仪征市水利工程总队江苏扬州211400
摘要：混凝土结构温控防裂施工方法，包括：⑴在大体积混凝土浇筑块体的表面布置温度探头，测量大体积混凝土浇筑块体的内外温差、降温速度及环境温度；⑵基于所得测量结果，建立温控施工方案的计算模型；⑶采集包括施工现场参数，输入所得计算模型，进行温控仿真计算；⑷将步骤⑶所得温控仿真计算结果与预设辅助专家系统进行比较，当步骤⑶所得温控仿真计算结果与预设辅助专家系统不匹配时，多次返回步骤⑵调整相应参数，对根据经验预设的混凝土温控防裂施工方案进行优化，直至得到混凝土温控防裂的最优施工方案。该混凝土结构温控防裂施工方法，可以实现混凝土不易裂缝、防裂可靠性高和防裂通用性好的优点。
关键词：混凝土结构；温控防裂；施工方法
背景技术
混凝土结构开裂既是一个老问题，也是新技术课题。自从混凝土材料出现以来，裂缝普遍存在于各类混凝土结构中，比如大坝、桥梁、隧洞衬砌、水闸、泵站、地涵、港工、基础等。
混凝土开裂原因与材料性质、环境条件、结构特点、施工过程等很多因素紧密相关，其中除了环境条件以外，其它因素都是可以人为控制的。我国的大部分地区自然环境条件较差，属于大陆干旱性气候，降雨量少，日照强，昼夜温差大，某些区域的昼夜温差达到20℃以上。近年来，随着全球变暖的影响，极端气候很有可能出现的频率越来越高。这样的环境条件对混凝土工程施工而言可谓相当恶劣，因此，采用合适的防裂方法对混凝土工程结构非常重要。除了环境因素的影响外，现在各种新材料和新的施工方法、施工工艺不断地应用到混凝土结构工程建设中，比如发热量大的高性能混凝土、流动性高的泵送混凝土等，这些新材料和新技术的使用在带来进步的同时，也对混凝土的开裂产生了新的不利影响。因此，混凝土的裂缝问题也引起学术界和工程界越来越多的关注，且仍然没有得到很好解决。
对于裂缝的预防和控制，人们可以从不同的方面采用相应的措施。材料研究部门通常在保证混凝土材料强度、耐久性、防渗性和抗冻性等要求的前提下，调整混凝土各成分掺量，比如减少水泥用量，掺入矿渣或粉煤灰，从而降低水化热温升；或掺入氧化镁等外加剂，减小混凝土的自身体积收缩等。结构设计部门通常从减小混凝土结构的长度或体积的角度进行合理的结构分缝，以人工设缝的方法减少危害性裂缝的产生；对结构进行合理配筋，配筋虽不能明显提高混凝土本身的抗拉强度，但可以有效控制裂缝的扩展。施工部门可以在施工期采用有效的温度控制措施进行防裂，比如降低浇筑温度，采用合适的模板，进行表面保温和内部水管冷却降温等，在结构方面的措施有设置施工缝，采用合理的施工顺序等。事实证明，施工期的温控措施是防裂工作中非常重要的一个环节。在现实工程中，仍然存在混凝土易裂缝、防裂可靠性低和防裂通用性差等缺陷。
技术方案
针对上述问题，提出一种混凝土结构温控防裂施工方法，以实现防裂可靠性高和防裂通用性好的优点。
技术方案是：
⑴在大体积混凝土浇筑块体的表面布置温度探头，测量大体积混凝土浇筑块体的内外温差、降温速度及环境温度；
⑵基于步骤⑴的测量结果，建立温控施工方案的计算模型；
⑶采集包括冷却水管信息、浇注层信息和环境温度信息的施工现场参数，输入步骤⑵所得计算模型，进行温控仿真计算；
⑷将步骤⑶所得温控仿真计算结果与预设辅助专家系统进行比较，当步骤⑶所得温控仿真计算结果与预设辅助专家系统不匹配时，多次返回步骤⑵调整相应参数，对根据经验预设的混凝土温控防裂施工方案进行优化，直至得到混凝土温控防裂的最优施工方案。
混凝土结构温控防裂施工方法的流程示意图
进一步地，步骤⑴具体包括：
①温度探头的布置范围，以所选混凝土浇筑块体平面图对称轴线的半条轴线为测温区，在测温区内温度测试点呈平面布置；当所选混凝土浇筑块体为长方体时，选取该长方体较短的对称轴线；
②在测温区内，根据混凝土浇筑块体内温度场的分布情况及温控的要求确定温度探头的位置；
③在基础平面半条对称轴线上，温度测试点(即温度探头安装位置)的点位不宜少于4处；
④沿混凝土浇筑块体厚度方向，每一点位的测点数量，宜不少于5点；
⑤保温养护效果及环境温度测试点(即温度探头安装位置)数量，应根据具体需要确定；
⑥凝土浇筑块体底表面的温度，应以混凝土浇筑块体底表面以上50mm处的温度为准；混凝土浇筑块体的外表温度，应以混凝土外表以内50mm处温度为准。
进一步地，步骤⑴具体还包括：测温元件的选择应符合下列规定：测温元件的测温误差应不大于0.3℃，测温元件安装前，必须在浸水24h后，按上述①-⑥的要求进行筛选。
进一步地，步骤⑴具体还包括：
测温元件的安装及保护应符合下列规定：
测温元件安装位置应准确，固定牢固，并与结构钢筋及固定架金属体绝热；
测温元件的引出线应集中布置，并加以保护；
混凝土浇筑过程中，下料时不得直接冲击测温元件及其引出线.振捣时，振捣器不得触及测温元件及其引出线。
进一步地，步骤⑴具体还包括：
温度监控方案，即：
温度测试采用精度较高的自动建筑电子测温仪(分辨率0.1℃)，对温度数据进行实时采集、监控，监控参数包括混凝土入模温度、混凝土内部温度及环境温度；
根据大体积混凝土早期升温较快，后期降温较慢的特点，采用先频后疏的测温方案；具体测温频率为前4天每2h测温一次，5～8天内每4h测温一次，9～13天内每6h测温一次，14天后每12h测温一次，基础底板混凝土温度基本稳定后停止监控。
进一步地，步骤⑵具体包括：
应用开发的混凝土结构温控防裂施工专家系统，对混凝土结构进行有限元建模，有限元模型的建立主要是通过建立超单元的方法进行。
进一步地，在步骤⑶中，在所述施工现场参数中，冷却水管信息包括水管布设间距、水管内半径、放热系数、导热系数、通水温度和通水时间，浇筑层信息包括浇筑层浇筑范围即浇筑厚度、浇筑时间、浇筑温度；
获取环境温度信息的操作，包括：通过高端设备获取精确的绝热温升曲线、比热、导温系数，或通过现场原型试验反演获取混凝土的部分热学参数，或通过试验室大型试块温度值反演获取混凝土的部分热学参数。
进一步地，在步骤⑶中，所述温控仿真计算的操作，具体包括：
温度场计算，即：通过混凝土温度场有限单元法或不稳定温度场的有限元隐式解法，求解所需温度场仿真结果；
温度场和应力场计算，即：通过混凝土应力场的有限单元法或应力场的有限单元法隐式解法，求解所需应力场仿真结果。
在前处理完成后，即网格剖分完毕，计算参数输入结束，点击“温度场计算”或“温度场和应力场计算”后程序就开始在后台计算，从输出窗口可以看到计算过程的进度。
进一步地，在步骤⑷中，所述预设辅助专家系统，包括几类典型结构的温控措施，针对未达到防裂目标的仿真计算结果给出指导的措施调整原则；
根据辅助专家系统后处理功能可以根据温度探头测温、和采取防裂措施的计算结果给出的混凝土浇筑块的温度历史曲线、应力历时曲线、温度和应力等值曲线、温度切片等图像；施工单位根据这些图像可以清楚的知道混凝土内部温度和应力的分布大小是否在混凝土抗裂的应力范围内；如大于混凝土的应力范围，则此部位混凝土可能开裂，应重新调整防裂施工方案。