熱帶地區(qū)預(yù)制箱梁混凝土溫控研究

張文學(xué)

摘要：本文以印尼雅萬高鐵1號制梁場預(yù)制箱梁混凝土溫控監(jiān)測為切入點，通過對預(yù)制箱梁混凝土溫控布點，利用計算機進行數(shù)據(jù)監(jiān)測及分析，記錄預(yù)制箱梁混凝土芯部、表面、環(huán)境及內(nèi)外模板的溫度變化，總結(jié)混凝土溫升規(guī)律，為熱帶地區(qū)預(yù)制箱梁混凝土溫控提供借鑒。

Abstract： This paper takes the temperature control monitoring of precast concrete box girder of No.1 beam of Indonesian Yawan high-speed rail as the entry point. Through the temperature control of the precast box girder concrete， the computer monitors and analyzes the data， records the temperature changes of the core， surface， environment and internal and external templates of the precast box girder， summarizes the temperature rise law of the concrete to provide reference for precast concrete box concrete temperature control in the tropics.

關(guān)鍵詞：雅萬高鐵;熱帶地區(qū);預(yù)制箱梁;溫控監(jiān)測

Key words： Yawan high-speed rail;tropical area;prefabricated box girder;temperature control monitoring

中圖分類號：TU528? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）33-0148-03

0? 引言

預(yù)制箱梁在高鐵上應(yīng)用十分廣泛，在高鐵建設(shè)中發(fā)揮著極其重要的作用。預(yù)制箱梁混凝土屬于高性能混凝土，主要特點包括強度等級高、預(yù)應(yīng)力高、早期強度高等。由于預(yù)制箱梁混凝土膠凝材料用量比較高，水泥早期水化熱大，梁體內(nèi)部溫度高，如果缺乏有效的溫控措施，容易產(chǎn)生溫度裂縫，從而影響預(yù)制箱梁質(zhì)量。

1? 工程背景

印尼雅萬高鐵是我國“一帶一路”的重要工程，是中國高鐵走向世界的一個平臺，雅萬高鐵1號制梁場承擔(dān)了全線1016榀預(yù)制箱梁的生產(chǎn)和架設(shè)，控制好預(yù)制箱梁質(zhì)量、建設(shè)精品工程，對每一個建設(shè)者來說都是一項極為重要的工作。印尼是比較典型的熱帶雨林氣候，只有雨季和旱季，月平均氣溫均在25℃以上，晝夜溫差在10～15℃范圍內(nèi)，在熱帶地區(qū)進行預(yù)制箱梁混凝土澆筑，混凝土溫控極為重要。

1.1 混凝土配合比

印尼當(dāng)?shù)責(zé)o合格的礦渣粉，因此混凝土配合比采用單摻粉煤灰，雅萬高鐵1號制梁場預(yù)制箱梁混凝土強度等級為C50，混凝土配合比如下：

1.2 溫控監(jiān)測設(shè)備功能

本次試驗測溫設(shè)備采用的是長沙三智電子科技有限公司生產(chǎn)的振弦式傳感器自動化無線測溫系統(tǒng)（規(guī)格型號：SZDQ-WT），主要配置包括自動采集儀、無線遙控主機、溫度傳感器、轉(zhuǎn)接線、天線及系統(tǒng)軟件等，主要監(jiān)測混凝土芯部溫度、混凝土表面溫度、模板表面溫度和環(huán)境溫度。該測溫設(shè)備工作原理為測溫探頭經(jīng)過數(shù)據(jù)線，將測量數(shù)據(jù)傳輸給測溫現(xiàn)場數(shù)據(jù)存儲器，經(jīng)過現(xiàn)場發(fā)射裝置將數(shù)據(jù)傳輸給試驗室監(jiān)測接收器，接收器和無線遙控主機把數(shù)據(jù)傳輸給電腦并自動記錄、存儲監(jiān)測數(shù)據(jù)。測溫系統(tǒng)設(shè)置為1h自動測量并存儲模式，混凝土入倉階段設(shè)定混凝土溫度測定探頭的上限值為35℃，待箱梁混凝土全部澆筑完成以后，所有溫度探頭設(shè)定的測定上限值為65℃。在實體監(jiān)測過程中，當(dāng)溫度超過上限設(shè)定值時，設(shè)備數(shù)據(jù)顯示為高亮紅色且有報警，以提醒監(jiān)測人員對測溫探頭報警位置加強觀測。

1.3 測溫點布設(shè)

每榀預(yù)制梁箱共設(shè)11個測溫點：2、4、10、12點測芯部溫度，1、3、9、11點測表層溫度，5、6點測蒸餾環(huán)境溫度，7點測預(yù)應(yīng)力孔道溫度。即1點-小里程端頂板表層，2點-小里程端頂板芯部，3點-小里程端底腹板交接處頂部，4點-小里程端底腹板交接處芯部，5點-小里程頂板表層環(huán)境，6點-小里程端箱內(nèi)溫度，7點-小里程端預(yù)應(yīng)力孔道溫度，9點-大里程端頂板表層，10點-大里程端頂板芯部，11點-小里程端底板表層，12點-小里程端底板芯部。測溫點布設(shè)圖如圖1。

1.4 預(yù)制箱梁混凝土溫控要求

預(yù)制箱梁養(yǎng)護期間混凝土芯部溫度不宜超過60℃，局部部位最高不應(yīng)超過65℃，任何情況下，梁體混凝土芯部與表層、表層與環(huán)境、箱內(nèi)與箱外溫差均不應(yīng)超過15℃。

1.5 注意事項

①安裝箱梁頂板及頂板下部的混凝土內(nèi)部測溫探頭時，探頭應(yīng)盡量與鋼筋籠的鋼筋綁定住，以防止?jié)仓炷習(xí)r，振搗棒將測溫探頭打碎。

②箱梁上部測溫線應(yīng)盡量從鋼筋籠內(nèi)部導(dǎo)出，防止頂面施工人員及箱梁頂面施工設(shè)備將其碰掉。

③測溫傳感器應(yīng)有編號，每一個測溫部位和編號應(yīng)該是一一對應(yīng)，以方便測溫人員在監(jiān)測過程中對數(shù)據(jù)進行識別和記錄。

④測溫傳感器與轉(zhuǎn)接線連接處應(yīng)用防水膠帶纏住，防止惡劣天氣對數(shù)據(jù)線產(chǎn)生不利影響。

⑤建造能容下現(xiàn)場測溫處理器和數(shù)據(jù)發(fā)射器的保護裝置，該保護裝置要求質(zhì)量輕，移動和固定均方便。

⑥現(xiàn)場測溫處理器及數(shù)據(jù)發(fā)射器需要穩(wěn)定電源，測量期間不能斷電，現(xiàn)場應(yīng)設(shè)置相關(guān)提示語。

⑦測溫負(fù)責(zé)人員應(yīng)實時觀察現(xiàn)場測溫數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)立即到現(xiàn)場查明原因并調(diào)整。同時，測溫人員應(yīng)及時記錄現(xiàn)場箱梁混凝土澆筑時間及其對應(yīng)的澆筑部位，以便對測溫數(shù)據(jù)進行正確分析。

⑧測溫人員需提醒現(xiàn)場施工人員，明確告知監(jiān)測點埋設(shè)位置，防止其在施工過程中對測溫設(shè)備造成損害。測溫結(jié)束后，應(yīng)及時收回測溫傳感器，以便循環(huán)利用。

2? 監(jiān)測結(jié)果與分析

混凝土內(nèi)部溫度發(fā)展經(jīng)歷平穩(wěn)上升、急劇上升、平穩(wěn)上升、平穩(wěn)下降、基本穩(wěn)定5個階段，預(yù)制箱梁的溫度監(jiān)測從混凝土澆筑完成后開始進行，直至溫度穩(wěn)定時結(jié)束。通過對混凝土的溫控監(jiān)測，掌握混凝土溫度發(fā)展規(guī)律，合理控制預(yù)制箱梁拆模、張拉和養(yǎng)護時間。圖2為預(yù)制箱梁混凝土溫度發(fā)展趨勢圖。

從混凝土溫度監(jiān)測結(jié)果分析，芯部混凝土自開始澆筑到第10h時間段內(nèi)，溫度由29℃上升到35℃，整體溫度趨于平穩(wěn)，變化不大。此時間段內(nèi)主要影響溫度變化的原因為環(huán)境和結(jié)構(gòu)設(shè)計所致，此階段為混凝土芯部溫度“平穩(wěn)上升”階段。在10h～12h時間段內(nèi)溫度由35℃升高到45℃，升溫速率為5℃/h，溫度上升劇烈，變化幅度大，升溫速率高。分析影響此階段溫度變化的主要原因是混凝土水化熱反應(yīng)，此階段為混凝土芯部溫度“急劇上升”階段。在12h～28h時間段內(nèi)溫度由45℃升高到62℃，升溫速率為1℃/h，溫度繼續(xù)上升，有一定的變化幅度，升溫速率較慢。分析影響此階段的溫度增長主要原因為混凝土水化反應(yīng)以及模具結(jié)構(gòu)所致，此階段為混凝土芯部溫度“平穩(wěn)上升”階段。在28h～30h時間段內(nèi)溫度基本穩(wěn)定且一直保持在60℃左右，此階段為混凝土芯部溫度保持階段，溫度達到最高值。在30h～50h時間段內(nèi)溫度由60℃降低到41℃，溫度降低速率為1℃/h，降溫速率低，降溫效果緩慢，分析影響此階段混凝土芯部溫度變化的主要原因有現(xiàn)場環(huán)境和箱梁相關(guān)降溫措施，此階段為混凝土芯部溫度“平穩(wěn)下降”階段。在50h之后，箱梁混凝土溫度基本穩(wěn)定，此階段為混凝土溫度“穩(wěn)定階段”。

通過混凝土芯部溫度監(jiān)測結(jié)果可以得出以下結(jié)論：①混凝土芯部溫度在澆筑結(jié)束后至10h內(nèi)屬于水化熱反應(yīng)誘導(dǎo)期，這一時間段內(nèi)水化反應(yīng)緩慢，升溫速率較低，溫度變化不大。在這一段時間內(nèi)硅酸鹽水泥漿體始終保持塑性，并逐漸向終凝狀態(tài)發(fā)展，10h后混凝土達到終凝狀態(tài)，誘導(dǎo)期結(jié)束。②混凝土芯部溫度在10h～12h內(nèi)屬于水化熱反應(yīng)加速期，此時間段內(nèi)水化反應(yīng)劇烈，升溫速率明顯提高，此時混凝土終凝已過，開始硬化。③混凝土芯部溫度在12h～28h內(nèi)屬于水化熱反應(yīng)減速期，這一時間段內(nèi)水化反應(yīng)升溫速率隨著時間而下降，但是混凝土整體溫度還是屬于上升階段，此時混凝土水化作用仍在進行。④混凝土芯部溫度在28h～30h內(nèi)屬于水化熱反應(yīng)穩(wěn)定期，反應(yīng)速率很低，混凝土溫度基本穩(wěn)定。此階段水化作用發(fā)展緩慢。⑤混凝土芯部溫度穩(wěn)定期過后，箱梁整體溫度呈現(xiàn)緩慢下降趨勢，主要影響因素包括現(xiàn)場環(huán)境以及施工采用降溫手段。

預(yù)制箱梁混凝土拆模溫度要求為混凝土芯部溫度與其表面溫度差值≤15℃，混凝土表面溫度與環(huán)境溫度差值≤15℃。梁體混凝土芯部溫度與表層，表層與環(huán)境溫差控制要求為不大于15℃，是為了防止混凝土由于內(nèi)外溫差而產(chǎn)生溫度應(yīng)力造成梁體混凝土產(chǎn)生裂紋。通過溫度監(jiān)測可以看出，混凝土芯部與表面溫差最大值為20℃，發(fā)生時間在芯部溫度達到最高峰的時段，混凝土表面與環(huán)境溫差最大為17℃，發(fā)生時間在夜間溫度相對較低的時段，因此在這兩個時段都不宜進行拆模施工。

3? 混凝土熱工計算驗證

試驗人員檢測混凝土的入倉平均溫度為31℃，根據(jù)預(yù)制箱梁混凝土中心溫度最高值經(jīng)驗公式Tmax=Tj+W/β（Tmax=混凝土中心溫度最高值，Tj=混凝土入倉溫度值，W=混凝土配合比水泥用量，β=經(jīng)驗系數(shù)，這里取11）計算得出Tmax=64℃。實際測量混凝土芯部溫度最高值為62℃，理論值與實際值的差值為2℃，可見此經(jīng)驗公式較為準(zhǔn)確，為以后的預(yù)制箱梁施工與養(yǎng)護提供了一定的技術(shù)支持。

4? 試驗總結(jié)

本次預(yù)制箱梁溫控監(jiān)測以中國水利水電第八工程局有限公司雅萬高鐵1號制梁場預(yù)制箱梁生產(chǎn)現(xiàn)場為監(jiān)測基礎(chǔ)，共計監(jiān)測50榀預(yù)制箱梁溫度發(fā)展情況，數(shù)據(jù)真實可靠。

①通過不斷監(jiān)測預(yù)制箱梁混凝土芯部溫度發(fā)展后，得出預(yù)制箱梁腹板芯部混凝土在按照上表的C50配合比拌制澆筑后，芯部混凝土溫度從施工開始到達到最高溫度需要的時間在28h～30h，芯部混凝土溫度最高值范圍在59～62℃之間，設(shè)計芯部混凝土警戒溫度為60℃，因此在熱帶地區(qū)進行預(yù)制箱梁生產(chǎn)時應(yīng)加強溫度監(jiān)測及溫度過高時的處理措施。

②預(yù)制箱梁混凝土溫度發(fā)展主要分5個階段，分別是混凝土芯部溫度“平穩(wěn)上升”階段，混凝土芯部溫度“急劇上升”階段，混凝土芯部溫度“平穩(wěn)上升”階段，混凝土芯部溫度“平穩(wěn)下降”階段和混凝土芯部溫度“穩(wěn)定階段”。

③混凝土水化熱放熱速率和其凝結(jié)狀態(tài)有一定的聯(lián)系，混凝土在初凝和終凝時間段內(nèi)，水化熱放熱速率最大，溫度增長速率高，混凝土升溫明顯。

④混凝土芯部溫度與混凝土表面溫度差值，混凝土表面溫度與環(huán)境溫度差值均需要一定的時間才能達到穩(wěn)定且達到箱梁拆模要求，印尼雅萬高鐵1號制梁場所在地區(qū)預(yù)制箱梁拆模時間一般在混凝土澆筑完成后45h～50h為宜。

⑤預(yù)制箱梁不能僅僅根據(jù)混凝土強度來決定拆模時間，應(yīng)設(shè)立專門負(fù)責(zé)人員進行溫度觀測并記錄，在混凝土達到設(shè)計強度并且溫差符合≤15℃的要求后方可進行拆模，一般不應(yīng)在早晚進行拆模，應(yīng)選擇白天氣溫較高的時候拆模。

5? 熱帶地區(qū)預(yù)制箱梁混凝土降溫措施

印尼屬于熱帶雨林氣候，晝夜溫差在10～15℃，白天最高氣溫超過35℃，在進行預(yù)制箱梁混凝土澆筑的時候，應(yīng)做好相應(yīng)的溫控措施。

①控制混凝土拌和物原材料溫度，骨料堆放處應(yīng)該設(shè)置半封閉式料棚，通過地面適當(dāng)灑水等方法盡量降低棚內(nèi)溫度。混凝土拌合過程中可以用一部分冰屑與拌和用水混合，以降低拌和用水溫度來達到降低混凝土拌和物出機溫度的目的。水泥宜選用低熱水泥并合理降低水泥用量，降低混凝土水化熱。

②澆筑時間宜選擇溫度較低且穩(wěn)定的時間段，宜在下午6點以后開始澆筑，既可避開模板、鋼筋的高溫時期，同時在一定程度上降低了混凝土拌和物的入倉溫度，有利于降低箱梁混凝土的最高溫度值。

③預(yù)制箱梁澆筑完成后應(yīng)及時用土工布覆蓋并進行灑水降溫，灑水頻率宜保持在1次/h內(nèi)。為加快混凝土水化熱的散發(fā)，箱梁內(nèi)腔端口處可安設(shè)通風(fēng)機吹風(fēng)，通過風(fēng)的流動，降低箱梁內(nèi)腔環(huán)境溫度。混凝土降溫過程應(yīng)緩慢進行，充分發(fā)揮其徐變特性，減小溫度應(yīng)力。

④根據(jù)預(yù)制箱梁施工澆筑的不同部位，采取分層或分塊的澆筑方式，改善約束條件，消減溫度應(yīng)力。減少每次澆筑長度的蓄熱量，防止水化熱的積聚。

⑤粗骨料級配擇優(yōu)選擇，嚴(yán)格控制骨料含泥量，混凝土振搗應(yīng)該充分，加強混凝土結(jié)構(gòu)的密實性和抗拉強度，減少收縮變形，避免溫度應(yīng)力等原因造成裂縫。

6? 結(jié)語

本次測溫工作共對印尼雅萬高鐵1號制梁場的50榀預(yù)制箱梁進行溫度監(jiān)測，一定程度上驗證了以上結(jié)論，提供了必要的分析數(shù)據(jù)，對所得的試驗結(jié)論提供了有力的支持。混凝土施工過程中，影響溫度發(fā)展的因素較多，溫度變化十分復(fù)雜，需要長期觀察，分析所得數(shù)據(jù)，實時總結(jié)溫度發(fā)展規(guī)律，及時制定降溫措施，以確保預(yù)制箱梁的質(zhì)量。

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