摘要：本文以外砂河大桥0#块混凝土施工为分析对象，基于大体积混凝土温度及温度应力相关理论，对混凝土施工温度控制进行监测分析，阐述混凝土的凝结硬化机理，并通过对参数的调整，有限元模型可以较好的模拟施工水化热温度场变化。
关键词：大体积混凝土；温度监控；有限元分析
0引言
箱型桥梁的箱梁及承台等结构一般属于大体积混凝土施工范围，在其施工养护过程中受到水泥水化作用的影响，产生的温度足以使大体积混凝土产生各种形变，显然这是结构不允许的。目前，从混凝土材料及内外部环境等方面降低大体积水化热温度已经成为多个研究者的研究重点内容，但受到大体积混凝土形状等个体差异性影响，并非已有的降温方式均能够达到较好的控温效果。为此，开展实例大体积混凝土施工与温度控制研究有助于丰富大体积施工温控经验，避免后期大体积混凝土形变等问题，具有较大的经济价值[1-2]。
1项目概况
外砂河大桥主桥为3跨梁拱组合桥，跨度61m+108m+61m，除在墩顶0#块及直线现浇段左右幅联成一个整体外，其余上下行分幅布置，墩顶1/2桥宽22.25m为单箱双室截面按照二次抛物线变化。墩顶箱梁中心线高度6.5m，边跨直线段梁中心线高度为2.5m，箱梁为C55砼，采用两向预应力砼结构。外砂河大桥主墩0#为C55混凝土，宽44.5m，长13m，高6.5m，混凝土总方量2369m3，其中中横梁长4m，高6.5m，宽44.5m，最大腹板宽10.596m，高6.5m，长4m。
根据汕头站提供的气象资料显示，1982年7月28日的最高温度为38.6°C，1991年12月29日的最低温度为0.3°C。许多年来的平均温度是21.5°C，年内平均温度比较稳定，但是年内气温变化比较大。7月是一年中月平均气温最高的时候为28.3°C，1月是月平均气温最低的时候为13.8°C，根据资料显示：汕头站许多年来平均年日照时数为1978.2h，7月的日照时数是最长的为239.7h；2月的日照时数是96.0小时是最短的时候。由此得出结论：该地区的日照时数变化较大;年内分布也不均匀。
2温控标准
混凝土温度控制的原则为以下几点[3]：
（1）控制好混凝土浇筑温度；
（2）尽可能的减短混凝土温度上升的时间并加快最高温度的发生；
（3）控制好高温之后混凝土的降温速度；
（4）降低新老混凝土的中心与表面之间的温度差，并控制混凝土空气温度和表面温度之间的差额。
温度控制的具体措施理应根据诸如温度，混凝土的混合比例，结构的尺寸以及约束的具体条件等等因素来确定。根据该项目的实际情况，制定了0＃块温度控制系统：
（1）浇筑温度≤28℃；
（2）内部的最高温度≤65℃；
（3）混凝土内表的最大温差≤25℃；
（4）在冷却水管过程中，入口水温和出水口水温之差≤15℃；
（5）在温度达到峰值后，混凝土会慢慢冷却下来。采用保温控制的方法以确保混凝土的最大冷却速速率≤2.0℃/d，在冷却的初始阶段，降低温度的速率小于等于3.0℃/d。
3现场温度监控及监控结果分析
3.1现场温度监控方案
（1）监测元件的埋设
监测元件的埋设应由专业技术人员进行操作，为了对监测元件的保护，不受到混凝土振捣的干扰，采用角钢30mm×3mm对其进行防护。
（2）现场监测内容及要求
在外砂河大桥项目的实施中，监测结果与计算模型会有一定的差异。这是由于模型中的计算参数与实际工程项目中不可能完全一致，这就要求技术人员在实施过程中，应对监测结果与计算数据进行对比分析，对模型中的参数进行及时修正，保证模型的计算精度，同时也要确保其可靠性。借助于模型与现场监测，应做到对温度控制措施的有效性，避免温度应力产生的裂缝，确保温度应力不大于混凝土抗拉强度[4]。
温度监测主要内容包括以下两点:
a.混凝土的温度场测量;
b.环境体系的温度测量。
（3）现场监测测点布置
1)温度测点布置原则：
根据墩顶对称性的特点，选取主梁的1/4块布置测点；根据温度场的分布规律，对测点层间距作适当调整。
2)0#块箱梁温度测点布置
充分考虑温控指标的测评。主梁0#块温度测点分为五层布设，总计布设温度传感器135个。
3.2混凝土温度监测结果分析
（1）0#块箱梁混凝土温度监测分析
0#块箱梁各层混凝土温度监测数据统计如下图：
图1顶板处1-1测点温度变化图
图2横隔板处1-3测点温度变化图
从顶板测点温度变化曲线可以看出，在浇筑混凝土初期，温度上升较快，直至达到最高，随后经历一个缓慢的降温过程。在20h附近达到最高温度47.5℃，由于测点埋置在顶板处，距离外界大气较为接近，同时顶板厚度较小，热量更容易散发出去。在混凝土浇筑100h之后，顶板温度逐渐降至外界大气温度20℃附近，由于测点位于顶板，受外界温度、光照等因素影响较为显著，随后随环境温度开始变化，水化基本已经结束。
从横隔板的测点数据可以看出，尽管测点所处位置厚度远不如大体积混凝土，如承台等，但是测点的水化热温度变化趋势基本符合大体积混凝土水化热的特征。在经历22h后，测点达到最高温度67.4℃，在时长达到210h时，有一次较为明显的二次升温现象，这主要是因为在第二层混凝土浇筑时，传递出的一部分热量被上一层所吸收所导致，最后混凝土测点温度与大气温度保持同步。
图3底板1-5测点温度变化图
从底板测点温度变化曲线可以看出，在23h附近达到最高温度69.7℃，随后逐步降温，直至与大气温度相符。采用不同的模板对达到最高温度的时间节点有一定的影响，钢摸保温效果明显小于木模，本项目采用钢膜，故在混凝土水化热达到温度最高点的时间节点，并没有发生延缓现象。
从以上的温度变化曲线可以看出，混凝土在凝结硬化过程中可分为四个阶段。第一阶段：混凝土水泥水化热作用加剧，使得温度迅速上升，产生热量的效率远远高于热量的散失，热量不断累积，直至达到最高温度值。第二阶段：最高温度值持续，这与测点所处位置相关，断面尺寸大，混凝土内部不断续存水化热产生的热量，同时水泥水化热反应的继续延续，所以会有在浇筑后20~30h内的高温持续阶段，截面温度基本维持在峰值附近。第三阶段：缓慢降温阶段。该阶段曲线下降斜率明显小于温升阶段的曲线斜率，温降初期曲线斜率较大，随着龄期的增长，逐渐变慢。第四阶段：稳定温度场阶段。此时梁体温度受外界因素影响显著，由于二次浇注以及预应力钢筋的张拉，零号块温度略有升高，但最终与外界大气温度相平衡。
针对混凝土水化热温度的瞬时分析难度指数较高，该反应有着多种混合物的化学作用，同时包含着外界不确定因素较多，在实际项目中的监测值与模型理论值存在较大误差，通常在30%以内是可以接受的，本文对水化热参数进行多次调整以后，计算值可以很好的模拟该零号块的水化热温度场变化。
4结论
主要介绍了项目概况、温控标准以及温控方案进行阐述，并对0#墩箱梁各层混凝土温度监控结果进行分析，主要结论如下：
（1）从温度变化曲线可以看出，混凝土在凝结硬化过程中可分为四个阶段。第一阶段：混凝土水泥水化热作用加剧。第二阶段：最高温度值持续。第三阶段：缓慢降温阶段。第四阶段：稳定温度场阶段。从实测数据可以看出浇筑后初期产热速率远大于热量散失速率，各测点均在18~28小时内基本达到温度峰值，厚度较薄的地方，容易散热，达到温度峰值较小且用时较短。
（2）针对混凝土水化热温度的瞬时分析难度指数较高，该反应有着多种混合物的化学作用，同时包含着外界不确定因素较多，在实际项目中的监测值与模型理论值存在较大误差，通常在30%以内是可以接受的，对水化热参数进行多次调整以后，计算值可以很好的模拟该零号块的水化热温度场变化。
参考文献
[1]汪冬冬,周士琼.大体积混凝土绝热温升试验研究[J].粉煤灰,2006(05): 3-6.
[2]聂国南.大体积混凝土水化热升温因素分析及对策[J].四川建筑, 2008(03):189-190.
[3]闫冬.大体积混凝土裂缝及温度应力研究[J].建筑技术开发,2018, 45(23):114-115.
[4]施威.沅江大桥混凝土箱梁日照温度场与温度应力研究[J].世界桥梁, 2016,44(04):59-63.
收稿日期：2018-4-10
作者简介
王加斌（1985-），男，高级工程师，主要从事公路桥梁工程施工和管理工作。
论文作者:王加斌
论文发表刊物:《基层建设》2019年第10期
论文发表时间:2019/7/3
标签：混凝土论文; 温度论文; 水化论文; 体积论文; 顶板论文; 最高温度论文; 阶段论文; 《基层建设》2019年第10期论文;