不同養(yǎng)護組合對連續(xù)剛構(gòu)箱梁混凝土早期溫度場的影響研究

龍龍

遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計院有限責(zé)任公司，中國·遼寧 沈陽 110166

1 引言

在混凝土工程施工中，水熱化問題是最為常見的問題，水熱化問題的出現(xiàn)會引起混凝土內(nèi)部早期溫濕度發(fā)生改變，從而產(chǎn)生混凝土溫度應(yīng)力及自收縮變形，導(dǎo)致早期裂縫問題的出現(xiàn)。而導(dǎo)致混凝土工程出現(xiàn)早期裂縫的根本原因是在混凝土初凝期沒有做好養(yǎng)護工作。在應(yīng)對混凝土早期裂縫問題上，相關(guān)人士已做了大量研究，其中，研究最多的當(dāng)屬養(yǎng)護方法的研究?；炷琉B(yǎng)護方式方法較多，養(yǎng)護方法是否合理，在很大程度上決定著混凝土結(jié)構(gòu)整體質(zhì)量，而隨著高性能混凝土的出現(xiàn)，對養(yǎng)護提出了更高的要求，尤其在連續(xù)剛構(gòu)箱梁混凝土養(yǎng)護上，傳統(tǒng)的自然養(yǎng)護法已無法滿足養(yǎng)護標(biāo)準(zhǔn)，必須根據(jù)橋梁實際情況選擇最適當(dāng)?shù)酿B(yǎng)護方法。

學(xué)者石常龍[1]結(jié)合試驗重點分析了養(yǎng)護條件對超高性能混凝土耐久性及強度的影響，研究結(jié)果表明，在開展連續(xù)剛構(gòu)箱梁混凝土施工中，合理控制箱梁截面溫度可對預(yù)防混凝土開裂、提升箱梁結(jié)構(gòu)質(zhì)量起到積極的促進作用。為進一步驗證養(yǎng)護方式選擇對混凝土早期溫度場變化的影響，論文重點分析了“模貼法＋自然養(yǎng)護法”“模貼法＋自動噴水霧法”等不同組合養(yǎng)護方法下的作用效果，以為同類型工程項目管理人員做出正確的選擇提供幫助。

2 混凝土早期溫度場理論

混凝土澆筑施工完成后，任意一點在t 時刻的瞬時溫度用T ＝f（x，y，z，t）表示。某具體時刻的瞬時溫度T 與t時刻坐標(biāo)空間相關(guān)。假定混凝土質(zhì)量為均質(zhì)，在混凝土熱傳導(dǎo)中，由Fourier 熱傳導(dǎo)理論總結(jié)為：

式中：λ 為混凝土導(dǎo)熱系數(shù)，kJ/（m·h·℃）；qx標(biāo)志通過x 軸方向單位時間、面積的熱量，kJ/m2。參考熱量平衡原理可得：

在絕熱條件下，水化作用會使混凝土內(nèi)部溫度上升，上升速度可用下式表示：

式中：θ 表示混凝土絕熱溫升；Q 表示單位時間內(nèi)單位體積水泥水化作用下的熱量產(chǎn)出；W 表示單位體積混凝土水泥用量；q為單位時間內(nèi)單位質(zhì)量水泥所釋放的水化熱。如果y 和z 方向的溫度均為常數(shù)，三維溫度場問題就會轉(zhuǎn)化為單向溫度場問題，式（2）就可被簡化為：

3 不同養(yǎng)護組合對連續(xù)剛構(gòu)箱梁混凝土早期溫度場的影響

傳統(tǒng)的自然養(yǎng)護法就是在混凝土澆筑后的初凝期，采用人工灑水或覆蓋保濕材料。例如，在連續(xù)鋼構(gòu)箱梁混凝土養(yǎng)護施工時，拆模前，將特殊保濕材料或濕麻袋覆蓋于箱梁頂板頂面、底板頂面，并間歇性灑水，確?；炷帘砻媸冀K保持濕潤狀態(tài)。拆模后，底模依然緊貼箱梁底板，其他部位與鋼模板松開，底板頂面與頂板頂面依然采用此方法進行養(yǎng)護，而腹板外表面及底板底面無需進行養(yǎng)護。應(yīng)用實踐表明，在進行大體積混凝土結(jié)構(gòu)養(yǎng)護時，該方法并不能達到理想的效果，混凝土結(jié)構(gòu)裂縫問題異常突出。為改善這一現(xiàn)狀，業(yè)內(nèi)結(jié)合實踐研究，總結(jié)出兩套組合養(yǎng)護方法，均對控制混凝土早期裂縫起到較好的作用[2]。

3.1 模貼法＋自然養(yǎng)護法

在運用此養(yǎng)護方式進行養(yǎng)護時，需在混凝土施工階段就在箱梁外表面模板上粘貼一層透水模貼，拆模時隨模板一起拆除。拆除后，用1cm 厚的保濕材料進行覆蓋，并定期灑水，確保保濕材料始終處于濕潤狀態(tài)，從而達到理想的養(yǎng)護效果。

對流系數(shù)的選取應(yīng)根據(jù)對流放熱系數(shù)及等效對流放熱系數(shù)計算式進行。當(dāng)采用灑水養(yǎng)護方式進行養(yǎng)護時，混凝土表面溫度與水溫相同，而貼膜與鋼板間存有水與空氣，故拆模前貼膜等效放熱系數(shù)βs=40kJ/（m2·h·℃)。計算數(shù)據(jù)見表1。

表1 箱梁表面放熱系數(shù)kJ/（m2·h·℃)

通過現(xiàn)場測量研究，發(fā)現(xiàn)箱梁結(jié)構(gòu)各節(jié)點溫度對齡期變化趨勢大致相同，72h 內(nèi)即可達到溫度峰值，其中，底板與上倒角中部節(jié)點溫度峰值達到45.1℃、45.3℃；在環(huán)境溫度影響下，混凝土節(jié)點溫度變化較大，呈現(xiàn)出周期性變化趨勢；拆模后，溫度會出現(xiàn)“突變”現(xiàn)象，這是因為混凝土表面與大氣接觸，溫度會迅速降低，造成箱梁內(nèi)外溫差瞬時變大，其中，下倒角和與底板內(nèi)外溫差最大，最高可達到17.6℃，因此拆模后必須及時進行混凝土表面養(yǎng)護，以降低對溫度場的影響[3]。

3.2 模貼法＋自動噴水霧養(yǎng)護法

同上，在混凝土澆筑前就在箱梁外表面模板上粘貼一層透水模貼，拆模時隨模板一起拆除。拆除后，用1cm 厚的保濕材料進行覆蓋，并采用自動噴水霧系統(tǒng)灑水養(yǎng)護底板下表面和腹板外表面，確保保濕材料始終處于濕潤狀態(tài)，從而達到理想的養(yǎng)護效果。根據(jù)朱伯芳[4]院士的對流放熱系數(shù)和等效對流放熱系數(shù)計算式計算對流系數(shù)，計算數(shù)據(jù)見表2。

表2 箱梁表面放熱系數(shù)kJ/(m2·h·℃)

因自動噴水霧養(yǎng)護水溫度可實現(xiàn)調(diào)控，在進行噴水霧養(yǎng)護時，混凝土表面放熱系數(shù)選取為βs=40kJ/（m2·h·℃）。

通過“模貼法＋自動噴水霧養(yǎng)護法”養(yǎng)護工藝的應(yīng)用，箱梁各節(jié)點溫度變化規(guī)律一定，72h 內(nèi)即可達到溫度峰值，其中，底板與上倒角中部節(jié)點溫度峰值最大，溫度峰值并隨著截面面積尺寸加大而升高，達到溫度峰值時間也會有所延遲[5]；拆模后，因噴灑水霧養(yǎng)護及時，溫度曲線沒有出現(xiàn)“突變”現(xiàn)象，下倒角和底板內(nèi)外溫差最大，分別為17.1℃、16.0℃。

4 不同養(yǎng)護方法箱梁各板內(nèi)外溫差對比分析

通過對比“模貼法＋自然養(yǎng)護法”“模貼法＋自動噴水霧養(yǎng)護法”應(yīng)用后的箱梁截的腹板、底板以及上下倒角內(nèi)外溫差，差峰值變化量如表3、4 所示。由表4 可知，兩種組合養(yǎng)護法的應(yīng)用均在拆模前顯著降低了箱梁截面內(nèi)外溫差，腹板溫差峰值由13.2℃降低到11.1℃，減少了15.9%。上倒角溫差峰值也由14.1℃減降至11℃，減少了21.9%。箱梁模板內(nèi)黏模貼在拆模前可以有效降低混凝土內(nèi)外溫差。

表3 拆模前－不同養(yǎng)護方法截面溫差峰值變化量

表4 拆模后－不同養(yǎng)護方法截面溫差峰值變化量

拆模后，“模貼法＋自然養(yǎng)護法”下，箱梁混凝土結(jié)構(gòu)截面溫差值突變逆增，比自然養(yǎng)護下溫差值還高。而“模貼法＋自動噴水霧養(yǎng)護法”下，溫差值仍能有效降低，上倒角溫差值由11.6℃降為9.1℃，減少了21.5%。因此，拆模后采用自動噴水霧養(yǎng)護能很好地達到降低內(nèi)外溫差目的。早期養(yǎng)護可實現(xiàn)箱梁內(nèi)外溫差的有效降低，“模貼法＋自動噴水霧養(yǎng)護法”可有效適用于夏季連續(xù)剛構(gòu)箱梁的早期養(yǎng)護施工中。

5 結(jié)語

①通過對比兩種組合養(yǎng)護方法，綜合提出適合目前鋼構(gòu)箱梁混凝土施工常用養(yǎng)護方法，綜合提出目前鋼構(gòu)箱梁混凝土施工的兩種組合方式：“模貼法＋自然養(yǎng)護法”與“模貼法＋自動噴水霧養(yǎng)護法”[6]。

②拆模前，“模貼法＋自然養(yǎng)護法”能有效降低底板內(nèi)外溫差，底板溫差由17.8℃降低至14.8℃，降低了16.8%，腹板和上下倒角分別降低了15.2%、21.9%、15.1%。

③拆模后，內(nèi)外溫差及降反升，養(yǎng)護效果不佳。“模貼法＋自動噴水霧養(yǎng)護法”拆模前后都取得了良好的降溫效果，拆模前與“模貼法＋自然養(yǎng)護法”效果一致。拆模后，底板溫差減少了13.4%，腹板與上下倒角分別減少了13.5%、21.5%、11.3%。

④“模貼法＋自動噴水霧養(yǎng)護法”能有效地降低混凝土箱梁內(nèi)外溫差，推薦在夏季箱梁早期養(yǎng)護工程中廣泛應(yīng)用。