大体积混凝土施工温度应力调控对策探讨

摘要：本文系统探讨了如何通过选择适当的原材料、优化混凝土配合比、加强施工过程管理、实施有效的温度控制措施及优化结构设计来减少温度应力的产生。研究结果表明，采用低热水泥、精确选择骨料与掺合料，并在施工过程中采取分层浇筑和合理养护等策略，可以有效降低温度应力。此外，冷却水管系统、表面保温以及实时温度监测和调节技术的有效应用，也能达到增强温度控制效果的目的。

关键词：大体积混凝土；温度应力；调控对策

引言：

在大体积混凝土浇筑过程中，由于混凝土体积较大、水化热较多，容易出现较大的温度梯度，因而会产生温度应力，由于温度应力的影响会导致混凝土丧失稳定性、形成裂缝，进而影响大体积混凝土的耐久性。因此如何减小温度应力是大体积混凝土施工过程中的重要难题之一。

1.大体积混凝土施工温度应力的计算与监测

1.1温度场与温度应力的计算方法

分析大体积混凝土施工过程中混凝土温度场、温度应力是保证施工安全和施工质量的关键，其中温度场分析是大体积混凝土施工安全和稳定施工的首要条件。而分析混凝土温度场多利用热传导理论，即通过温度场的变化规律使混凝土不同部位温度分布都能很好的运用。热传导方程的求解是温度场分析的基础工具，温度的变化可以由热传导方程结合温度变化的数学计算，并利用数值方法对其求解从而可以得到不同施工环节下混凝土不同的温度分布，使其便于根据温度场变化制定不同的温度应力计算理论。其中稳态热传导方程即可求解不同施工情况下不同位置温度变化情况，推求热流在混凝土内部的传输方式和规律，利用弹性力学中的热应力公式从而对混凝土因温度变化的应力分布进行求解[1]。有限元数值模拟是温度应力求解的重要方法，其可以对施工温度应力进行科学合理的准确计算，在大体积混凝土施工中，建立有限元分析模型可以有效控制温度应力，促使温度应力控制按照理论计算进行有效施工。有限元数值模拟方法是大体积混凝土结构分析中有效且普遍的分析手段，从而可以通过ANSYS、ABAQUS等先进有限元软件在三维有限元分析软件中模拟混凝土结构中的三维模型并有效施加混凝土构件不同的热物理参数，充分考虑温度梯度、温度应力应考虑环境的约束力及外界因素，考虑不同的约束条件，使得温度场发生变化，而有限元分析模型还可以对模型温度场变化进行有效的模拟，并分析温度变化过程中混凝土结构的应力变化。

1.2温度监测技术

温度监测主要有混凝土内、外温度和环境温度等，监测混凝土温度的变化其中最主要的就是监测混凝土内部的温度，内部温度的监测对准确了解和判定温度应力的发生有至关重要的意义。除此之外，还有对监测混凝土表面温度的监测，表面温度可以反应混凝土与外界之间发生热交换的程度，环境温度的监测可以分析外界气候变化对混凝土的影响。监测点布置通常遵从一定的规律，即根据混凝土结构的厚度、浇筑方法布置合适监测点，以保证监测数据具有代表性。正确的选择监测仪器有利于确保温度监测数据的真实性，热电偶是常用的测温方法，具有响应迅速、测量范围广等优点，在目前大体积混凝土施工过程中得到广泛使用，可以通过两种不同材料之间的电压变化来反映温度的改变，能够对测点部位的温度作出迅速响应，能在较短时间内反映出一定的温度[2]。另一种监测器具为热敏电阻，它的阻值会随着温度变化而变化，热敏电阻具备温度波动性小、使用寿命长等特性，使其能用在长时间的监测。

2.大体积混凝土施工温度应力调控对策

2.1原材料的合理选择与配合比优化

合理选用大体积混凝土施工的原材料，优化配合比，合理降低水化热，是温控方面至关重要的因素。例如，所用的水泥种类及配合比对水化热影响较大，选择水化热低的水泥品种，例如低热水泥、高强水泥，可以减少水泥水化过程中的热效应，相应降低温度应力的温差值。相比普通硅酸盐水泥，低热水泥的水化程度偏低，水化热所产生的散热时间比较长，因此，对大体积混凝土施工来说是较为理想的。另外，骨料对温度应力的影响也很大，级配好的热膨胀系数较小的骨料，能有效地减少混凝土内部体积的变化，可以减少裂缝产生的几率，保证混凝土结构的稳定。同时掺合料的合理使用也很重要，粉煤灰、矿渣粉是常用掺合料，使用它们可以有效地降低水泥的掺合量，降低混凝土水化热的释放；外加剂的使用，如缓凝剂、减水剂，能够有效地降低混凝土凝结的时间，从而延迟水化反应，减少短时间内释放的热量。通过合理控制水胶比、砂率等配合比的设计，借助相应试验，优化大体积混凝土水化热的释放。

2.2施工过程的精细化控制

大体积混凝土施工过程中的施工工艺控制直接决定着温度应力的产生和生长过程，可以利用混凝土分层分块的浇筑方式来控制混凝土的浇筑速度和厚度，避免由于浇筑速度过快或浇筑层过厚而产生的局部过高的温度。可以利用分层分块的浇筑方式科学地安排浇筑时间，避免浇筑时间安排在气温相对较高的时间段，避免因在高温段进行浇筑而使混凝土的水化反应过程较为剧烈而导致温度过大的温差差异而产生裂缝。同时要避免混凝土的振捣不够密实，对于温度应力的控制，混凝土振捣密实度的提高能够保证混凝土的密实度和其抗裂性能，进而能够减少由于温度应力而引起的体积变化。除此之外养护措施的制定也是施工工艺控制不可缺少的重要措施，合理的保湿保温措施不仅可以有效避免混凝土表面水分蒸发过快而引起内外温差过大，更可以有效防止温度应力的产生。

2.3温度控制措施

大体积混凝土施工中很重要的一项施工措施就是温度控制，可以有效地避免温度应力的不断叠加。目前，较为常见有效的温控手段便是采用冷却水管降温的方式，通过混凝土内部埋设冷却水管，利用水的高比热及低温度吸收混凝土内部热能，有效地对混凝土温度进行均温处理。冷却水管布置需要根据浇筑顺序及速度、温度分布情况等进行冷却，以保证温度可以均匀降温。另外，可以采用表面保温、隔热手段，通过草袋、棉被等覆盖层，对混凝土进行包裹，从而降低混凝土表面热能损失，维持混凝土内部温度均衡性，降低温差过大产生裂缝的概率。并且还可以通过设置隔热层的方式对混凝土进行隔热处理，避免其受外界高温环境影响产生高温波动[3]。同时，通过实时温度检测手段的合理应用可以获取混凝土温度信息，根据信息变化情况随时调整冷却水流量、保温手段等，对于保证温度控制的科学性及精确性而言十分关键。

2.4结构设计优化

通过合理的配置伸缩缝和沉降缝可以降低温度应力集聚对混凝土内部产生的压力，避免混凝土因受到高温或者低温的变化发生裂缝，或者损坏。通过配置伸缩缝可以为混凝土预留一定的自由度，释放出因为高温或者低温变化带来的膨胀压力，从而避免发生过高的膨胀内应力。沉降缝能够释放因为低温膨胀不均匀带来的沉降差异，避免不均一沉降过程中产生裂缝，或者导致结构破坏。

3.结语

综上所述，大体积混凝土施工过程中，温度应力控制是确保工程施工质量及结构长久稳定的决定性因素，利用原材料选择和配合比优化手段降低水化热，可对温度应力控制发挥有利作用，利用工程施工过程控制以及温度测控与调节手段，可有效强化温度控制效果；强化优化结构设计，如设置收缩缝、布置钢筋等，对降低由于温度改变所致应力集中有明显的积极作用，对大体积混凝土施工措施落实有重要的意义和影响。

参考文献

[1]李德明.大体积混凝土施工中的温控技术与应力管理[J].混凝土与水泥制品，2023，40（09）：34-35.

[2]张建国，王鹏.大体积混凝土施工温度应力控制方法研究[J].建筑工程技术与设计，2022（12）：72-74.