大体积混凝土浇筑施工温度应力控制方法研究

大体积混凝土广泛应用于水工建筑、核电基础、高层核心筒等大型结构中，其施工质量直接关系到工程的整体安全性能。由于水泥水化热累积与散热困难，大体积混凝土在硬化初期极易产生温度梯度与温度应力，若控制不当将引发温度裂缝，成为制约结构耐久性的关键问题。针对这一工程难题，开展温度应力控制方法的研究具有重要的理论意义与工程实用价值。

一、大体积混凝土温度应力形成机制分析

（一）水化热与混凝土内外温差

大体积混凝土在水化过程中会释放大量热量，尤其在使用普通硅酸盐水泥时，其7 天累计水化热可达 350～400kJ/kg_⨀ 。由于体积庞大，混凝土内部散热困难，导致其内部温度显著高于表层或外界温度。当内外温差超过 25^∘ C 时，即可能产生足以诱发裂缝的拉应力。内部升温峰值通常出现在浇筑后 24~72 小时内，此时若表层散热过快而未采取有效保温措施，将造成表面开裂。

（二）结构约束与边界条件影响

在结构层面，大体积混凝土常处于强约束状态，如底板与岩体接触、承台与桩头连接等，这些边界条件限制了混凝土的自由膨胀与收缩，造成附加应力集中。例如，在厚度超过 1.5 米的基础底板中，边缘温度梯度容易形成三维应力场，若热应力与约束应力叠加，极易在结构界面或角部形成贯穿性裂缝。此外，浇筑顺序和分段施工方式也会影响应力叠加路径，从而改变裂缝发展位置与走向。

（三）混凝土材料性能变化对温度应力的影响

水泥品种及掺合料选择对混凝土的水化热释放速率和总热量有直接影响。采用中热或低热水泥（如 P.C 32.5、P.O 42.5R）可将 7 天水化热控制在 280～320kJ/kg ，显著低于高标号水泥。掺入粉煤灰（ 20%～30% ）或矿粉（ 15%～25% ）等矿物掺合料，能延缓水化反应、降低早期热峰值[1]。骨料的热导率及比热容亦关键，选用粒径均匀、热稳定性强的石灰岩类碎石可减少内部温升。此外，减水剂及缓凝剂的合理使用有助于改善混凝土流动性及缓释热量，延缓热峰出现时间。

二、大体积混凝土温度应力控制技术方法

（一）设计阶段控制方法

在设计阶段，控制温度应力的关键在于优化混凝土配合比与评估材料热学性能。应通过降低水胶比至 0.32~0.38，掺入 25% 以上Ⅱ级粉煤灰及 10%～15% 的粒化高炉矿渣微粉，以显著降低水化热峰值和温升速率。胶凝材料总量宜控制在 420kg/m³ 以内，水泥宜选用 P.C 32.5 中热水泥。为延缓水化热释放并提升施工性能，可采用聚羧酸系缓凝型高效减水剂 [2]。在此基础上，还应开展材料热参数测试，并借助 ACT-HEAT 等传热模型进行热力耦合数值模拟，输入材料热导率（1.4~2.0 W/ϵ_m⋅ϵ_K ）与比热容（ 850～1000J/kg⋅K ）等数据，预测不同施工方案下的温度场与应力分布，从而为冷却系统设计与养护策略提供理论依据。

（二）施工阶段控制方法

在施工阶段，应采取多项协调控制技术以有效抑制温度应力发展。首先，采用分层分段错峰浇筑有助于降低热量集中，建议每层厚度控制在 0.5~1.2 米，并根据前层冷却曲线动态调整浇筑间隔时间，常用布仓方式包括“对称跳仓法”或“中部先行、两侧跟进”，以减少热梯度积聚与裂缝交错风险。其次，入模温度应严格控制在 25^∘ C 以下，特别在高温季节，推荐采用夜间浇筑，原材料通过洒水或冷却水（ 5～10^∘ C）预处理，搅拌站应设降温喷雾系统，运输过程做好遮阳保温，同时施工区域配备喷雾或遮阳设施控制环境温度。此外，为控制核心温度上升，可设置 HDPE Φ25～32mm 冷却管，布设间距1.0~1.5 米，冷却水温控制在 10～15^∘ C，流速约为 12L/min ，通常在浇筑 6 小时内启动冷却，持续10~14天，并通过闭式循环系统及自动温控装置实现精确调节[3]。最后，浇筑后应立即覆盖三层保温毯加塑料薄膜，维持表层温度均衡，保温时间建议不少于 14 天，并结合洒水及蒸汽养护方式，确保表面降温速率小于 1.0^∘ C/h ，从而提升混凝土早期强度并减少温裂缝产生。

（三）监测与信息化控制手段

温度监测系统可采用埋入式热电偶与无线数据采集终端相结合的方式，形成覆盖核心区域与关键界面的多点感知网络。传感器应布设在混凝土中心、边缘、底部、结构连接界面等典型部位，以反映整体与局部的温度分布特征。采集频率建议设为每 30 分钟一次，以获取高精度的温度变化曲线，并可根据实际情况提高至 10 分钟 / 次，以满足早期快速升温阶段的数据密度要求。施工过程中应建立统一的温控数据库，将实时数据上传至监控平台，结合BIM 模型与物联网系统实现可视化展示与动态分析。系统可对温度、温差、冷却效率进行综合判断，一旦发现温度异常、温差超过设计阈值或冷却系统故障，可自动发出预警提示。管理人员可通过平台远程调整冷却水流量、启动备用系统或改变养护节奏，实现全过程的智能化调控，从而提升温度应力控制的响应速度与精度。

三、工程案例分析与方法应用效果评估

（一）工程背景与基本情况介绍

以某核电站反应堆厂房基础为例，该结构底板厚达 3.2 米，单次浇筑体积超过1.8万 m³ ，施工周期长，对温控要求极高。为保障结构完整性，项目采用一体化温控方案，包括优化配合比、内埋冷却管、分层浇筑与全过程智能监控。

（二）温控措施应用与实施过程

浇筑采用夜间作业，有效避开日间高温环境，材料入模温度严格控制在 22^∘ ° C 以内，确保水化初期热量释放缓慢。混凝土配合比中掺入 30% 的Ⅱ级粉煤灰，降低了总水化热，胶凝材料总量控制在 400kg/ m³ ，兼顾工作性与温控效果。冷却系统采用三层 HDPE 冷却管布设，间距 1.2 米，覆盖范围涵盖核心区与温度敏感部位，冷却水温维持在12^∘ C 左右，持续运行 12 天。所用外加剂为 1.5% 掺量的复合型缓凝高效减水剂，可有效延迟水化反应峰值，优化早期热释放曲线。现场搭设可移动式保温棚，结合厚型保温毯多层覆盖，实现动态保温养护，降低表面温降速率，抑制表层裂缝产生。

（三）温度应力实测结果与仿真对比分析

实测数据显示，混凝土内部最高温度为 62.3^∘ C，表层最低为35.8^∘ C，内外温差峰值未超过 27^∘ C，控制在安全范围内。有限元模拟与实测数据吻合度超过 90% ，温控系统响应准确，未发现贯穿性裂缝，仅个别角部出现微裂，经养护后闭合。整体结构在硬化过程中未出现贯穿性裂缝，局部边角处出现轻微干缩裂纹，经后期湿养护与表面封闭处理后已闭合无风险。工程整体施工质量达到优质结构标准。

（四）经验总结与优化建议

该项目表明，系统化温控措施能有效降低温度应力，提升结构整体安全性与耐久性能。建议在后续类似工程中推广“数值预测 + 多源监测 + 分阶段温控”一体化控制系统，同时加强材料热学性能检测的准确性与系统性，提升早期设计阶段的判断能力，并逐步构建标准化温控数据库，实现跨项目的数据积累与经验共享。

总结：

大体积混凝土施工中温度应力控制是保障结构安全与耐久性的关键环节。通过合理的配合比设计、科学的施工工艺、有效的冷却与保温措施，以及全过程智能监测手段，可显著降低温度裂缝风险。实际工程验证表明，系统化、多策略协同的温控方法具有良好的应用效果，值得在类似大型结构中推广应用。

参考文献

[1] 林子超 . 高温环境下大体积混凝土温度应力裂缝的施工控制方法 [J]. 工程技术研究 ,2021,6(18):145-146.

[2] 沈笑笑 , 胡家兵 , 张金龙 , 等 . 大体积混凝土温度裂缝成因分析及控制方法 [J]. 广州建筑 ,2024,52(09):104-109.

[3] 陈东鹏 . 房屋建筑施工中大体积混凝土技术的运用 [J]. 建材发展导向 ,2024,22(21):67-69.