高速鐵路橋梁工程大體積高性能混凝土施工溫度控制措施探討

1、客運專線橋梁工程大體積高性能混凝土施工溫度控制措施探討導讀客運專線建設(shè)中，大體積耐久性混凝土被廣泛應用，因為耐久性的要求客運專線混凝土驗收規(guī)范中有著目前各類工程中最嚴格的溫度控制標準。高性能混凝土施工溫度控制措施探討馬瑞華（中鐵十七局集團 ， 山西太原 ， 030006）摘要：客運專線建設(shè)中，大體積耐久性混凝土被廣泛應用，因為耐久性的要求客運專線混凝土驗收規(guī)范中有著目前各類工程中最嚴格的溫度控制標準。本文以鄭西線橋梁工程為例，對施工中的溫度控制進行了探討，本文對溫度控制中的計算和實測的溫度值以及采用的工程措施，這些數(shù)據(jù)和經(jīng)驗對其他客專建設(shè)有一定的借鑒和參考價值。 關(guān)鍵詞：客專； 橋梁； 大體積

2、混凝土； 溫度控制一、概述目前在客運專線建設(shè)中，由于無砟軌道對工后沉降的要求，橋梁工程的比例很大，幾公里乃至幾十公里的大型橋梁工程越來越多。以我們擔負施工的鄭西客專11標為例，線路全長50.245公里，橋梁長45公里，橋梁所占比例90%，梁部主要以32米簡支箱梁為主，配以主跨40米、48米、90米、120米連續(xù)梁，承臺尺寸以7.5×12×3.5m(承臺有加臺1m 為主，最大尺寸為22.2×22.2×4m，橋墩最小截面尺寸6.8×3.1m，預制簡支箱梁最大厚度為1.08m 。按照客運專線鐵路橋涵工程施工技術(shù)指南及客運專線高性能混凝土暫行技術(shù)條件的

3、判斷標準，以上承臺、墩身及預制梁均屬于大體積混凝土，而客運專線橋梁設(shè)計使用年限長，耐久性要求高，可見在客運專線橋梁工程中，大體積混凝土、耐久性混凝土被廣泛應用。大體積混凝土必須采取必要的降溫防裂措施，大體積混凝土開裂的主要原因是混凝土內(nèi)外較大的溫差造成的溫度裂縫，而溫度裂縫主要由混凝土水化熱引起，混凝土水化熱引起的溫度裂縫大多發(fā)生在結(jié)構(gòu)施工初期，寬度較大且貫通裂縫比較多，對結(jié)構(gòu)耐久性、透水性會產(chǎn)生嚴重影響。因此，客專橋梁的高性能、大體積混凝土的施工溫度控制及溫度裂縫已成為施工質(zhì)量控制的難點和關(guān)鍵環(huán)節(jié)。二、大體積混凝土的溫度裂縫原因分析及溫控標準1、大體積混凝土的溫度裂紋成因分析?；炷亮芽p產(chǎn)生

4、的原因主要有干縮裂縫，溫度裂縫，鋼筋銹蝕裂縫，鋼筋銹蝕裂縫，堿-骨料反應裂縫，超載裂縫等，而大體積混凝土的溫度裂縫主要由混凝土水化熱引起的。目前溫度裂縫產(chǎn)生主要原因是由溫差造成的。溫差可分為以下三種：混凝土澆注初期，產(chǎn)生大量的水化熱，由于混凝土是熱的不良導體，水化熱積聚在混凝土內(nèi)部不易散發(fā)，常使混凝土內(nèi)部溫度上升，而混凝土表面溫度為室外環(huán)境溫度，這就形成了內(nèi)外溫差，這種內(nèi)外溫差在混凝土凝結(jié)初期產(chǎn)生的拉應力當超過混凝土抗拉強度時，就會導致混凝土裂縫；另外，在混凝土的降溫期拆模前后，表面溫度降低很快，造成了溫度陡降，也會導致裂縫的產(chǎn)生；當混凝土內(nèi)部達到最高溫度后，熱量逐漸散發(fā)而達到使用溫度或最低溫

5、度，它們與最高溫度的差值就是內(nèi)部溫差；這三種溫差都會產(chǎn)生溫度裂縫。在這三種溫差中，較為主要是由水化熱引起的內(nèi)外溫差。2、客運專線橋梁工程大體積混凝土的溫度控制標準。針對以上溫度裂紋產(chǎn)生的原因，為控制大體積混凝土的溫度裂紋，不同的規(guī)范、不同工程給出了不盡相同的溫度控制標準?？瓦\專線鐵路橋涵工程施工技術(shù)指南（TZ213-2005）、客運專線高性能混凝土暫行技術(shù)條件及鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗收補充標準（鐵建設(shè)2005160號）界定了大體積混凝土的最小斷面尺寸及溫度控制標準。鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗收補充標準對溫控標準做了如下規(guī)定： 混凝土養(yǎng)護期間，混凝土內(nèi)部最高溫度不宜超過65，混凝土內(nèi)部溫度與表面

6、溫度之差、表面溫度與環(huán)境溫度之差不宜大于20（墩臺梁體混凝土不宜大于15），養(yǎng)護用水溫度與混凝土表面溫度之差不得大于15。蒸汽養(yǎng)護時：蒸汽養(yǎng)護分為靜停、升溫、恒溫、降溫四個階段。靜停期間應保持環(huán)境溫度不低于5，混凝土澆筑完成4-6h 后方可升溫。升溫、降溫速度不得大于10/h，恒溫期間混凝土內(nèi)部溫度不宜超過60，最高不得大于65；蒸養(yǎng)結(jié)束后，應及時采取措施，繼續(xù)對混凝土進行保溫保濕自然養(yǎng)護，其中大體積混凝土養(yǎng)護時間不宜小于28d 。拆模時混凝土芯部與表層、表層與環(huán)境之間的溫差不得大于20（墩臺、梁體芯部混凝土與表層混凝土之間、表層混凝土與環(huán)境之間以及箱梁腹板內(nèi)外側(cè)之間的溫差均不得大于15）?；?/p>

7、凝土內(nèi)部開始降溫前不得拆模?？瓦\專線高性能混凝土暫行技術(shù)條件規(guī)定如下：混凝土入模溫度宜控制在530；新澆筑混凝土與鄰接的已硬化的混凝土或巖土介質(zhì)間澆筑時的溫差不得大于15。養(yǎng)護時混凝土的芯部與表層、表層與環(huán)境之間的溫差不宜超過20（截面較為復雜時，不宜超過15）。公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范（JTJ041-2000）中給出了內(nèi)外溫差為25的控制標準，文獻6中對高性能混凝土也給出了25的標準，在文獻7中，蘇通大橋經(jīng)過論證采用了以下標準：混凝土的內(nèi)表溫差應小于25；混凝土上下層溫差小于19；混凝土的澆筑溫差小于T+4（T 為澆筑期平均氣溫），混凝土最高溫升不超過35；控制降溫速度在2/d左右?？梢?，不管對

8、于內(nèi)外溫差限值、降溫速度限值等主要控制指標，鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗收補充標準的規(guī)定都最為嚴格，實際施工實際中也最難以達到。三、客運專線橋梁大體積混凝土的溫控計算根據(jù)規(guī)范和標準中給出的溫度控制標準，具體施工中必須根據(jù)計算和實測溫度值，以此來決定采取何種的工程措施，以保證工程質(zhì)量?？瓦\專線橋梁的承臺、墩身、預制箱梁截面尺寸基本相同，針對簡支梁等截面墩身、承臺及32m 預制箱梁，對混凝土施工過程中的溫度計算如下：1、客專橋梁工程混凝土內(nèi)部絕熱升溫計算。客專橋梁工程的承臺、橋墩一般采用C30混凝土，梁部采用C50混凝土?？刹扇∠率浇朴嬎愦篌w積混凝土內(nèi)部最高溫度：Tm=W0C+F(50W ：每方水泥

9、用量（/m3）；F: 每方混凝土中粉煤灰用量（kg/m3）；0：水泥28天水化熱，我們在鄭西客專中選用了陜西社會水泥廠P·O 42.5R 水泥，水化熱為350J/g；C ：混凝土比熱取0.96KJ/kg·；：混凝土的密度2400（由配合比確定）；：不同厚度的澆筑塊散熱系數(shù)；以我們在鄭西線中的配合比為例進行計算，C30混凝土配合比為：1：2.89：4.33：0.61：0.47：0.014，每方混凝土中水泥用量255 kg，細骨料736 kg，粗骨料1103 kg，粉煤灰120 kg，水155 kg，外加劑3.56 kg。C50混凝土配合比為：1：2.23：3.36：0.26：

10、0.24：0.016，每方混凝土中水泥用量330kg ，細骨料736 kg，粗骨料1110 kg，粉煤灰85 kg，礦粉80 kg，水108kg ，外加劑5.445 kg。普通簡支梁等截面橋墩混凝土厚度為3.1m ，取等于0.73則： Tm=W0c+F/50=255×3500.98×2400×0.73120/5030 承臺厚度為3.5m 時，取等于0.83：Tm=W0c+F/50=255×3500.96×2400×0.83120/5034.5承臺厚度為4m 時，取等于0.95：Tm=W0c+F/50=255×3500.96&

11、#215;2400×0.95120/5039預制箱梁高3.5m ，最大厚度為1.08米，取值無法參照上表，根據(jù)我們施工現(xiàn)場實測反算，取值0.8時，與實測值較為吻合： Tm=W0c+F/50=330×3500.96×2400×0.885/5041.82、不同環(huán)境溫度時混凝土內(nèi)部最高溫度計算混凝土內(nèi)部最高溫度按下式計算：Tmax=T0+TmT0混凝土入模溫度（）混凝土拌合物的入模溫度按下式計算：T0=T1-Tb-TST1=0.9（WCTC+WSTS+WgTg）+4.2TW(WW-PsWs-PgWg +C1(PsWsTs+PsWsTs-C2(PsWs+PgWg

12、÷4.2Ww+0.9(Wc+Ws+WgTb=0.16(T1-Td1Ts=(t+0.032n(T2-TdT2=T1-Tb式中：T1 混凝土拌合物的溫度（）；T2混凝土從攪拌機倒出的溫度（）；Tb 混凝土在攪拌過程中的熱量損失（）；Ts 混凝土運輸至成型的溫度損失（）；Td 室外氣溫，夏季28，冬季-5；Td1攪拌棚內(nèi)溫度，夏季28，冬季10；每小時溫度損失系數(shù)，取0.25；t 混凝土運輸至成型的時間（h ）。取0.5。n 混凝土倒運次數(shù)，取1；WW 、Wc 、Ws 、Wg 水、水泥、砂、石的用量（kg ）； Tw 、Tc 、Ts 、Tg 水、水泥、砂、石的溫度（）；Ps 、Pg 砂、石

13、的含水率（%），取4%、0；C1、C2水的比熱容（KJ/kg.K）及溶解熱（KJ/kg）當骨料溫度>0時， C1=4.2,C2=0;當骨料溫度0時，C1=2.1,C2=335;因此，取部分有代表性的環(huán)境溫度，計算在不同季節(jié)內(nèi)部最高溫度，以便以此來采用相應的工程措施。四、客運專線大體積混凝土溫控的工程措施的探討根據(jù)以上溫度計算結(jié)論，不同的季節(jié)和環(huán)境溫度，從降低內(nèi)外部溫差等方面入手，從工程實際出發(fā)，具體施工中我們采用了以下工程措施：1、冬季溫控措施。（1）原材料控制。原材料控制主要措施采用加熱拌合用水為主，輔以骨料、外加劑保溫。拌合站采用兩臺4t 鍋爐加熱拌合用水，拌合用水入機溫度不低于30

14、，不高于80。粗細骨料置于暖棚內(nèi)，在暖棚內(nèi)生火爐，暖棚內(nèi)不低于5?；炷涟韬险敬钤O(shè)暖棚，攪拌時棚內(nèi)溫度不低于10，粗細骨料輸送帶用篷布包裹，減少熱量散失。在混凝土澆筑前對已綁扎好的鋼筋及支護好的模板采取搭棚保溫，保證鋼筋及模板的溫度。攪拌時應先投入骨料、水，充分攪拌后再投入水泥、礦物摻合料、外加劑，攪拌時間以最后一種材料投入攪拌機內(nèi)開始計算，攪拌時間一般較正常溫度下延長50%左右（2分鐘）。輸水管、送料帶、混凝土罐車、泵車和管道采取包裹保溫措施，減少中間倒運環(huán)節(jié)縮短運輸時間，減少混凝土施工過程中的熱量散失?；炷翝仓謱舆B續(xù)澆筑，分層厚度不得小于20cm 。并盡量縮短每層澆注的分段長度，減小混

15、凝土的散熱面。（2）保溫措施及養(yǎng)生。承臺、橋墩在混凝土澆筑成型后，立即進行防寒保溫，防寒保溫措施采用暖棚法，暖棚在澆注混凝土前預先搭設(shè)，暖棚由雙層腳手架做骨架，外側(cè)使用篷布包裹，待混凝土澆注完成后頂部使用同樣方法覆蓋，在暖棚內(nèi)設(shè)置炭火加熱水的方式增溫。墩臺身要布設(shè)測溫點，安排專人對結(jié)構(gòu)物進行溫度測量，混凝土表面溫度與棚內(nèi)溫度溫差不大于20。混凝土抗壓強度達到設(shè)計強度的30%，混凝土芯部與表面，表面與環(huán)境的溫差不大于20方可拆模，當環(huán)境溫度在0以下時，待混凝土冷卻至5以下且混凝土與環(huán)境溫之間的溫差不大于15后，方可拆除模板。拆除模板時邊內(nèi)用塑料布外用棉被對拆除部分包裹，并對結(jié)構(gòu)物噴涂養(yǎng)護劑，包裹

16、時間自拆除模板時計不小于21天，同時拆除暖棚。對于22.2×22.2×4m承臺其內(nèi)部理論溫度高，散熱慢，除采取上述保溫措施之外，同時采取布設(shè)冷卻管進行降溫，散熱管采用耐腐蝕的鍍鋅鋼管。共布設(shè)3層直徑50mm 冷卻管，豎向?qū)泳?m ，水平間距1.3m ，見圖3. 承臺基坑的頂部和底部各放置一個水箱，利用高差形成的勢能完成水循環(huán)。進出水管之間用塑料管連接，在散熱管的每個出水口設(shè)置一閥門控制流量。當混凝土澆注至該層散熱管標高時，即通水散熱，單根散熱管流量按不小于1.5m3/h控制，通水時間不小于12天。預制梁冬季施工采用蒸汽養(yǎng)護，蒸汽養(yǎng)護分靜停、升溫、恒溫、降溫四個階段。在施工前

17、預設(shè)保溫養(yǎng)護棚，保溫養(yǎng)護棚保溫材料采用雙層蓬布并與梁體頂板間應保留一定凈空。在預制廠內(nèi)設(shè)置鍋爐房，安裝全自動鍋爐及其配套設(shè)備，鋪設(shè)蒸汽管道到每個生產(chǎn)臺座，并在其旁邊設(shè)置蒸汽管道出汽口，安裝專用的供氣閥，以控制蒸汽的輸送速度。梁體混凝土澆注完畢后立即用養(yǎng)護棚將其封閉，通過預通蒸汽的方法保證靜停期間棚溫不低于5，灌筑完4h 后開始升溫，升溫速度不得大于10/h，恒溫養(yǎng)護期間蒸汽溫度不超過45，混凝土芯部溫度不宜超過60；降溫速度不得大于10/h。在箱梁兩外側(cè)蓬內(nèi)、內(nèi)箱、混凝土芯部、混凝土表層各布置兩個點，安排專人連續(xù)觀測記錄，升溫階段每0.5h 觀測一次、恒溫階段每1小時觀測一次。蒸養(yǎng)期間保證梁體

18、混凝土芯部與表層、表層與環(huán)境溫差不超過15。梁體在制梁臺位蒸養(yǎng)棚內(nèi)養(yǎng)護到強度、彈性模量達到設(shè)計值的100%。為了降低溫差裂紋產(chǎn)生的可能性，拆模前進行預張拉。模板拆除后，立即噴灑養(yǎng)護劑。預應力孔道壓漿時，搭設(shè)暖棚，保證棚內(nèi)溫度在5以上，確保預應力孔道壓漿施工在正溫下進行。（3）布置測溫系統(tǒng)。為了實測溫控效果，驗證計算結(jié)果，以便現(xiàn)場控制，承臺、墩身施工中，針對不同的環(huán)境溫度，對部分承臺、墩身的溫度進行了監(jiān)測，以便調(diào)整方案。（4）溫控效果分析?；炷猎谌肽：?0小時后迅速升溫，48小時后達到最高。承臺厚3.5米芯部最高溫度為45，距承臺中心3米處最高溫度42，距承臺邊10cm 處最高溫度38，暖棚內(nèi)

19、溫度15；承臺厚4米芯部最高溫度為49，距承臺邊10cm 處最高溫度42，暖棚內(nèi)溫度15；橋墩芯部最高溫度41，距墩邊10cm 處最高溫度36，暖棚內(nèi)溫度15；箱梁芯部最高溫度為55，模下溫度最高為49，蒸養(yǎng)溫度最高為51。2、夏季溫控措施。（1）原材料控制。對水泥罐用遮陽布覆蓋并用高壓水槍向水泥罐噴水降溫，以降低水泥溫度對混凝土出機溫度的影響，水泥入機溫度不得大于40。砂、石料存放場內(nèi)用蓬布覆蓋，避免陽光直射，提前將擬用于工程的材料轉(zhuǎn)運至搭設(shè)遮陽棚的料倉內(nèi)，降低骨料進入攪拌機的溫度。拌合用水在混凝土拌合前從深井抽取，確保水溫不超過20，并在拌和站水管及水箱上加設(shè)遮陽和隔熱設(shè)施，并避免拌和用水

20、在水箱中長期存放?；炷翑嚢枵玖隙?、皮帶運輸機、攪拌機采取搭設(shè)遮陽棚遮陽，避免日光直射，攪拌根據(jù)攪拌方量選擇在一天氣溫較低的時間段進行，攪拌前對相關(guān)攪拌設(shè)備進行灑水降溫，使用時與混凝土材料接觸面不得存在附著水。盡量在滿足規(guī)范要求的前提下縮短攪拌時間。在進行混凝土攪拌前，除對骨料含水率進行測量外，還對環(huán)境溫度以及膠材、骨料、水等材料的溫度進行測量，并形成相關(guān)記錄，確?；炷脸鰴C溫度不大于 30時。采用混凝土運輸攪拌車 運輸混凝土，混凝土攪拌車在施工前停放于遮陽棚內(nèi)，以降低罐體的 溫度，在使用前用水沖洗罐體降溫。盡量縮短運輸時間，將攪拌至澆 注時間盡量控制在 1h 之內(nèi)?；炷翝仓鶕?jù)施工方量盡量

21、選擇在一 天氣溫較低的時間段進行， 在進行混凝土澆注時須進行混凝土拌和物 性能試驗以及對混凝土溫度進行測量， 混凝土入模溫度不宜高于氣溫 且不宜大于 30。模板拼裝到位后，模板周圍宜采取遮陽措施，防 止鋼模板被陽光直射。在澆注混凝土前，可采用冷水淋灑鋼模板外側(cè) 以降低模板溫度，混凝土模板和鋼筋的溫度不超過 28，但在澆筑 時不能有附著水。與混凝土接觸的各種工具、機具、設(shè)備和材料等不 要直接受到陽光曝曬，在使用之前進行適當?shù)臐駶櫪鋮s并加以遮蓋。 （2） 養(yǎng)護措施。 墩臺身在混凝土澆注完畢后， 對于混凝土的裸露面， 及時采用防水布覆蓋，并保持濕潤，防止塑性裂紋的產(chǎn)生。拆模前養(yǎng) 護期間在模板外側(cè)搭設(shè)遮陽設(shè)施，防止陽光直射模板。混凝土強度滿 足要求后可拆除模板，混凝芯部土與表層混凝土之間的溫差、表層混 凝土與環(huán)境之間的溫差小于 20時方可拆模。混凝土去除表面覆蓋 物或拆模后，對混凝土采用澆水或覆蓋灑水等措施進行保濕養(yǎng)護，保 濕養(yǎng)護期間應采取遮陽和擋風措施，以控制溫度和干熱風的影響。灑 水養(yǎng)護用自動噴水系統(tǒng)和噴霧器，濕養(yǎng)護應不間斷，不得形成干濕循 環(huán)。在混凝土表面處于潮濕狀態(tài)時，迅速采用麻布將暴露面混凝土覆 蓋，再用塑料將麻布包裹。 （3）溫控效果分析。采用前述相同的測溫方法，測得混凝土在入模 11 后 10 小時后迅速升溫，48 小時后達到最高。承臺厚 3.5 米芯部最高 溫度為 6