高速鐵路預制簡支箱梁混凝土溫度控制研究

馬磊

摘要：隨著高速鐵路的快速發展，箱梁預制數量越來越多，箱梁預制質量存在的“共性問題”卻一直未解決——龜裂、溫度應力對箱梁壽命的影響。本文通過現場實測數據并結合并熱學理論知識，闡述溫度應力對箱梁質量的影響，提出水循環法“分割”大體積混凝土可以有效降低溫度應力對箱梁質量的影響。

Abstract： With the rapid development of high-speed railways， the number of prefabricated boxes and beams is increasing. The "common problem"， that is the influence of crack and temperature stress on the life of box girder， of prefabricated quality of box girder has not been solved. In this paper， the influence of temperature stress on the quality of box girder is explained by the field measured data combined with thermal theory. It is proposed that the "segmentation" of mass concrete by water circulation method can effectively reduce the influence of temperature stress on the quality of box girder.

關鍵詞：簡支箱梁;水循環;溫度控制

Key words： simple supported box girder;water circulation;temperature control

中圖分類號：U445.471 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）15-0092-04

0 ?引言

溫度應力（thermal stress）對箱梁質量的影響越來越突出。“分割”大體積混凝土并及時將混凝土的水化熱能排出，能降低溫度對箱梁混凝土質量的影響。

本文基礎數據選取滬昆客運專線6標段麻江制梁廠。麻江縣2012年9月中旬至2012年12月中旬，測溫工具為北京建工混凝土技術發展中心生產，測溫線JDC-2型。麻江縣屬亞熱帶季風濕潤區氣候區，冬無嚴寒、夏無酷暑、雨量充沛，年平均氣溫14～16℃，年降雨量1200～1500mm，相對濕度80%左右，無霜期長達270～301d。

澆筑箱梁混凝土產生的水化熱是箱梁熱量最主要的來源，這一點已經形成共識。熱傳遞有三種方式，即熱輻射、熱傳導、熱對流，當熱位于不同的介質時，其熱傳遞方式有主次之分。箱梁屬于空間殼體結構，頂板、底板、腹板的空間位置不同（主要指上下位置）、厚度不同，導致各處溫度不同，溫度不同產生的溫差是溫度應力形成的原因。熱傳導主要體現在梁體某部位芯部與表面的熱量傳遞，芯部溫度高于表面溫度。熱輻射有強烈方向性特點，根據梁體溫度實測數據顯示，梁體頂板溫度高于梁體底板溫度，梁體頂板與腹板交界處溫度最高。熱輻射主要體現在梁腔內各部位之間的熱量傳遞，梁體上方熱量向下熱輻射。熱對流在流體介質里面是最主要的熱傳遞方式。梁腔（相對封閉環境）里面熱量對流。根據以上推斷，經現場實際記錄，繪出梁體內熱量傳遞示意圖，如圖1。

1 ?預制箱梁溫度點的選擇和溫度記錄

如圖2所示，選定5個點位，圖中表示出具體位置。

點位選擇說明：根據設計說明、設計交底、現場施工經驗，混凝土的水化熱溫度隨著混凝土的厚度增加而升高，并且不呈現線性比列關系。根據梁體斷面圖，找出混凝土最厚的部分，即如圖所示的5個點位所在的位置。

實測數據如表1，繪制出溫度曲線圖3。

2 ?數據分析

由圖2，圖3和表1得出如下結論：

①溫度最大值的大小由該點所處在周圍混凝土包圍厚度和空間位置有直接關系。如圖2，圖3和表1，2點所處周圍混凝土包圍厚度最厚，其空間位置基本也最靠上。兩者影響因素以混凝土包圍厚度為主要因素，空間位置為次要因素，因為混凝土所散發的水化熱主要以對流形式散播，空間越靠上，能量來源及聚集越多。

②觀察表2得出，箱梁溫度變化的規律如下：

1）在混凝土澆筑完0-4小時內，溫度變化很小，基本不變的。

2）在混凝土澆筑完4-28小時內，溫度快速增長，其曲線近似于二次拋物線，在混凝土澆筑完28小時左右溫度值達到最大值，混凝土水化熱快速釋放，釋放速度遠大于混凝土的散熱速度是導致混凝土溫度快速增長的主要原因。

3）在混凝土澆筑完28-76小時內，混凝土溫度在經過快速增長后，芯部混凝土釋放的水化熱與散熱溫度基本維持平衡，混凝土溫度在受環境影響不大下在最高值左右徘徊。

4）在混凝土澆筑完76-148小時內，混凝土溫度逐漸下降，其曲線近似于二次拋物線，混凝土溫度平均約4小時降低1℃。在這段時間內，外部混凝土水化熱已經基本釋放完，混凝土芯部混凝土水化熱的釋放速度小于表面及外部混凝土散熱速度是該段時間內溫度下降的主要因素。

5）在混凝土澆筑完148小時后，混凝土水化熱的釋放基本結束，混凝土溫度在向后的時間內，溫度很緩慢的降低，直至與外界溫度基本相等。

3 ?芯部溫度與孔道溫度的關系

經上述得知，混凝土溫度最大值出現在2點，所以我們把測芯部溫度的探頭布置在2號點。芯部探頭（2號點）與孔道探頭（2點）布置對應關系，如圖2;芯部溫度與孔道溫度最高溫度記錄如表2。

令孔道溫度為自變量，芯部溫度為因變量，根據線性回歸方程Y=Ax+B

經計算得A=1.00995，B=4.836

則回歸方程為：Y=1.00995A+4.836

4 ?成果分析

①高速鐵路預制簡支箱梁混凝土溫度的最高值在腹板與頂板的交界中心處出現。

②高速鐵路預制簡支箱梁混凝土芯部溫度與孔道溫度的線性方程為Y=1.00995A+4.836，其中A代表孔道溫度，Y代表芯部溫度，孔道探頭應布置于張拉孔道N10或者N9，距梁端1.5米處。

③高速鐵路預制簡支箱梁混凝土溫度不隨客觀天氣變化而變化，溫度應力對箱梁混凝土影響客觀存在。有效及時排出箱梁混凝土水化熱是箱梁溫度應力的關鍵。

5 ?高速鐵路預制簡支箱梁混凝土溫度控制措施

通過上面分析得知，高速鐵路預制簡支箱梁混凝土溫度與混凝土水化熱的釋放有很大關系，可以說是溫度影響的主要客觀因素。以下是高速鐵路預制簡支箱梁混凝土溫度控制措施：

①混凝土澆筑完后，一般會在8-10h內抽拔橡膠棒，此時已經證明混凝土已經初凝，此時現場技術員和工隊負責人應及時觀察溫度情況，梁頂板要保持濕潤，防止龜裂。

②在12小時后，要保持箱內一直通風，保證混凝土釋放的水化熱及時排出，不要讓箱內形成蒸籠，讓混凝土釋放的水化熱在梁體內對流、輻射，從而導致混凝土溫度過高。及時箱梁蒸汽養護時，也應保持梁腔內熱量外釋，防止梁體內外溫差過大，產生溫度應力降低箱梁壽命。

③在抽拔完橡膠棒后，通過張拉管道進行水循環散熱。張拉管道內充滿循環水，相當于把大體積混凝土分割成許多小塊，從而降低芯部水化熱溫度，進而保證芯部溫度與外界溫差過大導致梁體的龜裂。這樣既能保證混凝土釋放的水化熱及時通過管道循環水排出，達到混凝土溫度降低的目的，還能保證張拉管道內部因水化熱不能及時排出導致出現的管道內部龜裂。循環水通過張拉孔道把箱梁大體積混凝土“分割”成數個小塊，水化熱被無限“分割”而無法聚集形成高溫，同時循環水在循環過程中帶走混凝土水化熱，有效降低箱梁混凝土芯部溫度，有效降低混凝土芯部、表面、環境三者之間的溫差，從而達到降低溫度應力對箱梁質量、壽命的負面影響。

④水循環裝置設置簡單，可操作，本文論述操作要點。高速鐵路預制簡支箱梁常見跨度24m、32m，利用箱梁端頭模模板，模板錨墊板預留孔洞與自制水龍頭相接，即可實現箱梁預應力孔道水循環。自制水龍頭采用電磁石制作，與端頭模模板預留孔洞對接后，開動電磁石確保水流能順利進出孔道。也可單獨制作養護裝置（根據孔道位置，安裝好自制水龍頭），用行吊把養護裝置就位，啟動電磁石，實現水循環。電磁石與箱梁預埋錨墊板通過電磁石強勁吸引力確保連接緊密。

參考文獻：

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