混凝土水化熱溫度試驗

雷邦慶

摘 要：本文分析了溫度應力對混凝土箱梁開裂的影響。通過對混凝土水化熱溫度的實測與模擬計算對比分析，得出箱梁截面的溫度分布和其隨時間變化的規律及特點，并提出了避免這種開裂的建議及防止病害發生的對策措施。

關鍵詞：混凝土箱梁 ；水化熱 ；溫度裂縫

溫度裂縫不僅在大體積混凝土結構中，而且在混凝土箱梁結構中也不可忽視，有必要深入研究箱梁水化熱溫度的發展規律。本文通過對混凝土水化熱溫度的實測與模擬計算對比分析，得出箱梁截面的溫度分布和其隨時間變化的規律及特點，并提出了避免這種崩裂的建議及防止病害發生的對策措施。

一、橋梁大體積混凝土溫度裂縫產生的機理

箱形梁混凝土的水化熱溫度發展規律與大體積混凝土結構相似，且水化熱溫度更高。箱形梁局部尺寸雖然較大但從施工角度和從保證梁體質量考慮不宜設冷卻管等水工結構物常用的降溫措施，這也使箱梁混凝土水化熱溫度的峰值高于大壩的水化熱溫度。另外，箱梁混凝土等級較高，水泥用量大，箱梁內部空間空氣流通不暢等也是混凝土溫度較高的原因。Fritz Leonhardt 曾提到： 在箱形橋梁和肋板橋梁的頂面和下緣之間溫差可達到27℃～33℃， 預應力混凝土箱形橋梁大都因溫差應力而損壞。隨著預應力混凝土箱梁橋的跨度增大，溫度應力可以達到甚至超過由活載引起的應力， 溫度對混凝土結構的影響已越來越引起工程界的廣泛重視。

二、 工程概況

本工程為某跨江而設計的大橋，全橋由三聯組成：主橋為 （58+102.25+63）m連續剛構橋。該工程設計橋寬12.0m，最大橋高約70.0m，箱梁頂寬12 m，底寬7 m，根部斷面梁高8 m，跨中和邊跨現澆段梁高3.0 m，腹板厚4O～70 cm，底板厚30～80 cm，設支點橫隔板，不設跨中橫隔板。箱梁采用C50混凝土，三向預應力結構，箱梁高度及底板厚均按二次拋物線變化。對于0～5號塊，在距梁頂300cm處均設置厚30cm的水平板。

本工程選擇有代表性的兩個測試截面：中支座截面和中跨跨中截面。根據水化熱溫度理論及以往的測試經驗，測點布置的原則是選擇局部尺寸較大的位置。通過實際工程測溫， 可以發現環境溫度變化比較劇烈， 而各測點的溫度變化很小，混凝土澆筑初期， 各測點的溫度都較低， 隨著拌和料的水化反應， 放出大量的熱， 各測點的溫度開始上升。

三、 溫度分布規律與分析

根據實際現場施工，在計算中考慮混凝土分層澆注、層厚、水化熱溫升變化、徐變、材料不同分區、澆注溫度、對流邊界條件等條件和因素，按照實際施工順 序，合理選取載荷步長，考慮施工間歇的影響。氣溫分別采用實測氣溫的擬合值，腹板的豎向溫度梯度擬合曲線。

根據溫度測試結果，可以得到混凝土水化熱溫度隨觀測時間變化的溫度曲線，測試結果不難發現，箱梁混凝土入模5小時以后，水化熱溫度開始迅速增長，15小時左右時到達溫度峰值。自混凝土達到最高溫度后，開始進入較緩慢的降溫階段，但是如果要完全降至和環境溫度相同時大約需4～5天，并且箱梁水化熱溫度的發展與大體積混凝土水化熱溫度規律相似。 本橋箱梁混凝土的水化熱溫度隨混凝土齡期發展經歷了溫度上升階段和下降階段，上升段曲線曲率明顯大于下降段。上升與下降段的分界點為相 應測點的峰值溫度點，同一截面不同測點的峰值溫度也不同，實測該橋混凝土內部峰值溫度為52. 3～71. 7 ℃。高峰值溫度出現在上梗斜處，這是因為該處局部尺寸較大，水化熱較高且不易散發。圖4為大橋箱梁混凝土水化熱溫度時程曲線，通過比較，其與同類橋梁水化熱溫度時程曲線的變化規律基本相同，明顯不同之處就是其峰值溫度有所不同。梁頂面沒有模板覆蓋，通風情況好，且灌注后撒水養護，故水化熱溫度較低，溫度下降較快；底板的木模板導熱性較差，且底板厚度較頂板大，水化熱溫度較高。

本橋為底板調平連續鋼構橋，主跨達102米，箱梁內模有支撐構件，內模所包圍空間內空氣不易流通；木模導熱性較差導致腹板熱量在三個方向均不易散發，造成腹板溫度略高于底板，腹板厚度中間點溫度高于腹板表面測點溫度。腹板厚度方向上的三個測點的溫度差值并不大，最大差值為7.5℃，不會引起開裂，拆模后也未發現裂縫。這一方面是由于上述木模不易散熱，另外，施工季節為夏季，環境溫度較高，對混凝土外表面的“降溫沖擊”效果不明顯。

依據以上實測結果可知，梁體溫度與環境溫度相差可達到40 ℃以上，如此大的溫差會導致拆模時，在板表面形成很大的拉應力，容易產生受拉裂縫。因此，在工程實踐中要合理地控制拆模時間及加強養護以控制溫度裂縫。

溫度控制的目的是控制溫度應力，使混凝土的最大拉應力控制在允許范圍之內，避免溫度裂縫。在工程實踐中，一般情況下，溫度控制可以采取以下措施： 4. 1 采用“雙摻”技術，降低水泥水化熱。 水泥是幾種熟料礦物的混合物，通過改變熟料之間的配比可以降低水泥水化熱的產生。除此之外，還可摻加一部分粉煤灰取代等體積的水泥，超量部分粉煤灰則取代了等體積的砂子，是一種既能保持混凝土強度及和易性，又能節約水泥用量的混凝土配合比設計方法。

增設防裂鋼筋 增配構造鋼筋，提高抗裂性能，根據結構性能要求配置小直徑、小間距的構造鋼筋。避免結構突變產生應力集中，在易產生應力集中的薄弱環節采取加強措施。

混凝土內部溫度達到峰值后，降溫階段最容易出現裂縫，加強表面的保溫蓄熱養生，減緩氣溫驟降的沖擊，減小表面的降溫速度和溫度梯度，可以達到降低內外溫差的目的。所以，混凝土澆注完畢后，及時按規范要求進行養生，盡可能降低混凝土內部、外表、外界環境的溫度梯度，防止混凝土溫度收縮裂縫的發生。endprint