張康康

摘 要：混凝土水化熱產(chǎn)生的溫度效應是引起早期混凝土箱梁結構開裂的主要原因之一，嚴重時會對施工質(zhì)量造成極大影響。為預防混凝土箱梁澆筑后出現(xiàn)表面裂縫，提高結構的耐久性，需要對混凝土箱梁早期溫度場進行研究。本文敘述了混凝土箱梁早期溫度裂縫產(chǎn)生的主要原因，對近年來混凝土箱梁早期溫度場的相關研究進行了綜述，并介紹了混凝土箱梁早期溫度裂縫的防控措施，以期為類似工程施工提供參考。

關鍵詞：混凝土;箱梁;早期溫度場;裂縫

中圖分類號：U441.5;U448.213 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）32-0116-03

Research and Control of Early Temperature Field of Concrete Box Girder

ZHANG Kangkang

（North China University of Water Resources and Electric Power， Zhengzhou Henan 450045）

Abstract： The temperature effect caused by the heat of hydration of concrete is one of the main reasons for the cracking of the early concrete box girder structure， which will greatly affect the construction quality in severe cases. In order to prevent the surface cracks of the concrete box girder after pouring and improve the durability of the structure， it is necessary to study the early temperature field of the concrete box girder. This article describes the main causes of early temperature cracks in concrete box girder， summarizes the relevant research on the early temperature field of concrete box girder in recent years， and introduces the prevention and control measures of early temperature cracks in concrete box girder， in order to provide reference and reference for similar engineering construction.

Keywords： concrete;box girder;early temperature field;crack

隨著交通行業(yè)的快速發(fā)展，橋梁結構在交通樞紐中的作用越來越重要?；炷料淞航Y構在澆筑初期，當溫度應力超過混凝土抗拉強度時，就會產(chǎn)生溫度裂縫，最終會影響箱梁結構的耐久性和整體性，使其難以滿足長期運營的相關指標[1-4]。本文主要分析早期裂縫產(chǎn)生的原因，對近年來關于混凝土箱梁早期溫度場的研究進行綜述，并提出早期溫度場控制措施。

1 裂縫產(chǎn)生原理

溫度裂縫易產(chǎn)生于溫差環(huán)境較大的混凝土結構中，其中水泥的水化熱是影響結構內(nèi)部溫度場的主要因素?；炷恋乃療岱磻跐仓_始時已產(chǎn)生，在澆筑完成后，混凝土終凝結束時內(nèi)部仍在不斷進行水化熱反應，持續(xù)由內(nèi)向外放出熱量，此時如果外界溫度突然下降或者養(yǎng)護用水溫度較低，混凝土表面由于熱脹冷縮便會引起急劇收縮的現(xiàn)象，進而使混凝土表面產(chǎn)生裂縫。在混凝土完成終凝后，這種裂縫一旦產(chǎn)生就不可逆轉(zhuǎn)，甚至會使裂縫由表面輻射進入內(nèi)部，最終形成溫度裂縫。嚴格控制混凝土澆筑時的溫度，做好混凝土養(yǎng)護與表面保溫措施，降低混凝土結構內(nèi)外溫差，能有效降低混凝土早期裂縫產(chǎn)生的風險[5-7]。

2 箱梁混凝土早期溫度場研究現(xiàn)狀

2009年，張君等采用有限差分法建立了基于混凝土絕熱升溫試驗的早期混凝土溫度場計算模型，并通過等效齡期法修正了溫度對水泥水化熱及其放熱量的影響。結果表明，不同強度等級的混凝土板內(nèi)溫度均在12～24 h達到峰值，其仿真計算結果與實測數(shù)據(jù)較為吻合，能準確地對早期混凝土溫度場進行仿真分析[8]。

2011年，陳志堅等針對大跨徑混凝土箱梁橋0號箱梁的特點，詳細分析了水化熱溫度場數(shù)值模擬過程中混凝土參數(shù)的取值及邊界條件的確定方法。結果表明：混凝土硬化早期，溫度隨水泥水化的發(fā)展，經(jīng)歷了較快的溫升階段，到達最值后，進入緩慢的溫降階段，最值出現(xiàn)時間越早，溫降速率越大;混凝土澆筑后的最大內(nèi)外溫差與構件厚度和表面邊界情況有關，構件厚度越大，表面散熱條件越好，可達到的最大內(nèi)外溫差也就越大;新舊混凝土結合面處存在溫度倒灌現(xiàn)象。混凝土養(yǎng)護期間，應根據(jù)箱梁混凝土水化熱溫度場的特點，對重要部位進行有針對性的養(yǎng)護[9]。

2013年，唐國敏等研究了大體積箱梁0、1號塊混凝土早期溫度場。結果表明：箱梁0、1號塊的橫隔板內(nèi)溫度最高且最晚達到峰值;通過分層澆筑、埋設冷卻水管等措施可以有效降低部件內(nèi)外溫差[10]。

2017年，楊文等對單箱多室混凝土箱梁水化熱溫度場進行了仿真分析。結果表明：單箱多室混凝土箱梁在混凝土澆筑早期溫度場作用下，外腹板應力最大[11]。

2018年，陳黎陽基于混凝土熱傳導理論，采用有限元軟件ANSYS對混凝土箱梁結構進行水化熱溫度場仿真分析，并與實測數(shù)據(jù)進行對比，研究了混凝土箱梁結構水化熱溫度場分布和變化規(guī)律。結果表明：有限元仿真能準確模擬混凝土箱梁結構水化熱溫度場和變化規(guī)律，降低混凝土箱梁結構內(nèi)外溫差是預防早期裂縫產(chǎn)生的關鍵。研究結果可為類似結構的溫度場分析提供理論依據(jù)，為施工過程中溫度控制提供參考和借鑒[12]。

2019年，賀國峰等對混凝土箱梁結構澆筑的早期溫度分布進行了實時監(jiān)測，研究了混凝土箱梁早期溫度場的變化規(guī)律和溫度梯度的分布情況。結果表明：混凝土箱梁水化熱反應主要發(fā)生在澆筑后72 h內(nèi)，峰值出現(xiàn)在14 h左右，處于腹板上梗腋處，腹板處會產(chǎn)生較大的水化熱溫升，頂板和底板較小;頂板和底板處溫度變化呈指數(shù)增長，腹板區(qū)域呈線性增長，并擬合了混凝土箱梁豎向截面水化熱溫度梯度分段函數(shù)。研究結果可為類似結構的溫度場分析提供理論依據(jù)，為施工過程中溫度控制提供參考[13]。

2020年，李福友研究了寬幅PK混凝土箱梁早期溫度場，通過優(yōu)化高性能混凝土配合比設計、抗裂性、收縮徐變和耐久性試驗，得出通過摻加粉煤灰與礦粉復合摻合料，可有效降低箱梁混凝土的水化熱溫升;根據(jù)溫度與溫度應力有限元計算結果制定了合理的溫控標準，提出各種溫控防裂措施，并對其防控效果進行評價;同時分析了箱梁空腔薄壁結構在變截面處易出現(xiàn)應力集中現(xiàn)象而導致開裂的問題。通過工程實踐可知，澆筑初期所采取的優(yōu)化配合比、溫控措施能有效降低有害裂縫產(chǎn)生的風險[14]。

2021年，江東等采用Midas/FEA軟件研究了養(yǎng)護工藝參數(shù)對連續(xù)梁橋0號塊早期溫度場的影響，并通過與實測數(shù)據(jù)對比驗證了模型的準確性。結果表明：鋼模板保溫性較差;混凝土養(yǎng)護時環(huán)境溫度不宜低于10 ℃;拆模過早會導致內(nèi)外溫差增大，增大裂縫產(chǎn)生的風險;不宜在風速較大的環(huán)境下進行養(yǎng)護[15]。

以上關于混凝土箱梁早期溫度場的研究，主要是利用有限元仿真分析和試驗數(shù)據(jù)結合相互驗證的方法，通過對每個階段混凝土早期溫度場的仿真分析，制定了合理有效的溫控措施。

3 混凝土箱梁溫度場控制

3.1 分層澆筑

對箱梁混凝土進行分層澆筑，可以降低混凝土早期溫度場的溫度，并且能通過控制混凝土溫度來降低混凝土水化熱溫度的增加速度。在澆筑混凝土箱梁時，應嚴格按照先底板后腹板再頂板的順序，并控制布料速度。同時，在澆筑過程中，嚴禁振搗棒直接觸碰波紋管、預埋管、預埋件等，防止預留預埋管件破壞或發(fā)生變位。

3.2 科學養(yǎng)護

在對混凝土進行養(yǎng)護時，通?？衫酶采w草柵、草簾、遮光布、土工布等進行遮光保濕，提升散水養(yǎng)護的效果，同時也可采用直接灑水的養(yǎng)護方式（見圖1），嚴禁采用圍水養(yǎng)護的方式，避免影響箱梁結構最終的整體性能。此外，要注意做好特殊季節(jié)或氣候條件下的養(yǎng)護工作。例如，在夏季高溫天氣對混凝土進行施工時，混凝土澆筑成型后，利用高壓水槍灑水配合自動噴淋系統(tǒng)進行養(yǎng)護，保證混凝土養(yǎng)護條件，防止出現(xiàn)溫度裂縫;冬季施工時，外界氣溫較低，澆筑完成后需要對混凝土易凍部位加強保溫，避免混凝土發(fā)生凍害。

3.3 控制水化熱

通過摻加外加劑，合理減少水和水泥用量，控制放熱高峰。夏天施工時，應對混凝土管道全程灑冷水，對礦砂場進行遮陽處理，摻加冰水對混凝土進行攪拌，合理控制混凝土出機和入模溫度;冬季施工時，應采用蒸汽養(yǎng)護，在澆筑初期采用蒸汽加熱，防止混凝土表面與外界低溫環(huán)境直接接觸，使水化熱快速散失，導致結構內(nèi)外溫差急劇增大，確保箱梁混凝土在早期溫度場作用下產(chǎn)生的溫度應力滿足規(guī)范要求。

3.4 混凝土入模溫度控制

在混凝土骨料進場儲存前，應先行搭建好空調(diào)房，控制儲存環(huán)境的溫度，降低骨料的溫度;通過延長儲存膠材的時間，并對罐體采用遮陽、噴水等措施，降低混凝土攪拌后的溫度，控制水泥、礦粉的溫度低于60 ℃，粉煤灰溫度低于40 ℃。

3.5 拆模時間控制

對混凝土進行拆模時，應嚴格控制混凝土結構的齡期、強度和溫度等。拆模時應挑選一天中溫度最高的時間段，拆模后應該立即進行保溫、保濕和防風等養(yǎng)護，以免導致拆模后混凝土表面迅速降溫形成較大溫差，進而產(chǎn)生較大的溫度應力。

4 結論

本文論述了混凝土箱梁早期溫度裂縫產(chǎn)生的主要原因，對近年來混凝土箱梁早期溫度場的相關研究進行了綜述，并介紹了混凝土箱梁早期溫度裂縫的防控措施，得到了以下結論。

①箱梁混凝土水化熱、內(nèi)外溫差、結構尺寸等使箱梁各個部位產(chǎn)生非均勻溫度場，非均勻溫度場產(chǎn)生引起的變形遇到結構內(nèi)部纖維和外部約束時會產(chǎn)生較大的溫度應力。

②為控制混凝土箱梁早期溫度場，可采取分層澆筑、科學養(yǎng)護、控制水化熱、控制混凝土入模溫度和控制拆模時間等措施。

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