混凝土水化熱溫度試驗

雷邦慶

摘 要：本文分析了溫度應(yīng)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(guī)律及特點，并提出了避免這種開裂的建議及防止病害發(fā)生的對策措施。

關(guān)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(jié)構(gòu)中，而且在混凝土箱梁結(jié)構(gòu)中也不可忽視，有必要深入研究箱梁水化熱溫度的發(fā)展規(guī)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(guī)律及特點，并提出了避免這種崩裂的建議及防止病害發(fā)生的對策措施。

一、橋梁大體積混凝土溫度裂縫產(chǎn)生的機理

箱形梁混凝土的水化熱溫度發(fā)展規(guī)律與大體積混凝土結(jié)構(gòu)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(zhì)量考慮不宜設(shè)冷卻管等水工結(jié)構(gòu)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(nèi)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(yù)應(yīng)力混凝土箱形橋梁大都因溫差應(yīng)力而損壞。隨著預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋的跨度增大，溫度應(yīng)力可以達到甚至超過由活載引起的應(yīng)力， 溫度對混凝土結(jié)構(gòu)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(shè)計的大橋，全橋由三聯(lián)組成：主橋為 （58+102.25+63）m連續(xù)剛構(gòu)橋。該工程設(shè)計橋?qū)?2.0m，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(xiàn)澆段梁高3.0 m，腹板厚4O～70 cm，底板厚30～80 cm，設(shè)支點橫隔板，不設(shè)跨中橫隔板。箱梁采用C50混凝土，三向預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，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(shè)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(jù)水化熱溫度理論及以往的測試經(jīng)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(fā)現(xiàn)環(huán)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(yīng)， 放出大量的熱， 各測點的溫度開始上升。

三、 溫度分布規(guī)律與分析

根據(jù)實際現(xiàn)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(qū)、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(jù)溫度測試結(jié)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(jié)果不難發(fā)現(xiàn)，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(huán)境溫度相同時大約需4～5天，并且箱梁水化熱溫度的發(fā)展與大體積混凝土水化熱溫度規(guī)律相似。 本橋箱梁混凝土的水化熱溫度隨混凝土齡期發(fā)展經(jīng)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(yīng)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(nèi)部峰值溫度為52. 3～71. 7 ℃。高峰值溫度出現(xiàn)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(fā)。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(guī)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(yǎng)護，故水化熱溫度較低，溫度下降較快；底板的木模板導(dǎo)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(diào)平連續(xù)鋼構(gòu)橋，主跨達102米，箱梁內(nèi)模有支撐構(gòu)件，內(nèi)模所包圍空間內(nèi)空氣不易流通；木模導(dǎo)熱性較差導(dǎo)致腹板熱量在三個方向均不易散發(fā)，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(fā)現(xiàn)裂縫。這一方面是由于上述木模不易散熱，另外，施工季節(jié)為夏季，環(huán)境溫度較高，對混凝土外表面的“降溫沖擊”效果不明顯。

依據(jù)以上實測結(jié)果可知，梁體溫度與環(huán)境溫度相差可達到40 ℃以上，如此大的溫差會導(dǎo)致拆模時，在板表面形成很大的拉應(yīng)力，容易產(chǎn)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(yǎng)護以控制溫度裂縫。

溫度控制的目的是控制溫度應(yīng)力，使混凝土的最大拉應(yīng)力控制在允許范圍之內(nèi)，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(shù)，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(chǎn)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(jié)約水泥用量的混凝土配合比設(shè)計方法。

增設(shè)防裂鋼筋 增配構(gòu)造鋼筋，提高抗裂性能，根據(jù)結(jié)構(gòu)性能要求配置小直徑、小間距的構(gòu)造鋼筋。避免結(jié)構(gòu)突變產(chǎn)生應(yīng)力集中，在易產(chǎn)生應(yīng)力集中的薄弱環(huán)節(jié)采取加強措施。

混凝土內(nèi)部溫度達到峰值后，降溫階段最容易出現(xiàn)裂縫，加強表面的保溫蓄熱養(yǎng)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(nèi)外溫差的目的。所以，混凝土澆注完畢后，及時按規(guī)范要求進行養(yǎng)生，盡可能降低混凝土內(nèi)部、外表、外界環(huán)境的溫度梯度，防止混凝土溫度收縮裂縫的發(fā)生。endprint