普及型混凝土溫度測量技術(shù)和設(shè)備的開發(fā)應(yīng)用

2014-09-20 08:01:22

建筑施工 2014年2期

上海建工集團(tuán)股份有限公司上海 200080

1 普及型數(shù)字式電子測量儀的開發(fā)

初期的測溫儀是使用交流電的，因?yàn)槟菚r市場上適用于大體積混凝土測溫的溫度表頭只有用交流電的[1]。這種測溫儀在施工現(xiàn)場使用很不方便，且很不安全。后來通過開發(fā)直流供電的溫度表頭，研發(fā)出適合于大體積混凝土測溫用的電池供電的溫度表頭。

數(shù)字式電子測溫儀由儀表盒和傳感器2部分組成。儀表盒上有顯示表頭、電池盒、電源開關(guān)、傳感器連接插座、充電插座和外接電源插座。傳感器由感溫頭和電纜以及連接插頭組成。

使用數(shù)字式電子測溫儀測溫時只要將傳感器和儀表盒連接后打開電源開關(guān)，顯示屏就能顯示溫度數(shù)值，非常直觀。如果是用測溫管測溫，傳感器放入測溫管內(nèi)后打開電源開關(guān)，顯示屏顯示的溫度數(shù)值就會不斷變化，當(dāng)顯示屏上的溫度數(shù)值穩(wěn)定時，此數(shù)值即為該測溫點(diǎn)的溫度值。從傳感器放入測溫管到溫度數(shù)值穩(wěn)定大概要幾十秒到一分鐘左右。如果測溫點(diǎn)多，測一次溫度就要耗費(fèi)較長時間。當(dāng)然也可以多用幾個傳感器逐一放入測溫管內(nèi)，再回過頭來測先放入的傳感器，測好一個傳感器再將其放入后面測溫管內(nèi)，這樣多個傳感器循環(huán)測溫速度就會快一些[2]。但打開的測溫管放入傳感器后都要將測溫管口蓋好，以防止測溫管內(nèi)的溫度散失。

隨著傳感器生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和技術(shù)的改進(jìn)，加上電子元器件加工商業(yè)化程度的提高，傳感器的封裝和配線已有專業(yè)工廠化、規(guī)?；?，傳感器質(zhì)量和穩(wěn)定性也提高了，所以現(xiàn)在人工測溫可以配置多個傳感器，不用測溫管，直接將傳感器按所需的測溫位置埋入混凝土中，傳感器導(dǎo)線的接頭留在混凝土外。待混凝土澆筑完畢后即逐個連接測溫表進(jìn)行測溫。由于傳感器埋在混凝土內(nèi)隨時傳感知混凝土溫度，這樣傳感器一接上儀表就能立即顯示該測溫點(diǎn)的溫度。測一點(diǎn)溫度只要幾秒鐘，速度大大提高，而且就不用擔(dān)心混凝土內(nèi)的溫度會從測溫管口散失，這樣測溫也更加準(zhǔn)確[3]。

2 工程應(yīng)用

自上世紀(jì)90年代至今，上海建工采用了不同的大體積混凝土溫度監(jiān)測方法、設(shè)備，完成了新上海國際商廈、徐浦大橋、開開廣場、恒隆廣場、中遠(yuǎn)兩灣城、上海軌道交通11.16標(biāo)、上海辛克設(shè)備基礎(chǔ)、洛陽正大國際城市廣場等幾十項(xiàng)不同大小、厚度和類型、不同環(huán)境和氣候條件下施工的基礎(chǔ)底板混凝土溫度監(jiān)測，現(xiàn)選取其中2 個項(xiàng)目進(jìn)行分析。

2.1 上海恒隆廣場2#樓基礎(chǔ)大體積混凝土施工溫度監(jiān)測

上海恒隆廣場2#樓基礎(chǔ)的最長處約為108 m，最寬處約為70 m，主樓基礎(chǔ)厚度為3.5 m，其中電梯井的最大局部厚度為7.5 m；裙房基礎(chǔ)厚度為1.5 m，其中電梯井的最大局部厚度為3.5 m。混凝土的總方量為13 000 m3，為保證基礎(chǔ)混凝土構(gòu)件的整體性，采用一次性連續(xù)澆搗，僅在主樓基礎(chǔ)與裙房基礎(chǔ)間設(shè)立后澆帶?；炷翗?biāo)號為 C40 ，抗?jié)B標(biāo)號為P8，每立方混凝土水泥用量為 280 kg，水泥品種為42.5 普通硅酸鹽水泥，粉煤灰摻量為 85 kg，S95 磨細(xì)礦粉62 kg?；炷僚浜媳戎械拿苛⒎剿嗉盎钚該胶土嫌昧扛哌_(dá)350 kg以上，所以基礎(chǔ)內(nèi)由水化熱引起的絕熱溫升將非常高，上升線也非常陡峭，它將大大增大我們對內(nèi)表溫差控制的難度。該工程混凝土澆搗成型后的監(jiān)控養(yǎng)護(hù)從10月21 日 18 時起至11 月 12 日 6 時結(jié)束，歷時 512 h。

2.1.1 監(jiān)測方案

（a）監(jiān)測系統(tǒng)采用大型混凝土溫度微機(jī)自動測試系統(tǒng)，在澆筑和養(yǎng)護(hù)期間對基礎(chǔ)混凝土的內(nèi)表溫度實(shí)施每天24 h的連續(xù)監(jiān)測。

（b）傳感器采用電流型的進(jìn)口精密集成電路傳感器作感溫元件，經(jīng)老化篩選處理后用金屬管套密封保護(hù)，正式使用時對已作封閉的傳感器再作一次標(biāo)定。

（c）測點(diǎn)布置因基礎(chǔ)混凝土由東向西連續(xù)澆筑，根據(jù)形狀、厚度、時間和材料的對稱性、相同性、一致性和勻質(zhì)性等臨界條件，我們在主樓基礎(chǔ)底板1/4區(qū)域里的中心區(qū)、邊緣區(qū)、角區(qū)及電梯井深坑內(nèi)布置A—S共19 根測溫軸計95 個傳感器，在裙房基礎(chǔ)底板的中心區(qū)、角區(qū)及電梯井深坑內(nèi)布置T—X共5 個測溫軸計17 個傳感器，此外在基坑外設(shè)立1 個大氣環(huán)境溫度監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行測控，共計113 個，詳見測點(diǎn)平面布置圖1。

圖1 測點(diǎn)平面布置

2.1.2 監(jiān)測結(jié)果

整個測試過程中所采集到的 27 000 多個數(shù)據(jù)進(jìn)行全面分析后可得到以下的結(jié)果：

（a）在基礎(chǔ)混凝土內(nèi)，根據(jù)測得的沿厚度方向各中心點(diǎn)入模溫度值，得到平均入模溫度為 26.66 °C。

（b）根據(jù)各點(diǎn)在水化熱的作用下到達(dá)各自的最高溫度、絕對溫升以及經(jīng)歷的時間分析，恒隆廣場2#樓主樓基礎(chǔ)混凝土平均絕對溫升為 44.28 °C，平均歷時 97 h，裙房基礎(chǔ)混凝土平均絕對溫升為 32.84 °C，平均歷時 50 h，其中D3max（ 73.0 °C）是恒隆廣場2#樓基礎(chǔ)混凝土內(nèi)部出現(xiàn)的絕對最高溫度，其中V2max（61.9 °C）是裙房基礎(chǔ)混凝土內(nèi)部出現(xiàn)的絕對最高溫度。恒隆廣場2#樓主樓基礎(chǔ)混凝土中心平均最高溫度為 70.0 °C，裙房基礎(chǔ)混凝土中心的平均最高溫度為 59.0 °C。

（c）大體積混凝土的養(yǎng)護(hù)過程采取控溫措施。實(shí)測各測試軸與表面溫度的差值不大于25 K，其中 24.5 K是恒隆廣場2#樓基礎(chǔ)混凝土內(nèi)部出現(xiàn)的最高溫差。

（d）由 11 月 12 日 6 時微機(jī)測試系統(tǒng)提供的即時數(shù)據(jù)可以看到，當(dāng)時恒隆廣場2#樓基礎(chǔ)混凝土中心區(qū)域平均最高溫度為 44.48 °C；內(nèi)表最大溫差為 19.1 K（ I軸）；絕對最低氣溫為 14.6 °C。據(jù)此分析得出結(jié)論，該基礎(chǔ)混凝土已有效進(jìn)入“安全區(qū)”。即在基礎(chǔ)混凝土表面完全裸露的情況下，都不會出現(xiàn)混凝土內(nèi)表溫差大于25 K的可能。由此，施工單位和測控單位一致同意結(jié)束監(jiān)控養(yǎng)護(hù)，移交后續(xù)施工。

2.1.3 進(jìn)行溫度控制的針對性措施

（a）當(dāng)測得恒隆廣場2#樓基礎(chǔ)混凝土中心高達(dá) 70 °C以上的絕熱溫升時，即要求在第一時間覆蓋塑料薄膜，以有效地封閉基礎(chǔ)混凝土水分蒸發(fā)的途徑，減少混凝土表面產(chǎn)生干縮裂縫的機(jī)會；在微機(jī)測試系統(tǒng)的幫助下，做到不到萬不得已時不加蓋保溫材料，以最大限度地幫助基礎(chǔ)混凝土自主散熱，達(dá)到有效降低混凝土絕熱溫升的目的。

（b）充分利用混凝土內(nèi)的自有水分用于水泥最早期的水化反應(yīng)，在沒有加蓋保溫材料前不澆水，以保證混凝土表面溫度不至于下降過快。

（c）在保溫材料覆蓋完畢后，要求養(yǎng)護(hù)澆水要做到少、勻、勤，并堅(jiān)決杜絕水管中途漏水的現(xiàn)象產(chǎn)生，以免引起基礎(chǔ)混凝土局部急速降溫，危及構(gòu)件的質(zhì)量，力求混凝土溫度能“平滑”、“有控”地進(jìn)入“安全區(qū)”。

（d）在實(shí)際的監(jiān)控養(yǎng)護(hù)期內(nèi)，由于多次遇到了暴雨的侵襲，致使混凝土的表面溫度急劇下降，基礎(chǔ)混凝土內(nèi)表溫差出現(xiàn)了接近 25 K的情況。在這一系列的不利局面中，微機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)每次都能及時提供內(nèi)表溫度曲線，讓我們能掌握未來溫差變化的趨勢，為我們采取及時有效的措施贏得了寶貴的時間，保證了恒隆廣場2#樓基礎(chǔ)混凝土的質(zhì)量，達(dá)到了預(yù)期的質(zhì)量控制目標(biāo)。

2.2 上海軌道交通11.16標(biāo)1區(qū)（高層辦公樓）基礎(chǔ)大體積混凝土溫度監(jiān)測

上海軌道交通11.16標(biāo)為嘉定城北路站A地塊1標(biāo)段配套開發(fā)工程，是一座多功能的建筑。1區(qū)（高層辦公樓）基礎(chǔ)為樁筏基礎(chǔ)，最長處為122 m，最寬處為60 m，筏板厚度為2.2 m。中間設(shè)2 條后澆帶，分塊澆筑。由于筏板混凝土較厚，混凝土體量較大，屬大體積混凝土。為保證基礎(chǔ)混凝土構(gòu)件的整體性，每個區(qū)域都采用一次性連續(xù)澆搗。筏板混凝土的設(shè)計強(qiáng)度等級為 C40P6，商品混凝土采用 42.5普通硅酸鹽水泥拌制，每立方水泥用量為340 kg。本工程的混凝土溫度監(jiān)測從10月4日下午14時開始至10月17日上午8時結(jié)束，歷時 306 h。

2.2.1 監(jiān)測方案

（a）本工程基礎(chǔ)底板大體積混凝土的溫度監(jiān)測采用電子溫度表，在混凝土的澆筑和養(yǎng)護(hù)期間對埋設(shè)在基礎(chǔ)混凝土中心和表面的溫度傳感器實(shí)施連續(xù)的監(jiān)測。

（b）測點(diǎn)布置根據(jù)基礎(chǔ)形狀、厚度等臨界條件，我們在基礎(chǔ)的最先澆筑的北塊中心部位、邊緣區(qū)、角區(qū)等部位布置，共計10 個測組。每測溫組再設(shè)2 個測溫點(diǎn)，計20 個測溫點(diǎn)，此外在基坑外設(shè)立1 個氣溫測點(diǎn)共計21 個測溫點(diǎn)，詳見測點(diǎn)平面布置圖2。

圖2 測點(diǎn)平面布置

2.2.2 監(jiān)測結(jié)果

本工程的溫度監(jiān)測在混凝土澆筑時測得入模溫度，當(dāng)混凝土澆筑完畢，終凝結(jié)束即開始連續(xù)監(jiān)測。測量間隔時間為第1天每2 h監(jiān)測1 次，第2天每3 h監(jiān)測1 次，第3天每4 h監(jiān)測1 次，第4天每6 h監(jiān)測1 次，直到混凝土中心溫度進(jìn)入安全區(qū)為止。監(jiān)測共進(jìn)行65 次采樣，采集得溫度數(shù)據(jù)1 500余個，進(jìn)行全面分析后可得到以下的結(jié)果：

（a）根據(jù)混凝土的級配計算溫升為：

混凝土級配為C40，水泥用量為340 kg，粉煤灰用量為80 kg，測得混凝土入模溫度為32.1 °C。

Tmax＝32.1＋340×0.12＋80×0.02＝74.5 °C

（b）根據(jù)各測溫組測得的匯總數(shù)據(jù)：其中第6測溫組數(shù)值最高，其中心最高溫度為79.9 °C，和經(jīng)驗(yàn)理論計算的74.5 °C的數(shù)值比較接近；最大溫升為47.8 °C，最大溫差為23.7 K。

（c）各測溫組的最高溫度均出現(xiàn)在混凝土澆筑后的2 d。各測溫組的中心與表面的最大溫差大多出現(xiàn)在混凝土澆筑后的5 d。由于本工程在養(yǎng)護(hù)期間曾遭臺風(fēng)暴雨襲擊，混凝土表面有積水，而且雨后麻袋受潮，保溫效果下降，使溫差變大。在臺風(fēng)過后即更換麻袋，此時氣溫亦回升，溫差逐步縮小。

2.2.3 進(jìn)行溫度控制的針對性措施

（a）本工程以監(jiān)測數(shù)據(jù)為依據(jù)提出：由于秋季日夜氣溫相差較大，且氣候干燥，故要求加強(qiáng)保濕和保溫。在混凝土澆筑完畢后馬上蓋好塑料薄膜，以防止混凝土表面失水。同時加蓋麻袋及時保溫，防止因混凝土表面散熱較快而使混凝土的表面和中心的溫差變大。而且必須保持麻袋的干燥，防止麻袋受潮后降低保溫效果?；炷翝仓笠脖M量不要澆水，以防弄濕麻袋影響保溫。因?yàn)榛炷翝仓笕绻皶r蓋上塑料薄膜，混凝土表面一般不會因失水而干燥，所以可以不必澆水養(yǎng)護(hù)。如必須澆水時應(yīng)先將麻袋和塑料薄膜揭開，并且澆水量要少，澆好水后馬上蓋上，務(wù)必不要把麻袋弄濕。發(fā)現(xiàn)濕麻袋要及時更換。對基礎(chǔ)混凝土澆水只宜分塊局部進(jìn)行，不得將整個基礎(chǔ)的塑料薄膜和麻袋全部揭開。澆水養(yǎng)護(hù)要按照勤、少、勻的三原則進(jìn)行。

（b）與此同時，建議后續(xù)基礎(chǔ)混凝土表面采用EPE薄膜覆蓋。該材料是一種閉孔發(fā)泡塑料薄膜，一般3 mm左右的厚度即能達(dá)到很好的保溫效果。而且該材料是閉孔不透水的，只要蓋1 層就能達(dá)到既能保溫又能保濕的效果，比用塑料薄膜加麻袋進(jìn)行保濕和保溫要方便，且該薄膜在潮濕和有水的情況下也不會影響保溫效果，不像麻袋那樣在受潮后要影響保溫效果。

3 結(jié)語

（a）根據(jù)長期以來對大體積混凝土施工溫度監(jiān)測的幾十項(xiàng)項(xiàng)目數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)：沿混凝土厚度的垂直剖面溫度曲線并不是以中心點(diǎn)成兩面對稱的，而是成鼻子形的。其最高溫度點(diǎn)不是在中心點(diǎn)，而是都在中心點(diǎn)以下，按比例推算約在混凝土表面向下厚度的0.61～0.63 m之間，即黃金分割點(diǎn)0.618附近。而現(xiàn)在常規(guī)測溫布點(diǎn)每組都是從混凝土表面到底面計，以中心點(diǎn)為準(zhǔn)，平均布5 個點(diǎn)，這并不能精確捕捉到最高和最低溫度點(diǎn)。為此我們建議：通過研究不同混凝土底板厚度的溫度和應(yīng)力梯度規(guī)律，進(jìn)行科學(xué)布點(diǎn)，達(dá)到測溫布點(diǎn)能精確反映最高和最低溫度點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)布少量點(diǎn)獲得更準(zhǔn)確的實(shí)際數(shù)據(jù)，同時也大大減少了測溫費(fèi)用。

（b）從使用效果來看，微機(jī)自動監(jiān)測系統(tǒng)采集信息量大，數(shù)據(jù)分析處理多，監(jiān)測費(fèi)用高，大多用于重大工程項(xiàng)目和大型施工企業(yè)或?qū)I(yè)溫度監(jiān)測單位。

數(shù)字式電子測溫儀測量準(zhǔn)備時間短，測量快捷穩(wěn)定準(zhǔn)確，使用壽命長，攜帶方便，監(jiān)測費(fèi)用低，大多用于中小型項(xiàng)目和中小型施工企業(yè)。我們在應(yīng)用時可根據(jù)不同工況區(qū)別對待。