摘要 随着建筑体量的不断扩大，越来越多工程存在大体积混凝土施工技术，对于大体积混凝土施工来说，其由于浇筑混凝土较厚，其温度应力相当显著从而较容易地引起大体积混凝土裂缝出现；与此同时智能监测混凝土内外部设置监测传感器，以随时获取建筑物的性态，为建筑物在混凝土浇筑过程中以至于运行过程中提供实时、可靠的内部信息，提出智能化的监测手段，实时监测建筑物的变化，对于后期施工工艺等提出指导性意见。
关键词 大体积混凝土、温度控制、监测、智能系统
0引言
大体积混凝凝土施工阶段产生的温度裂缝，往往是其内部矛盾发展的结果， 一方面是混凝土内外温差产生应力和应变，另一方面是结构的外约束和混凝土各质点间的内约束阻止这种应变，一旦温度应力超过混凝土所能承受的抗拉强度，就会产生裂缝。目前，常规的温控手段主要采用散水降温，或者混凝土内部冷却通水等，监测方法施工期间未能实现智能化实时监测的目的，人工采集数据容易产生误导等系列误差。
1概述
一般来说，选用合适的原料和外加剂、控制混凝土入仓温度、采取必要的物理降温养护、延缓混凝土的降温速率以及选择合理的施工工艺等方法固然可以预防混凝土裂缝的产生或把裂缝控制在某个界限内。但在实际施工中如控制过程的不当仍存在潜在的隐患。如混凝土入仓温度是否合理、降温/保温防护措施、外加剂配合是否恰当等都无法从混凝土外部表象上进行验证。
因此，采用自动化的监测手段来获取混凝土从入仓开始起至混凝土终凝以致混凝土整个龄期内的温度、应力、内部裂缝以致伸缩缝的变化的全过程，及时发现并了解混凝土的性态变化，才有利于对高温环境下的混凝土温控工艺设计进行验证，同时及时地对不合理的施工工艺、材料进行调整，为指导施工提供理论依据，从而保证混凝土的施工质量。
大体积混凝凝土施工阶段产生的温度裂缝，往往是其内部矛盾发展的结果， 一方面是混凝土内外温差产生应力和应变，另一方面是结构的外约束和混凝土各质点间的内约束阻止这种应变，一旦温度应力超过混凝土所能承受的抗拉强度，就会产生裂缝。 因此，对混凝土的入仓温度进行监测是工艺控制的第一步。其次，在混凝土初凝过程中，水泥水化热引起温升速率也是验证材料配合比的监测要素之一，特别是在浇筑后的3～5天，混凝土内部将达到最高温度。由于在初凝过程中大体积混凝土自身的导热性差，使得混凝土内部迅速升温导致温度内高外低且温差很大，形成温度应力。当产生的温度应力超过混凝土当时的抗拉强度时，就会形成表面裂缝。外界气温的变化如外界气温愈高或较低形成的内外温差梯度也会造成很大的温度应力而导致开裂。此外，混凝土因养护时的湿度变化产生的干缩湿胀也会产生应力变化从而导致裂缝的产生。因此，对混凝土进行应力应变监测也是控制混凝土裂缝产生获取混凝土内部信息的常用个手段之一。
温度控制不当时，会在混凝土内部还会产生亚毫米以下微裂缝，尤其是一些贯穿性裂缝，这些裂缝通常应进行监测。由于微裂缝位置难以应在混凝土内部埋设微裂缝计串联，以监测其发展变化超过一定范围时，及时地对混凝土进行固结灌浆并采取其它辅助措施，以防止裂缝进一步发展。
2监测内容及仪器设备选型
2.1温度监测
温度计或温度计串可以监测到混凝土从入仓开始起的全部温度过程监测。温度计可以获取混凝土的入仓温度是否在规定范围内，以及混凝土初凝期、养护期、中终凝期等整个过程。获取入仓温度的意义在于以验证混凝土入仓是否满足要求，以及时调整入仓温度，并针对性地采取降温或保温等养护措施。温度计采用网格
仪器选用：温度监测选用BGK-3700温度计和3700L型温度计串。前者是单点温度计，后者是温度计串，方便安装埋设；温度计串：获取混凝土温度场，供设计分析以调整后续施工工艺。
2.2裂缝监测
2.2.1微裂缝监测
微裂缝即贯穿性裂缝，因为贯穿性裂缝切断了结构断面，破坏了结构整体性，其危害性较严重，必须监测其发展，并且裂缝的位置不可预期，因此采用多支微裂缝计串联的方式监测其变化，并在关键坝段的关键部位采用平行或垂直于坝轴线方向成串进行布置。
微裂缝监测建议采用BGK-4210L型应变裂缝计，可以监测到低于0.01mm的裂缝变化。
BGK-4210L型应变计主要技术参数：标准量程2500με、非线性度直线：≤1%FS； 多项式：≤0.1%FS、灵敏度0.5με、温度范围-20℃～+80℃、标距250mm。
BGK-4210L型埋入式应变计可直接埋设在水工建筑物及其它结构的混凝土或钢筋混凝土内，以监测混凝土的应变。内置温度传感器可同时监测测点处的温度。
2.2.2伸缩缝监测
伸缩缝监测主要为坝块之间的缝隙监测，采用埋入式测缝计并布置在关键坝段的块与块之间的横缝或纵缝之间。
伸缩缝监测采用BGK-4400型埋入式测缝计。
主要技术参数：标准量程12.5mm～100mm（可选）、非线性度直线：≤0.5%FS； 多项式：≤0.1%FS、温度范围-20℃～+80℃。
BGK-4400型埋入式测缝计适用于监测混凝土﹑岩石等结构的边界缝开合度，可埋设在混凝土内长期监测建筑物的裂缝变化，内置的万向节允许传感器承受一定程度的剪切位移。仪器还具有测温功能，具有高精度和高灵敏度、卓越的防水性能、耐腐蚀性和长期稳定性。
2.3应力应变监测
通过应力监测可以获取坝体因温度变化产生的应力/应变变化，以寻求并研究混凝土内部因温度应力导致裂缝产生的相关性。
应变计采用BGK-4200型或4210型埋入式应变计，主要技术参数如下：标准量程3000-2500με、非线性度直线：≤1%FS； 多项式：≤0.1%FS、灵敏度1.0-0.5με、温度范围-20℃～+80℃、标距150-250mm。
BGK-4200/4210型埋入式应变计可直接埋设在水工建筑物及其它结构的混凝土或钢筋混凝土内，以监测混凝土的应变。内置温度传感器可同时监测测点处的温度。
BGK-4200型适用于基础、桩基、桥梁、隧洞衬砌等的应变监测，增加一些选购配套设备，可构成多向应变计或无应力计。BGK-4210型适用于大体积混凝土的应变监测。
根据用户要求加大标距后可安装在钻孔中来监测结构内部微小裂缝的缝隙开合度，最低可监测到1μm的缝隙变化。
以上所有传感器均内置有温度传感器，同时能监测与温度同步产生的变化。
2.4数据采集
数据采集选用GL2-VW或GL2-VW6型G云无线终端，不需其它网络设备，只需利用现有设计的无线网关即刻完成数据实时采集，特点如下：
实时数据采集。传感器安装并连接后，即可实现温度数据的高密度采集，例如可以设置采集配频次到1次/小时或更低，就能自动、定时按照规定频次获取温度数据与过程曲线，采集过程完全自动化；
数据实时、准确，避免人工大面积测量时导致的漏测或错侧；
安装布置简单，数据采集设备随仓面同步上引；
不需其它网络设备，只需利用现有无线即可完成数据的采集。
2.4.1 GL2采集网络组成
基于低功耗无线广域网技术的GL2智能采集网络见下图2。其由1台GL2-G型无线网关和多个GL2系列无线终端组成，该采集网络为一最简单的星形结构。一台基康的GL2-G型无线网关等同于一个“基站”，网关下允许有多达6万余个无线终端。
2.4.2 GL2-G无线网关
无线网关分为适合市区环境的市内型与适合野外安装的户外型两种，相比较而言户外型比市内型多了电源防雷模块和避雷针、以及专门的防雷接地系统。
GL2-G型无线网关为专业密封全天候设计，适合在任何环境下安装使用。一般情况下，无线网关在现场除按图接好电源线外，无需任何设置通电后即可投入运行。
2.4.3 GL2无线网关（基站）技术参数：该系统制式采用LoRaWAN1.01、工作频率470Mhz~510Mhz、通信速率292bps~5400bps、发射功率17dbm、接收灵敏度SF=7时≤-126dB
SF=10时≤-136dB SF=12时≤-142dB、天线增益2/5dbi可选、业务信道8信道上行、1信道下行、网关授时GPS/北斗，系统支持多种供电方式，包含宽范围交流市电、12V蓄电池供电、太阳能供电等均可任意选择。
GL2-G无线网关的主机单元的外观及接口功能如图3所示：
2.4.4各接口描述如下：
Lora天线接口
该接口共有两个，用于连接Lora天线，目前仅用一个，预留分集接口。
GPS天线接口
用于网关的定位及系统时钟授时，确保系统时钟准确。
电源接口
供电方式分为两种，分为220V交流适配器供电与光伏（太阳能）供电两种，这两种网关的硬件是不同版本。具体供电方式由客户需求选装。
防水透气阀
防水透气阀是网关的呼吸孔，该接口还内置有USB调试接口供技术人员进行调试。
以太网接口
当现场不具备3G、4G通讯条件时，可使用以太网口经路由器或交换机连接公网。
BT接口（蓝牙接口）
用于蓝牙手机在现场对网关的参数进行查看，配置等。
2.5 GL2-VW或GL2-VW6型G云无线终端主要技术参数：
L2-XX型无线终端可接入振弦式、差阻式、电位计、标准电压及数字量等多类型的仪器，无线终端的接入通道数有单通道与6通道两种。
单通道型无线终端采用全密封结构并且内置天线，仅有一个或6个电缆接口用以连接监测仪器，在现场时只需与传感器连接即可投入工作。电缆接口提供直连型与可插拔接口两种，前者适合永久连接，后者便于与读数仪连接进行人工比测。
为保证无线终端的防水密封特性，除了仪器电缆或外置天线接口外，其外壳山未设置任何开关，特殊情况下如需激活无线终端的某些功能，则使用配套的磁性钥匙放置在壳体标识位置附近，即可激活相应的如实时采集并上传、开启蓝牙功能等。
两种类型的无线网关的防护等级达到IP67，并采用了高强度外壳，足以可以抵御现场泥沙水泥的侵蚀及人员的意外踩踏，适合在各种恶劣环境下使用。
GL2无线终端一般可就近安装于电缆引出点，安装方式通常有下列几种：
3结语
随着智能建造的推广，智能系统已逐渐在国内几个大型水电工程大坝建造中得到应用。而智能大坝的核心就是在坝体内外部设置监测传感器，以随时获取大坝的性态，该系统能全面的监控大体积混凝土温度、应力及变形等监测数据的采集分析，相比传统的监测技术及性能更优，为大坝在建造以至于运行过程中提供实时、可靠的内部信息。
论文作者:常亮,,陈晓静
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年第05期
论文发表时间:2019/6/21
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