随着城市建设的发展, 各种大型公共建筑的建设得到蓬勃发展, 地下与地上的超长混凝土结构被广泛采用, 建筑师对不设缝的混凝土结构的长度要求越来越高。面对超长结构需要解决的混凝土的收缩与开裂这一关键技术问题, 目前所采用的技术主要是后浇带法。后浇带法尽管可以减少收缩, 但是依然存在质量和严重影响工期的问题。王铁梦先生研究的跳仓法可以避免后浇带法的不足, 但该方法主要是针对大体积混凝土, 而实际工程中更多的是普通厚度的超长结构, 且跳仓法对现场的施工组织也有较大制约。因此针对数量众多的普通厚度超长混凝土结构的温度变化规律研究是十分必要的。

为了研究普通厚度底板和上部混凝土结构的温度变化情况, 在多个工程上进行了相关温度监测试验, 试验所涉及的部分工程情况如表1所示。

采用SZZX-MCU16自动采集仪和SZZX-A150B系列埋入式应变计, 即通过在混凝土中预先埋置的各个点 (见图1) 的应变计, 对混凝土浇筑成型、凝固至结构体达到环境温度的过程 (或者更长的时间) 进行实时温度和应变值的监测, 用以分析混凝土温度变化规律。

所谓普通底板是相对于大体积混凝土而言, 这里是指混凝土厚度≤1m的底板结构。下面的试验数据来自工程1, 2普通超长混凝土底板和工程3大体积混凝土底板 (见表2, 3) , 并绘制温度-时间曲线, 如图2所示。

通过试验数据分析可以发现:

1) 随着底板混凝土厚度的增大, 其实际温升也增大, 混凝土升温时间和降温时间也随之增大, 尤其是混凝土降温时间增幅较大。如:工程1降温时间为114h (约5d) , 工程3降温时间为224h (约9d) , 几乎是工程1的2倍。普通底板混凝土浇筑后一般经过6~7d达到环境温度, 经过3~4d, 完成温降的50%。

2) 降温速率早期高, 随时间而降低, 随厚度增加而降低。按照降温速率的不同, 普通底板分3个降温阶段, 大体积混凝土分2个降温阶段。普通底板阶段Ⅰ降温速率为阶段Ⅱ的2~3倍, 阶段Ⅱ降温速率约为阶段Ⅲ的3.6倍;大体积底板第Ⅰ阶段降温速率约为第Ⅱ阶段的3倍。

3) 普通底板第Ⅱ阶段降温时间最长, 大体积底板第Ⅰ阶段降温时间大于第Ⅱ阶段降温时间。混凝土厚度越大, 早期降温的时间越长。普通底板第Ⅰ阶段降温时间<1d, 第Ⅱ阶段约为4d;大体积底板第Ⅰ阶段降温时间约为7d, 第Ⅱ阶段约为3d。

该部分试验数据来自工程4普通墙体、工程5大体积墙体测温, 如图3、图4、表4、表5所示。

通过试验数据分析可以发现:

1) 随着墙体混凝土厚度的增大, 其实际温升也增大, 混凝土升温时间和降温时间也随之增大, 尤其是混凝土降温时间增幅较大。如0.35m厚墙降温时间67~121h (3~5d) , 1.5m厚墙降温时间为288~370h (12~15d) 。

2) 墙体养护方式对降温影响较大, 带模养护时降温较慢;喷水养护降温较快。普通厚度墙体浇筑后一般经过4~6d达到环境温度, 经过2~2.5d, 完成温降的50%, 降温时间比底板降温时间短;大体积混凝土墙体一般经过14~17d可达到环境温度, 比底板混凝土降温时间长。

3) 墙体混凝土降温速率的规律与底板基本相同。普通厚度墙体降温分为3个阶段, 第Ⅰ与第Ⅱ阶段的降温时间基本相同, 带模养护的第Ⅲ阶段大于第Ⅰ与第Ⅱ阶段的时间 (约5倍) , 其余养护方式的第Ⅲ阶段降温时间均小于第Ⅰ与第Ⅱ阶段的降温时间。普通厚度墙体第Ⅰ, Ⅱ阶段降温时间为普通底板第Ⅰ阶段降温时间的2~3倍。

4) 大体积墙体带模养护方式的降温分为3个阶段, 其余养护方式均分为2个阶段。大体积墙体第Ⅰ阶段降温时间为7d左右, 均大于第Ⅱ, Ⅲ阶段降温时间, 与大体积底板第1阶段的时间相同;大体积墙体第Ⅱ阶段降温时间远大于大体积底板第Ⅱ阶段的降温时间。

5) 普通厚度墙体第Ⅰ阶段降温速率约为第Ⅱ阶段的2倍, 第Ⅱ阶段为第Ⅲ阶段的2~5倍。普通厚度墙体第Ⅰ阶段降温速率略大于普通底板第Ⅰ阶段的降温速率。大体积墙体第Ⅰ阶段降温速率为第Ⅱ阶段的2~3倍, 与大体积底板第Ⅰ阶段的降温速率相近。

普通梁板上部结构是指跨度<15m、梁高<1m、板厚<150mm的上部梁板结构。该部分试验数据来自工程6, 如图5、表6、表7所示。

通过试验数据分析可以发现:

1) 普通梁板浇筑后一般经过3~4d达到环境温度 (较普通底板时间短2d以上) , 经过50h左右, 完成温降的50%。梁板结构温度场的变化规律为楼板实际温升比梁小, 降温时间比梁略短。

2) 依照降温速率不同, 普通梁板结构降温分3个阶段, Ⅰ, Ⅱ阶段的降温速率相近, 第Ⅲ阶段降温速率较高, 约为Ⅰ, Ⅱ阶段的2倍。

3) 3个降温阶段的时间接近, 均为1d左右。第Ⅰ阶段降温时间大于普通底板第Ⅰ阶段的降温时间, 第Ⅱ阶段降温时间约为普通底板第Ⅱ阶段的1/4。

1) 普通厚度超长混凝土结构与大体积混凝土结构在降温过程中的温度变化规律不同。普通厚度混凝土的降温时间比大体积混凝土的降温时间要短很多, 能较快到达环境温度。

2) 在降温过程中普通厚度超长混凝土结构的降温速度存在几个明显的阶段, 不同阶段间降温速率变化幅度较大, 并依次突变降低, 普通厚度超长混凝土结构进行温度应力、间歇时间、区段划分确定时应考虑这些特殊时间点。

3) 通过试验分析也可以看出混凝土的养护方式对混凝土结构的温度变化有着明显影响。