客运专线预制箱梁水化热研究与温度监控

陈明明

(陕西铁路工程职业技术学院，陕西渭南 714000)

铁路客运专线32 m箱梁预制过程中，由于混凝土梁的体积较大，大量的水化热聚积在混凝土内部而不易散发，导致内部温度急剧上升，而混凝土表面散热较快，使得混凝土结构内外出现较大的温差，这些温差造成内部与外部热胀冷缩的程度不同，使混凝土表面产生一定的拉应力。当拉应力超过混凝土的抗拉强度极限时，混凝土表面就会产生裂缝。研究大体积预制梁混凝土水化热的变化规律和控制方法就成为大体积梁体施工中质量控制的一个突出问题。

本文结合郑西铁路客运专线渑池制梁场32 m预制箱梁混凝土浇筑后的温度监控，研究了箱梁混凝土的水化热规律，根据测控结果提出了降低箱梁混凝土水化热的相应措施。

1 工程背景

渑池制梁场位于郑西铁路客运专线Dk187+885～Dk188+472线路右侧，承担618榀32 m梁、2榀24 m梁的施工任务。箱梁截面类型为单箱单室等高度简支箱梁，梁端顶板、底板及腹板局部向内侧加厚，设计混凝土方量328 m3。

箱梁混凝土设计强度50 MPa，按配合比设计，每立方混凝土材料用量为:水泥(黄河同力P.O42.5)300 kg，砂(河南三门峡洛河 II区中砂)696 kg，碎石(河南三门峡东山5～25 mm碎石)1 088 kg，水146 kg，减水剂(山东联强外加剂厂生产的聚羧酸高效减水剂)70 kg，粉煤灰(三门峡热电厂生产的粉煤灰)85 kg，矿渣粉(长治钢铁瑞昌水泥有限公司生产的粒化高炉矿渣粉)85 kg。

2 研究方法

为了解大体积预制梁水化热的变化规律，必须测量预制梁体内部各个有代表性部位的温度变化。通过分析其温度变化的规律，制定相应的控制措施，保证梁体的施工质量满足设计要求。

渑池制梁场在首孔箱梁混凝土的跨中及端部预埋了28个温度传感器，对梁体灌筑后混凝土水化热温度随时间变化情况进行了测量，采用QQL—Ⅱ型多通道梁体温度养护控制器进行温度数据的自动采集和记录。温度传感器及采集数据传输线在梁体的混凝土浇筑前用胶带固定在梁体各预定测温点的梁体钢筋上，水化热温度测量及记录从混凝土灌筑完成开始，共持续了约145 h。由渑池制梁场试验室的试验员及时的将温度控制器记录、打印的数据进行整理。试验箱梁水化热温度测点布置见图1。蒸养棚内环境温度测点布置见图2。

3 测试结果与分析

3.1 试验箱梁跨中截面各测点水化热温度曲线

如图3所示。

3.2 试验箱梁端部截面测点水化热温度曲线

如图4所示。

根据梁体混凝土水化热温度随时间变化的测试结果，水化热温度在混凝土开盘后31 h左右达到最高值，最高值为53.1℃，最先出现在梁端腹板芯部。梁体跨中截面腹板上部变截面处的水化热温度在37.5 h达到52.5℃的最高值。

图1 试验箱梁内埋温度测点布置图(单位:mm)

图2 试验箱梁蒸养棚内环境温度测点布置图(单位:mm)

梁体跨中截面顶板、腹板、底板混凝土芯部的最高温度分别约为52.5℃、42.1℃和33.8℃;端部截面顶板、腹板、底板混凝土芯部的最高温度分别为52.7℃、53.1℃和47.4℃。箱梁底板混凝土水化热温度相对较低，高温持续时间相对较短;腹板和顶板混凝土水化热温度相对较高，高温持续时间相对较长。

试验箱梁跨中截面各测点水化热温度最高值及梁端截面各测点水化热温度最高值见表1。

图3 试验箱梁跨中截面各测点的水化热温度变化曲线

续图4 试验箱梁端部截面各测点的水化热温度变化曲线

4 总结

表1 各测点水化热温度最高值

初步研究表明，混凝土内部的温度与混凝土厚度及水泥品种、用量有关。混凝土越厚，水泥用量越大，水化热越高的水泥，其内部温度越高，形成温度应力越大，产生裂缝的可能性越大。对于大体积混凝土，其形成的温度应力与其结构尺寸相关，在一定尺寸范围内，混凝土结构尺寸越大，温度应力也越大，因而引起裂缝的危险性也越大，这就是大体积混凝土易产生温度裂缝的主要原因。因此防止大体积混凝土出现裂缝最根本的措施就是控制混凝土内部和表面的温度差。

厚度超过1.0 m的箱梁节段腹板的高强混凝土，其内部最高温度约为55℃左右;其水化热的温度曲线具有一般大体积混凝土的特征。因此，对于箱梁高强混凝土的施工，一定要采取有效的工程措施，降低内部最高温度和良好的混凝土养生方法，以防止混凝土由于内部和表面温差过大而产生表面裂缝，同时也保证高强混凝土的后期强度。

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