吴月辉
（中铁十八局集团第一工程有限公司，河北，涿州，072750）
【摘 要】箱梁施工中混凝土产生裂缝是影响产品质量的重要因素之一，本文简述了混凝土温度收缩裂缝产生的机理，结合厦深铁路32m后张法预应力混凝土箱梁预制的工程实例。按照温度控制方案，分时段、全过程实施监控量测，分析、总结了箱梁施工温度控制技术。对类似工程施工具有一定的借鉴意义。
【关键词】预应力混凝土箱梁；裂缝；温控措施
1、工程概况
厦深铁路位于闽粤两省的东南滨海地区，线路东起厦门枢纽厦门西站，西至深圳枢纽新深圳站，途经福建省厦门、漳州和广东省潮州、汕头、揭阳、汕尾、惠州、深圳等八城市。
中铁十八局集团海丰制梁场有后张法预应力混凝土简支箱梁419孔，采用梁场集中预制。按照《客运专线铁路桥涵工程施工技术指南》及《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》的判断标准，预制梁属于大体积混凝土，桥梁设计使用年限长，耐久性要求高，大体积混凝土、耐久性混凝土被广泛应用。大体积混凝土必须采取必要的降温防裂措施。
2、混凝土温度收缩裂缝的成因及分析
产生裂缝是影响混凝土箱梁施工质量的主要因素之一，导致开裂的主要因素有：①收缩；②约束；③弹性模量；④徐变；⑤抗拉变形或抗拉强度。其中收缩因素中有凝结硬化收缩(塑性收缩、自生收缩、干燥收缩)和温度收缩(混凝土温度与环境温度之差造成的收缩、混凝土内部温度与表面温度之差造成的收缩)。因此，桥梁的高性能、大体积混凝土的施工温度控制及温度裂缝已成为施工质量控制的难点和关键环节。
32m简支箱梁为大体积、高强度等级混凝土结构，连续浇筑和硬化过程中时间长，水泥水化产生大量水化热，结构截面尺寸大，热阻也大，施工中极易出现温度收缩裂缝，在施工中分析了箱梁混凝土温度收缩裂缝产生的机理，采取温度控制措施，确保了梁体施工质量。
2.1 温度对凝结和硬化过程的影响
温度对水化速度甚至水化产物均有重要影响，温度愈高，水化愈快。温度升高使凝结和硬化时间缩短，强度发展加快。但由于高温下混凝土的毛细孔隙占的比例大，造成高温养护下的混凝土具有早期强度较高，而后期强度反而较低。
温度增加使新拌混凝土快速凝结，加剧坍落度的损失。混凝土的浇筑温度增加时，为达到同样的坍落度，用水量就要增加，则会降低混凝土的强度和耐久性，并且增加干燥收缩。
2.2 混凝土硬化过程的温度变化和应力变化
箱梁混凝土的升温过程和达到的峰值温度值，以及随之而来的降温过程取决于许多因素，主要有：环境大气温度，混凝土入模温度，模板的类型(热学性能)及拆模时间，混凝土外露面积与其体积的比值，混凝土浇筑后的截面厚度，水泥类别与水泥用量，拆模后是否有隔温措施，养护方法等等。
混凝土浇筑后，其内部温度变化过程和拉压状态大体如图1所示
图 1 早期混凝土的温度变化与应力变化
图1中T0为浇筑温度，至时间t1，温度升至T1时，混凝土硬化，此时如混凝土处于约束状态则在继续升温的过程中受压，如图1所示。内部温度升至峰值Tm的时间t2视水泥品种、浇筑温度、构件的厚度、形状和散热条件而定。根据对箱梁浇筑温度的监测数据，可知箱梁在浇筑1～2d内部温度达到峰值，水化热引起的内部混凝土温升可达25～35℃，加上原来浇筑温度后，峰值温度Tm达60℃以上。对于水泥用量较多的高强混凝土有时可超过70～80℃。 随着混凝土温度通过峰值后降温并发生收缩，原先在约束状态下形成的压应力很快下降至零，此时的温度为Tz0，零应力温度Tz0的大小与峰值温度Tm相近，而混凝土中的温度收缩拉应力正是在Tz0这一相当高的温度作为基准下冷却后产生的。零应力温度越高，冷却时拉应力愈大，也愈容易开裂。实验数据表明，箱梁混凝土内部温度冷却到接近周围环境气温的时间需10d。
3、箱梁混凝土的温度监测
3.1 测温仪器配置
一孔箱梁测温仪器配置为：36个测温探头 WRN一1B(F)，引线长不小于 1 m，配数字温度表 DM-6902 (测温范围-50～750℃)；1个非接触测温仪 MT4型，测温范围-l8～275℃。
3.2 测温方案
（1）用 WRN-1B(F)测温探头，配备数字温度表 DM-6902，测试箱梁顶板、底板混凝土芯部温度；
（2）用非接触式测温仪 MT4测试顶板、左右腹板、底板混凝土表面温度；
（3）用气温计测试环境温度。大体积混凝土的温差变化在 1～72 h内波动最大，因此在这段时间现场值班不间断测量，测试频率为每6 h一次，测试时要求记录以下数据：混凝土入模温度；每次测温时间，各测点温度值；各部位保温材料的覆盖和去除时间；浇水养护或恢复保温时间；异常情况如雨、风等发生的时间。
3.3 测温安排
安排测温试验员1人，混凝土达到最高温升前(一般为2～3d)，每天每隔6 h测试1次，每日4次。达到最大温升后，可减少为每日1次。测温记录每天要及时整理，混凝土芯部温度、表面温度和环境温度取所测点数的平均值。整理完毕后，绘制时间-温度曲线。在混凝土达到最高温升前，根据时间(以小时计)、温度，将芯部、表面、环境温度绘制成三条曲线。在混凝土达到最高温升后，可改为以每日为单位绘制曲线。
4、温度收缩裂缝的控制措施
4.1 降低拌合料的温度
要降低混凝土拌合料的温度，首先应降低原材料的温度，特別是降低比热最大的水和用量最多的骨料的温度。因此，所采取的措施是：一是规定每天进行淘砂，沖洗石子，以利降低骨料温度；二是混凝土搅拌用水，取用温度低的水，达到有效的降低拌合料的温度。
4.2 降低水化热及其释放速度
采用低热水泥，掺加粉煤灰、矿碴等矿料，减少水泥用量，能降低水化热。选用 P．042．5普通硅酸盐水泥，S95级磨细矿碴粉为掺合料，以外加剂 PCA聚羧酸延缓混凝土初凝时间，减小水灰比，以中粗砂为细骨料，粗骨料选用5～10 mm，10～20 mm二级级配。施工配合比为：水泥：细骨料：粗骨料：矿粉：粉煤灰：外加剂：水 =1：1.95：2.70：0.167：0.167：0.0133:0.41。
4.3 降低混凝土的浇筑温度(入模温度)
混凝土温度过高造成混凝土的用水量随之增加，否则不能满足原有的坍落度要求；使混凝土水份蒸发加快，塑性开裂的可能性增加。降低混凝土的浇筑温度有利于提高硬化混凝土的28d强度和防止温度收缩开裂。因此，在炎热气候下，入模前要尽量降低模板、钢筋温度，入模温度不高于气温且不超过30℃，控制在18～25℃。
4.4 控制散热过程并防止混凝土表面温度的骤然变化
当混凝土表面温度突然下降发生收缩并受到内部混凝土约束时，常会在表面产生龟裂，造成这种情况往往是用过冷的养护水，或拆模后混凝土表面骤然暴露于冷空气中。为防止温度骤然变化，混凝土冷却时的降温速度不能超过 0．5～1℃／h，否则会引起开裂。在施工中，按照温度监测数据，以箱梁混凝土养护期间，混凝土内部的最高温度控制在55～7O℃以下(注：《铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定》规定为65℃)，混凝土表面的养护水温度与混凝土表面温度之间的温差控制在 15～2O℃以内，芯部最高温度与表面温度之差不大于 15℃为控制指标，相应在混凝土表面设置隔热层，如土工布、麻布、草帘等，隔热层材料的热导率在 3．6～0．5之间，使表面混凝土的温度能缓慢的接近环境温度。
在混凝土浇筑后的初期，整个混凝土处于升温阶段，这时表面混凝土受压，此时不应设置隔热层。此时，利用箱梁预应力管道注水，以降低混凝土芯部温度，同时在箱梁底板、顶板上蓄存一定养护水，传导出部分混凝土芯部热量。
5、结束语
箱梁产生裂缝的原因很多，常见的有温度变化、混凝土收缩、模架系统变形、施工工艺和材料质量等原因，针对因温度引起的混凝土裂缝的控制，着重主要以下三个方面采取措施：
（1）尽量选用低水化热水泥，改善骨料级配，减少水泥用量，降低水灰比，在混凝土中掺入具有减水、增塑、缓凝作用的添加剂，从而降低混凝土自身产生的内部热量和释放速度。
（2）采取措施消散混凝土拌和料、模板、钢筋等外部材料的热量，控制混凝土入模温度在 l8～25℃，使混凝土芯部温度不超过55～70℃。
（3）加强混凝土养护期间温度监测，采取措施使混凝土芯部、表面、环境温度差在15℃以内。
实践证明，只要措施得当，混凝土温度控制在指标范围内，箱梁温度收缩裂缝是可以避免的。
综上所述：混凝土施工期的温度变化是十分复杂的热工现象，厦深铁路海丰制梁场根据当时现场工程环境条件进行具体分析，列出主要影响温度裂缝的因素，实施了有效的控制，有效的防止了温度裂缝的产生。
参考文献：
[1]《客运专线预应力混凝土预制梁暂行技术条件》铁科技[2004]120号
[2]《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》铁建设[2003]13号
[3]《铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定》铁建设[2005]157号
[4]《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》 TB10002.3-2005
[5]《客运专线铁路桥涵工程施工验收暂行标准》（铁建设[2005]160号）
[6]陈肇元，崔京浩,等.钢筋混凝土裂缝机理与控制措施[J].工程力学，2006,23（S1）:25-28.
论文作者:吴月辉
论文发表刊物:《工程建设标准化》2016年5月总第210期
论文发表时间:2016/7/13
标签：混凝土论文; 温度论文; 测温论文; 裂缝论文; 水化论文; 骨料论文; 时间论文; 《工程建设标准化》2016年5月总第210期论文;