土浇筑过程中，通过采用创新的温度调控与裂缝监测手段，有效抑制了混凝土开裂现象，最终确保了工程的整体质量。

1 大体积混凝土早期裂缝产生机理

1.1 水泥水化热

混凝土在硬化反应时会显著放热，对于大型混凝土构件而言，由于结构尺寸庞大且热量难以快速散发，其内部温度会急剧上升，而表层温度则相对偏低，从而形成明显的温度梯度。实践表明，当这种温度差异达到 25-30^∘C 的临界值时，极易在混凝土表层引发热应力裂缝。

1.2 混凝土收缩

混凝土在固化阶段会经历两种收缩现象：干燥收缩和自生收缩。前者源于材料表面水分的散失造成体积缩减；后者则是由于水泥水化反应消耗内部水分，在毛细孔隙中形成负压效应，进而引发材料整体收缩。当这种收缩变形受到外部限制时，混凝土内部将形成拉伸应力场，一旦应力值突破材料的抗拉极限，便会出现开裂现象。

1.3 约束条件

在浇筑大体积混凝土时，由于受到地基和既有混凝土结构的制约，其自然形变能力会受到明显抑制。这种限制效应将导致混凝土内部形成显著的内应力，特别是在材料强度尚未充分发展的初期硬化阶段，更容易产生开裂现象。

2 工程概况

祥临公路作为该地区地区的重要运输通道，常年交通流量大、重载货车多其关键性桥梁设施安乐塘大桥自投入运营以来，始终发挥着举足轻重的作用。在长期承受重载交通及自然风化作用下，已出现明显的结构性损伤。针对该桥梁的维修加固工程面临特殊技术难题，特别是群桩基础承台的大体积混凝土施工工艺，对温度应力调控和裂缝防治提出了严格要求。

3 大体积混凝土裂缝监测技术

3.1 光纤传感技术

在安乐塘大桥群桩基础承台的大体积混凝土施工过程中，创新性地部署了分布式光纤传感系统用于裂缝检测。施工前期，按照特定间距与分布方案将光纤传感器预埋于承台结构内部及表层区域。该传感装置基于光学干涉效应工作，当混凝土结构产生形变或裂缝延伸时，光纤的应力分布随之改变，进而导致光学参数产生相应变化。通过实时采集并分析这些光学参数的变化数据，能够准确捕捉混凝土内部的应力分布与裂缝演变特征。此项监测技术具备测量精度优异、环境抗扰性能突出、可实现全域分布式监控等显著优势，为全面把握混凝土裂缝演变规律提供了可靠的技术支撑。

3.2 电阻应变片监测

除采用光纤传感技术外，工程还在承台关键区域布设了电阻应变片监测装置。该装置利用金属导体的应变-电阻效应进行工作，当混凝土结构发生形变时，附着其表面的应变片同步产生变形，引发内部电阻值改变。通过精确测定电阻变化量，可反推出混凝土构件的实际应变状态。这类应变片具备经济实用、布设简便的优势，但存在监测区域有限、易受环境干扰等局限。本项目中，电阻应变片与光纤传感系统形成互补，专门用于重点区域的应变数据采集。

3.3 裂缝观测

混凝土结构完成浇捣后，需运用专业裂缝检测设备对基础平台表面实施周期性裂缝检查。该检测仪器能够精准获取裂缝的三维尺寸参数，包括开度、延伸距离以及贯穿深度，同时持续追踪裂缝形态演变过程。辅以人工目视检查手段，可快速识别初现的微细裂纹，并对发现的缺陷位置进行明确标识与详细备案。

4 大体积混凝土温控检测技术

4.1 传感器网络布置

为有效监控大体积混凝土结构内部温度变化规律，在承台内部构建了分布式测温系统。采用工业级高精度热电偶作为测温元件，按照空间三维坐标在承台核心区域、边界过渡区及转角关键部位进行分层布设。同步在混凝土外表面安装温度采集装置，用于记录表层温度波动。配套设置的环境温湿度监测站可实时采集施工区域气象参数。该多维度传感网络实现了混凝土浇筑全过程温度场的动态精确监测。

4.2 温度监测与数据采集

温度监测装置获取的实时温度信息经由数据采集装置持续传送至中央控制室。该采集系统具备自动化数据获取、存储及传送能力，可依据预设周期进行温度测量。本项目中，温度数据采集频率设定为半小时一次。控制室内的专用计算机配备了温度监控系统，能够对接收到的数据进行即时展示、解析与运算处理。系统功能包含生成温度-时间关系图表，清晰呈现混凝土内部温度波动情况。

4.3 温控措施实施

通过实时温度监测系统采集的数据显示，当混凝土结构内部温度超出警戒值或内外温度梯度异常时，必须立即启动温度调控方案。本工程实施过程中，主要采用了三项关键性温控技术：首先在混凝土浇筑时预先安装冷却水循环管网系统，利用流动水介质持续导出水泥水化反应产生的热量，有效控制核心区域温度；其次在承台外露面铺设复合保温层，采用特制保温棉与高分子薄膜组成的多层防护体系，抑制表层热交换速率，平衡结构内外温差；最后通过科学调整混凝土材料配比方案，优先选用低放热特性的特种水泥，并精准掺入功能性外加剂与矿物掺合料，从源头降低水化反应热效应。

5 监测结果与分析

5.1 温度变化规律

通过对温度监测数据的系统研究，揭示了大体积混凝土在施工阶段的热力学演变特征。混凝土完成浇筑作业后，其核心区域温度呈现快速攀升态势，约 24小时后达到 70^∘（ 的极值点。此后温度曲线进入平缓下降阶段，降温速率相对较低。在施工全周期内，混凝土结构内部最高温度与表层最低温度之间的差值始终维持在 25^∘C 的合理区间，完全符合温度控制的技术标准。

5.2 裂缝发展情况

通过对光纤传感与电阻应变片所采集的数据资料和现场观察分析可知，建造过程中基础只有极小的裂缝产生，并且裂缝宽度均小于 0.1mm_c 。这一现象是混凝土表层蒸发导致混凝土干燥收缩产生的裂缝，其裂缝现象对结构安全性和耐久性没有造成任何不良影响。应充分发挥裂缝监测与温度控制试验监测手段的积极作用，预防大体积混凝土裂缝产生及裂缝的发展。

5.3 温控措施效果

通过通过采用通水管降温、表面覆盖保温和调整配合比等温控措施，成功的对混凝土内外温进行了温控，实现有效降低混凝土内部温度，减小内表温差。在通水管通水冷却时，混凝土内部温度有明显下降，且混凝土内部温度下降速率可控。采用表面保温措施使承台表面温度趋于稳定，防止表面温度骤然变化造成的开裂。通过配合比调节，可有效减弱水泥水化热，起到防止高温下裂缝产生作用。

总之，在祥临公路安乐塘大桥加固工程群桩基础承台大体积混凝土施工中，采用光纤传感技术、电阻应变片检测、裂缝观测等方法进行裂缝监控，并采用传感器网络对温度控制进行测试，有效实现了对大型体混凝土中的裂缝和温度的精准控制。从该工程的实践情况看，采用了新型裂缝监控和温度控制测试技术和手段，通过对混凝土温度降低等措施，可以有效地在大型体混凝土结构施工中避免或者减小温胀、冷缩裂缝的产生，确保工程施工质量及结构的稳定。

参考文献

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