（中交路桥建设有限公司，北京 101121）

大体积混凝土因其施工方便，承载能力强，价格可控制，成为大型隧道多跨连拱的首选。但在施工过程中，由于其体积大，内外水化热不同，容易产生裂缝，影响施工质量。因此，如何有效控制温度是大型基础设施建设的难点。

一、大体积混凝土温度现场控制研究

《大体积混凝土施工规范》(GB 50496-2009)中规定大体积混凝土为：混凝土结构物实体最小几何尺寸不小于1m的大体量混凝土，或预计会因混凝土中胶凝材料水化引起的温度变化和收缩而导致有害裂缝产生的混凝土。

大体积混凝土现场浇筑需要控制内部温度和外部温度。目前主要是通过调节混凝土配合比、添加低温外加剂和利用冷却设备控制温度。陕西铁路工程职业技术学院蒋平江提出内外温差控制首先在混凝土内部采用双掺技术，添加微膨胀剂和缓凝型外加剂，延缓水化热释放时间，减小内部热量；同时辅助冷却水管降温，该方式起到了很好的降温作用。南昌红谷隧道同样采用了大体积混凝土施工，中铁隧道集团彭再勇和何毅针对红谷隧道沉管施工优选了胶凝体系和配合比：主体和后浇带胶凝材料采用双掺技术，分别为C60F20K20和C70F20P10，该配合比具有低热低收缩的特性，同时通过设置循环冷却水系统有效降低内外温差和混凝土内部应力波动频率，达到内外温差控制效果。

江苏省交通工程建设局高德风则研究出了新的控温工法，通过掺加具有温升抑制与微膨胀功能的抗裂剂实现混凝土温升和收缩性能的双重调控，同时采取新型张贴式混凝土保温保湿养护材料实现温降阶段混凝土中心平均温降速率不超过2.0℃/d。深圳市建设综合勘察设计院有限公司赵辉和中铁十二局集团第四工程有限公司乔明采用双掺技术减小水泥用量，使用缓凝高效减水剂降低水灰比，有效降低了早期混凝土内部出现的温度峰值；同时提出了可在夏季采用表面蓄水养护巨型桩混凝土的措施，赵辉还提出了在混凝土出拌前加入冰屑控制温度。

二、大体积混凝土温度控制数值模拟

虽然通过现场试验研究大体积混凝土温度控制是最直接、有效的方式，但现场研究时间长、耗费高，不利于长久研究。目前，很多学者为了更好地研究大体积混凝土温度场及影响因素，选择仿真模拟研究方式。仿真模拟具有高效、变量控制多、研究多样的特点，如何有效利用仿真软件模拟大体积混凝土浇筑和温度控制是研究难点。

东北林业大学土木工程学院金书成等针对冬季承台大体积混凝土施工，模拟冬季内外温差，以蓄热能法适当提高混凝土浇筑温度，防止混凝土产生裂缝和冻胀。四川华西绿舍建材有限公司何顺爱和江西省港航管理局郭生根等通过COMSOL仿真试验和神经网络研究了自然变温条件下大体积混凝土温度变化规律，神经网络预测误差最大只有2.57%，能够很好地预测自然降温下混凝土温度变化趋势。浙江理工大学建筑工程学院王修山则通过有限元分析了冷却水管对大体积混凝土温度-应力的影响，得出冷却水管能明显降低大体积混凝土的内外平均温差，减小混凝土的表面应力，但是内部个别区域出现温度应力集中，可能会导致混凝土内部产生微裂缝。

混凝土裂纹扩展是数值模拟的研究重点，ABAQUS软件有内置模拟裂纹扩展的软件，利用该软件温度场模拟混凝土水化热过程，然后添加一些裂纹，观察裂纹在温度场变化后的扩展规律，得出大体积混凝土温度控制的重点。

由于隧道结构的特殊性，目前大多数应用是浇筑大体积混凝土侧墙，浇筑完成之后的降温非常重要，Flac3D是非常有效的隧道模拟软件，自带温度场模拟，利用该软件模拟隧道大体积混凝土浇筑温度场也是可行的，同时可利用二次开发研究。

目前大多数学者采用MIDAS软件模拟大体积混凝土水化热，水化热模拟主要研究前期热传导和后期温度应力分析。热传导首先需要考虑材料参数的设置，配比后混凝土的力学参数和热学参数。MIDAS传热问题由两部分组成，空间部分和随时间变化的部分。使用有限元法解决任何时间点的空间问题，使用时间的数值积分提前从给定的初始条件下获得求解。如果外部通量和边界条件是恒定的，瞬态响应随时间的增加而衰减。稳态响应只取决于物体的传导率和几何形状，与比热和密度无关。

对于瞬态问题，控制方程必须完成时间积分。在MIDAS中用于瞬态实体热传递的时间积分是一种反向差分算法，该算法没有对时间增量大小的限制。瞬态传热是一种扩散占主导的过程，作为对外部变化的响应，温度最初随时间的变化而迅速变化，随后温度的变化会较为缓和。MIDAS热传递的自动时间增量过程，用逻辑构建适应这种预期响应——指数衰减或增长。该方法结合精确的时间积分精度参数DELTMX，能够使MIDAS在分析的所有阶段保持一致的准确性。

DELTMX是一个“时间积分精度参数”。它通过指定在任何时间增量中允许的最大温度变化来控制瞬态方程的精度。自动时间增量方法将限制时间增量的大小，以便在分析的任何增量期间，节点都不会超过DELTMX。当给定增量中所有节点的最大温度变化都远低于DELTMX，ABAQUS就会在下次增量中增加时间增量的大小。自动时间增量算法试图选择最优的时间步长，以平衡求解精度和求解效率。在所有节点建立了“稳态”条件，则可以在总请求时间结束前提前停止瞬态传热分析。

热传递等瞬态扩散过程离散化近似的一个重要问题是初始时间增量的选择。空间单元大小、时间增量大小与时间增量相关程度小于某些网格和材料特征，则会产生温度振荡，利用MIDAS计算温度变化时可以避免产生温度震荡，达到精确计算温度的目的。

三、结语

大体积混凝土温度控制在现场需要通过实验确定环境温度、配合比、不同外加剂和搅拌时间，不同参数的改变会导致温度场不同，确定最优配合比是未来研究的重点方向。混凝土浇筑完成后外部降温措施是保证混凝土不开裂的关键，如何提高冷却水管降温效率和采用新的降温技术是未来研究重点。

仿真模拟具有高效、变量控制多、研究多样的特点，采用MIDAS软件模拟混凝土水化热，是非常适宜的一种方式。通过模拟能够很好的预测大体积混凝土水化热的变化，提出更多有效的温控措施，是将来研究的一个热门方向。