客運(yùn)專線預(yù)制箱梁水化熱研究與溫度監(jiān)控

陳明明

(陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西渭南 714000)

鐵路客運(yùn)專線32 m箱梁預(yù)制過程中，由于混凝土梁的體積較大，大量的水化熱聚積在混凝土內(nèi)部而不易散發(fā)，導(dǎo)致內(nèi)部溫度急劇上升，而混凝土表面散熱較快，使得混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)外出現(xiàn)較大的溫差，這些溫差造成內(nèi)部與外部熱脹冷縮的程度不同，使混凝土表面產(chǎn)生一定的拉應(yīng)力。當(dāng)拉應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度極限時(shí)，混凝土表面就會產(chǎn)生裂縫。研究大體積預(yù)制梁混凝土水化熱的變化規(guī)律和控制方法就成為大體積梁體施工中質(zhì)量控制的一個(gè)突出問題。

本文結(jié)合鄭西鐵路客運(yùn)專線澠池制梁場32 m預(yù)制箱梁混凝土澆筑后的溫度監(jiān)控，研究了箱梁混凝土的水化熱規(guī)律，根據(jù)測控結(jié)果提出了降低箱梁混凝土水化熱的相應(yīng)措施。

1 工程背景

澠池制梁場位于鄭西鐵路客運(yùn)專線Dk187+885～Dk188+472線路右側(cè)，承擔(dān)618榀32 m梁、2榀24 m梁的施工任務(wù)。箱梁截面類型為單箱單室等高度簡支箱梁，梁端頂板、底板及腹板局部向內(nèi)側(cè)加厚，設(shè)計(jì)混凝土方量328 m3。

箱梁混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度50 MPa，按配合比設(shè)計(jì)，每立方混凝土材料用量為:水泥(黃河同力P.O42.5)300 kg，砂(河南三門峽洛河 II區(qū)中砂)696 kg，碎石(河南三門峽東山5～25 mm碎石)1 088 kg，水146 kg，減水劑(山東聯(lián)強(qiáng)外加劑廠生產(chǎn)的聚羧酸高效減水劑)70 kg，粉煤灰(三門峽熱電廠生產(chǎn)的粉煤灰)85 kg，礦渣粉(長治鋼鐵瑞昌水泥有限公司生產(chǎn)的?；郀t礦渣粉)85 kg。

2 研究方法

為了解大體積預(yù)制梁水化熱的變化規(guī)律，必須測量預(yù)制梁體內(nèi)部各個(gè)有代表性部位的溫度變化。通過分析其溫度變化的規(guī)律，制定相應(yīng)的控制措施，保證梁體的施工質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求。

澠池制梁場在首孔箱梁混凝土的跨中及端部預(yù)埋了28個(gè)溫度傳感器，對梁體灌筑后混凝土水化熱溫度隨時(shí)間變化情況進(jìn)行了測量，采用QQL—Ⅱ型多通道梁體溫度養(yǎng)護(hù)控制器進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集和記錄。溫度傳感器及采集數(shù)據(jù)傳輸線在梁體的混凝土澆筑前用膠帶固定在梁體各預(yù)定測溫點(diǎn)的梁體鋼筋上，水化熱溫度測量及記錄從混凝土灌筑完成開始，共持續(xù)了約145 h。由澠池制梁場試驗(yàn)室的試驗(yàn)員及時(shí)的將溫度控制器記錄、打印的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理。試驗(yàn)箱梁水化熱溫度測點(diǎn)布置見圖1。蒸養(yǎng)棚內(nèi)環(huán)境溫度測點(diǎn)布置見圖2。

3 測試結(jié)果與分析

3.1 試驗(yàn)箱梁跨中截面各測點(diǎn)水化熱溫度曲線

如圖3所示。

3.2 試驗(yàn)箱梁端部截面測點(diǎn)水化熱溫度曲線

如圖4所示。

根據(jù)梁體混凝土水化熱溫度隨時(shí)間變化的測試結(jié)果，水化熱溫度在混凝土開盤后31 h左右達(dá)到最高值，最高值為53.1℃，最先出現(xiàn)在梁端腹板芯部。梁體跨中截面腹板上部變截面處的水化熱溫度在37.5 h達(dá)到52.5℃的最高值。

圖1 試驗(yàn)箱梁內(nèi)埋溫度測點(diǎn)布置圖(單位:mm)

圖2 試驗(yàn)箱梁蒸養(yǎng)棚內(nèi)環(huán)境溫度測點(diǎn)布置圖(單位:mm)

梁體跨中截面頂板、腹板、底板混凝土芯部的最高溫度分別約為52.5℃、42.1℃和33.8℃;端部截面頂板、腹板、底板混凝土芯部的最高溫度分別為52.7℃、53.1℃和47.4℃。箱梁底板混凝土水化熱溫度相對較低，高溫持續(xù)時(shí)間相對較短;腹板和頂板混凝土水化熱溫度相對較高，高溫持續(xù)時(shí)間相對較長。

試驗(yàn)箱梁跨中截面各測點(diǎn)水化熱溫度最高值及梁端截面各測點(diǎn)水化熱溫度最高值見表1。

圖3 試驗(yàn)箱梁跨中截面各測點(diǎn)的水化熱溫度變化曲線

續(xù)圖4 試驗(yàn)箱梁端部截面各測點(diǎn)的水化熱溫度變化曲線

4 總結(jié)

表1 各測點(diǎn)水化熱溫度最高值

初步研究表明，混凝土內(nèi)部的溫度與混凝土厚度及水泥品種、用量有關(guān)。混凝土越厚，水泥用量越大，水化熱越高的水泥，其內(nèi)部溫度越高，形成溫度應(yīng)力越大，產(chǎn)生裂縫的可能性越大。對于大體積混凝土，其形成的溫度應(yīng)力與其結(jié)構(gòu)尺寸相關(guān)，在一定尺寸范圍內(nèi)，混凝土結(jié)構(gòu)尺寸越大，溫度應(yīng)力也越大，因而引起裂縫的危險(xiǎn)性也越大，這就是大體積混凝土易產(chǎn)生溫度裂縫的主要原因。因此防止大體積混凝土出現(xiàn)裂縫最根本的措施就是控制混凝土內(nèi)部和表面的溫度差。

厚度超過1.0 m的箱梁節(jié)段腹板的高強(qiáng)混凝土，其內(nèi)部最高溫度約為55℃左右;其水化熱的溫度曲線具有一般大體積混凝土的特征。因此，對于箱梁高強(qiáng)混凝土的施工，一定要采取有效的工程措施，降低內(nèi)部最高溫度和良好的混凝土養(yǎng)生方法，以防止混凝土由于內(nèi)部和表面溫差過大而產(chǎn)生表面裂縫，同時(shí)也保證高強(qiáng)混凝土的后期強(qiáng)度。

［1］徐仁祥.建筑施工手冊(2)［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2003.

［2］葉琳昌，沈 義.大體積混凝土施工［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，1987.

［3］陳肇元，朱金銓，吳佩剛.高強(qiáng)混凝土及應(yīng)用［M］.北京:清華大學(xué)出版社，1992.

［4］王鐵夢.工程裂縫結(jié)構(gòu)控制［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，1997.

［5］李方東.客運(yùn)專線箱梁混凝土水化熱溫度監(jiān)控研究［J］.鐵道建筑技術(shù)，2009(S1).