框架桥温度裂缝产生因素及机理分析

金省华，杨青山，蒋勇，杨枚，吕健，史月科



框架桥温度裂缝产生因素及机理分析

金省华1，杨青山2，蒋勇3，杨枚4，吕健1，史月科1

（1.浙江铁道建设工程有限公司，浙江 杭州 310006；2.兰州交通大学土木工程学院，甘肃 兰州 730070； 3.浙江地方铁路开发有限公司，浙江 杭州 310013；4.杭州铁路设计院有限责任公司，浙江 杭州 310006）

为了控制框架桥裂缝的产生，通过降低入模温度和采用钢模替换木模的实验方法研究了混凝土变形初期温度对裂缝的影响。当混凝土入模温度较高并采用木模板浇筑时，砼在24 h温度达到峰值；降低入模温度且使用钢模板后，砼的升温时间延长到48 h。该实验方法延长了混凝土的升温时间，降低了温度峰值并减小了温差，有效减少了混凝土所产生的温度裂缝，达到了控制裂缝产生的目的。

框架桥；混凝土；温度裂缝；模板

混凝土产生裂缝由多种因素造成，目前对于大体积混凝土工程，就混凝土自身而言，其早期裂缝的产生大部分可归根于温度变形。当温差较大时，混凝土内部膨胀，外部收缩产生的温度应力将混凝土拉裂，导致裂缝的产生。

随着我国经济的高速发展，大体积混凝土的浇筑越来越常见，因此控制混凝土所产生的裂缝也成为研究的热点。邱炳文[1]针对扎赉诺尔煤业公司露天矿箱涵侧墙裂缝产生的原因改进了施工方案，加强了对各个环节的监控管理，消除了裂缝产生的因素。刘俊贤[2]通过分析厚大体积混凝土施工发现，如果温差过大，超过25 ℃，就容易出现温度裂缝。龚剑[3]根据施工规范中大体积混凝土裂缝控制的相关内容、编制背景及应用提出了其中需注意的若干问题。刘京红[4]结合中联水泥集团南阳分公司水泥熟料生产线二期工程大体积混凝土的施工，提出在施工中防止大体积混凝土因水泥水化热引起的温度差而产生温度应力裂缝的措施。孙江民[5]针对钢筋混凝土框架箱涵在施工过程中易产生裂缝的问题，分析探讨了影响裂缝产生及开展的各种因素。王军[6]通过测试混凝土试件在其养护期间对试件施加不同等级压应力，计算损伤变量，并与自然养护下混凝土试件的力学性能进行比较，发现养护期间受到不同等级的压应力作用对混凝土28 d的力学性能产生影响。

目前国内外对混凝土裂缝研究主要为混凝土的材料[7]及混凝土内部钢筋对抗裂性能的改变[8]，对于降低混凝土浇筑时的入模温度和混凝土模板的替换的现场研究较少。

对此，本文进行了相关现场试验，给出了在降低入模温度后混凝土升温随时间的变化图，分析了降低混凝土入模温度后材料的热量减少值，同时也得出了模板替换后温度峰值的变化规律，拟合了相应的公式，希望能为之后类似工程提供依据。

1 工程概况

宁波市环城南路、东外环辅道铁路立交工程在邱隘站北仑联络线K158+458.72、北环铁路下行线KBH29+367.58处新建四孔（6.5+8.5+8.5+6.5）m框架，箱身顺道路方向长33.5 m，BC箱身北侧为3 m连体U槽，顶进后现浇12.5 m。结构外高为7.45 m。8.5 m框架内布设机动车道，通行净高不小于4.5 m，边控框架内布设非机动车道、人行道，同行净高不小于2.5 m。其中8.5 m箱身顶板后65 cm，底板厚70 cm，侧墙厚70 cm，上倒角120 cm×40 cm，下倒角为20 cm×20 cm；净高6.1 m。本次试验C箱涵采用木模板浇筑，B箱涵采用钢模板浇筑，具体要求如表1所示。

表1 试验数据

编号箱身名称箱身结构箱身斜长/m连体U槽斜长/m 1顶进箱身B1～8.5 m30.53 2顶进箱身C1～8.5 m30.53

采用THTZ3208R的全量程温度传感仪，设定测量时间为300 s一次。温度探头选用CU50。现场试验通过将温度探头与钢筋捆绑布设在钢筋笼内，布设位置在洞口1/4截面和1/2截面。用钢丝将线路绑扎好后从顶板位置引出，最后将线路引至仪器处连接。

2 配合比热量对比

现场B、C箱涵采用的浇筑配合比相似，但浇筑后产生的裂缝差距较大。通过配合比热量计算，发现浇筑初期所含热量差距较大，对混凝土的升温时间有较大影响。B、C箱涵墙身及顶板混凝土施工配合比分别如表2和表3所示。B、C箱涵墙身及顶板混凝土热量统计计算结果分别如表4、表5所示。C箱涵在浇筑时环境温度在20 ℃左右，所以将材料温度控制在20 ℃。而在浇筑B箱涵时周围环境温度降低到13 ℃左右，所以材料温度定为13 ℃。

表2 B箱涵墙身及顶板混凝土施工配合比

名称水泥掺合料Ι掺合料Π细集料粗集料水外加剂Ι 品种规格P.0 42.5 MPa粉煤灰Π级/河沙Π区中沙5～31.5 mm自来水高效减水剂 用量/（kg/m3）40694 6741 0481416.81

表3 C箱涵墙身及顶板混凝土施工配合比

名称水泥掺合料Ι掺合料Π细集料粗集料水外加剂Ι 品种规格P.0 42.5 MPa粉煤灰Π级/河沙Π区中沙5～31.5 mm自来水高效减水剂 用量/（kg/m3）40694 6781 0481376.81

表4 B箱涵墙身及顶板混凝土热量统计计算表

材料名称质量/kg质量热容C/（kJ/（kg*K））热当量W*C（kJ/℃）材料温度Ti/℃热量Ti*W*C/kJ 水泥4060.54219.24132 850.12 中砂6740.72485.28136 308.64 碎石1 0480.71744.08139 673.04 水1414.2592.2137 698.6 高效减水剂6.814.228.60213371.826 粉煤灰940.8478.96131 026.48 合计2 369.81 2 148.362 27 928.706

表5 C箱涵墙身及顶板混凝土热量统计计算表

材料名称质量/kg质量热容C/（kJ/（kg*K））热当量W*C（kJ/℃）材料温度Ti/℃热量Ti*W*C/kJ 水泥4060.54219.24204 384.8 中砂6780.72488.16209 763.2 碎石1 0480.71744.082014 881.6 水1374.2575.42011 508 高效减水剂6.814.228.60220572.04 粉煤灰940.8478.96201 579.2 合计2 369.81 2 134.442 42 688.84

从B、C箱涵热量统计表来看施工单位采用的材料总质量并没有改变，但随着材料温度的下降，总热量减小了将近一半。发现随着材料温度的下降，总热量降低，入模温度减小，混凝土内部热量的上升将会大幅度减小。

这一情况我们选取B、C箱涵同一截面的测点就可以更为清楚地发现。B、C箱涵1/4截面顶板拐角温度分别如图1、图2所示。

从图1、图2中可以看出，在降低入模温度后，温度从C箱涵的24 h达到峰值延长到了B箱涵的48 h达到峰值。C箱涵曲线斜率接近tan80°，B箱涵为tan45°。升温的速率的变缓，升温时间的延长，使混凝土凝结硬化产生的水化热有效释放，进而有效减少了混凝土裂缝的产生，因此降低混凝土的入模温度是非常有必要的。

3 在采用木模与钢模后箱涵腹板温度变化

从图1、图2中发现，在C箱涵侧板顶板浇筑完成后24 h，最高温度上升达到峰值58.7 ℃。B箱涵侧板顶板浇筑完成后48 h左右，最高温度上升达到峰值44 ℃。当C采用木模板浇筑后，由于木模具有保温作用，温度在很短的时间迅速上升达到峰值，且最高温较大，之后温度下降，降温趋势平缓。B采用钢模，钢模具有较好的散热性能，在升温的同时，有效地将水化热释放，降低了温度峰值，并减小了温差，以达到对裂缝控制的目的。

B、C箱涵1/4截面顶板拐角温差分别如图3、图4所示。

图1 B箱涵1/4截面顶板拐角温度图

图2 C箱涵1/4截面顶板拐角温度图

图3 B箱涵1/4截面顶板拐角温差图

图4 C箱涵1/4截面顶板拐角温差图

从图3、图4看出C箱涵中外温差达到了26 ℃，这是由于C箱涵采用竹胶板进行浇筑，由于竹胶板的保温作用，温度不易释放，使得混凝土内部产生的水化热热量积累，达到较高温度峰值，之后下降趋势缓慢，在第6天温差降至10 ℃以内。中内温差较低，浇筑24 h后达到最大温差8 ℃。在第3天时降到0 ℃后又出现了增长，是因为洞内蒸汽养护提升了侧板内侧温度，造成温差的负增长。而B箱涵采用钢模板后中外最大温差降低到6 ℃，在144 h温差降低到3 ℃以内。温差的下降趋势较C涵快，且随环境温度变化波动明显。因此使用钢模易控制混凝土内外温度，控制温差，从而达到控制裂缝的目的。

箱涵内外侧混凝土收缩，膨胀趋势并不相同，靠近涵洞内侧混凝土膨胀趋势较大，在撤去养护后涵洞内温度骤然下降达到环境温度，使得混凝土外表面温度下降，混凝土收缩，内侧膨胀外表面收缩使得混凝土由内向外被拉裂。

4 结论

根据温度仪测量结果发现，在降低入模温度后，混凝土升温区间从0～24 h，延长到0～48 h。升温时间的延长有利于混凝土内部温度应力的释放。从而减少混凝土温度裂缝产生。钢模板替换木模板后，混凝土温度峰值降低，且内外温差减小，能有效地控制裂缝的产生。在混凝土养护过程中，确保其内外同条件养护且同时拆模，避免由于温度偏移造成温差过大而产生的裂缝。

［1］邱炳文.钢筋混凝土箱涵施工裂缝的分析与控制［J］.内蒙古煤炭经济，2010（04）：116-117.

［2］刘俊贤.大体积混凝土施工控制措施［J］.施工技术，2007（Suppl 1）：110-112.

［3］龚剑，李宏伟.大体积混凝土施工中的裂缝控制［J］.施工技术，2012，41（06）：28-32.

［4］刘京红，梁钲，刘晓华，等.大体积混凝土施工中的温度监测及裂缝控制［J］.河北农业大学学报，2008（02）：106-109.

［5］孙江民，徐爱军.钢筋混凝土框架箱涵施工裂缝的分析与控制［J］.四川建筑，2005（02）：124-126.

［6］王军，柏云，李忠梅，等.养护期间持续增加压应力作用的混凝土力学性能［J］.科学技术与工程，2013，13（22）：6621-6624.

［7］张文博，毛明杰，杨秋宁，等.粉煤灰混凝土的单轴抗拉弹性模量［J］.科学技术与工程，2015，15（09）：225-229.

［8］安新正，张亚飞，牛薇，等.钢筋再生混凝土梁抗裂性能试验研究［J］.科学技术与工程，2016，16（36）：251-255.

2095－6835（2019）07－0063－03

TU448

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.07.063

〔编辑：王霞〕