混凝土箱梁的水化热温度分析

2020-11-26 来源：趣尚旅游网

混凝土箱梁的水化温度分析　　叶见曙,阮　静,钱培舒,贾　琳7

混凝土箱梁的水化热温度分析

叶见曙,阮　静,钱培舒,贾　琳(东南大学交通学院,江苏南京210096)

摘　要:通过对跨径为165m的南京长江二桥北汊主桥预应力混凝土连续箱梁温度测试结果的分析,阐述了箱梁混凝土早期水化热温度发展的特点,提出了防止温差过大而引起混凝土开裂的工程措施。

关键词:预应力混凝土;箱形梁;高强混凝土;水化热;大体积混凝土;混凝土灌注

中图分类号:U448.35;U441.5　　　文献标识码:A　　　文章编号:1003-4722(2000)04-0007-03

1　研究的背景

南京长江二桥北汊主桥为90m+3×165m+90m的5跨预应力混凝土连续箱梁桥。主墩处箱梁0号块及1号节段的长度分别为8m和2.5m,底宽为7.5m,底板厚分别为1.4m和1.09m。

箱梁混凝土设计强度为50MPa,每立方米混凝土材料用量为水泥500kg、砂750kg、碎石1040kg、水160kg、JM-8减水剂8kg。由于混凝土中的水泥用量较高,加之箱梁0号块及1号节段主要在1999年10月下旬～11月下旬施工,此期间南京地区处于秋末,气温较高,日大气温度变化约为7～8℃,故决定选择最先施工的箱梁0号块及1号节段进行混凝土水化热的观测与研究,以便在后面的箱梁施工中及早采取措施,防止由于水化热温度而产生混凝土裂缝。2　测点布置

图1　混凝土底板测点平面布置

箱梁0号块及1号节段的腹板厚约0.7m,相比之下,底板厚度较大,加之箱梁采用2次分层浇注混凝土,第一次浇注从底板浇至梁高一半处,因而,混凝土水化热对底板混凝土引起问题的可能性较大。2.1　箱梁底板温度测点在0号块内临时锚固处设有横隔梁,2个横梁与两侧箱梁腹板形成的空间受外界气温影响较小,但是,由横梁至箱梁端面的区段,其底板混凝土暴露在大气中,且浇注的混凝土硬化后,需最先拆除端木模板,因此,此区段受外界气温影响较大,故而底板的温度测点主要布置在此区段,见图1。

在底板的高度上,每一排上有3个温度片,其中有一个温度片设在底板半高处,例如图1中的2、5、8、11、14、17……号温度片,称其为内部温度测点。其余温度片分别埋在距底板顶、底面0.1m处,以测试混凝土表

面温度。

2.2　测试方法

温度测点采用WZP-035铂热电阻片,埋置在底板混凝土内,用精密电工表测试。而大气温度采用普通温度计。

3　测试结果与分析

3.1　混凝土内部水化热温度曲线

根据温度测试结果,可以得到混凝土内部水化热温度随观测时间t变化的温度曲线(图2)。

图2中曲线1为箱梁1号块底板内部测点测得的温度曲线,混凝土水化热温度曲线发展经历了较快的温升阶段,达到最高温度后,进入缓慢的温降阶段。曲线2为箱梁0号块底板内部测点(图1(a)中的测点2)测得的水化热温度曲线,当温度达到最高温度后,其下降段十分平缓,这主要是0号块横梁与箱梁形成内部空间,

收稿日期:2000-06-06

作者简介:叶见曙(1948-),男,教授,1977年毕业于南京工学院(现东南大学)土木工程系公路工程专业。

8桥梁建设　　2000年第4期

混凝土浇注后此空间内空气的温度较高,箱梁外大气温

度影响较小,散热慢而造成的。

点,但由于它们位于前端面附近,而底板的端面采用木模板,导热系数一般为0.23W/(m・K),所以,由混凝土水化热引起的温度可由木模板散热,但又低于钢模板的散热程度,故其温度曲线形式十分接近于混凝土表面的情况,但该温度介于底板中心温度和表面的温度之间。3.3　混凝土的内部温度与表面的温度差

图2　混凝土内部水化热温度曲线

由图2和图3可见,箱梁底板混凝土内部和表面最高温度并不是同时到达,且两者温度曲线下降段形式也不完全相同。因而,两者的最大温度差也不是简单的用最高温度相减。图4为1号节段箱梁底板混凝土内部和表面温度差曲线。底板混凝土内部和表面的最高温度分别在混凝土浇注后30h和17h达到,实测值为62.7℃和45.9℃,而两者的最大温度差是在混凝土浇注后28h达到,实测差值为18.9℃。

由图2可见,箱梁底板内部温度随混凝土的龄期发展经历了温度上升阶段和下降阶段,具有一般大体积混凝土水化热温度曲线的典型特征。上升段与下降段的分界点为内部最高温度点,实测箱梁底板混凝土内部最高的温度为59.5～67.2℃。3.2　混凝土表面水化热温度曲线

这里所指的混凝土表面温度是指距混凝土表面下0.1m附近处的温度。实测的混凝土表面温度曲线具

有与图2中曲线1相同的变化,但有明显不同之点,如图3。

图4　温度差值曲线

与普通混凝土不同,箱梁采用的高强混凝土往往早

期强度发展较快。就北汊主桥箱梁混凝土的试件试验结果来看,3d强度可达到28d的60%,相应的混凝土弹性模量也不低,加之高强混凝土的初期收缩变形较大,因而,若不注意混凝土内部和表面温度差、混凝土表面与大气温度差,急于拆除模板或忽视养护工作,就很容易发生由于水化热的温度变化梯度大和混凝土收缩共同作用而出现表面裂缝。

4　箱梁混凝土水化热温度控制与防裂措施4.1　箱梁混凝土水化热内部与表面温度估算方法

图3　混凝土表面水化热温度曲线

(1)混凝土表面的水化热引起的最高温度实测值

在37.69～45.90℃之间,低于混凝土内部温度;

(2)底板混凝土表面的最高温度在混凝土浇注后约15h就达到,而相应的内部水化热温度在混凝土浇注后约30h才达到最高值。

图1(b)中,在箱梁底板前端面附近测点19～24距前端面0.1m。其中,19号测点为底板顶面混凝土边缘测点,其温度曲线具有图3所示表面温度曲线形式,最高温度实测值为37.69℃。21和24号测点位于底板下表面附近,实测温度曲线形式及最高温度均十分接近19号测点,主要原因是底板模板为钢模板,其导热系数(一般为58W/(m・K))较大,比较容易散热,接近暴露于空气的底板顶面混凝土情况。20、22和23号测点的实测温度曲线形式与19号测点情况十分接近,但是实测温度最高值不同,分别为52.56℃、50.51℃和48.46℃。从底板高度方向看,20、23号测点为混凝土内部测

由上述观测结果可知,箱梁内部水化热的温度曲线

是与一般大体积混凝土相似,因此,可采用建筑结构中关于混凝土水化热温度的估算方法进行估算。

混凝土内部最高温度的计算公式为:

(1)Tmax=Tj+W/η);Tj为混凝土浇其中,Tmax为混凝土内部最高温度(℃

);W为每m3混凝土中水泥用量(kg/m3);η注温度(℃

为系数,随混凝土标号、最小尺寸而异,此处取12。

混凝土表面最高温度的计算公式为:

(H-h′)・ΔT/H2Tbmax=Tq+4h′

(2)

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λH=h+2h′;　h′=K/β

);Tq为大气的平其中,Tbmax为混凝土表面最高温度(℃

);H为混凝土的计算厚度(m);h′均温度(℃为混凝土

的虚厚度(m);h为混凝土的实际厚度(m);ΔT为混凝

);λ为混凝土土中心温度与外界气温之差的最大值(℃

的内部最高温度下降了4.8℃,取得了一定的效果。

4.3　防止箱梁混凝土开裂的方法

为防止箱梁混凝土在施工期间出现表面裂缝,重要的措施是加强养护和控制拆模时间。

大跨径预应力混凝土箱梁一般采用变截面箱梁,因而,箱梁底板在桥墩附近节段就上翘,底板顶面形成内坡,为蓄水法提供了较好条件,在混凝土终凝后,就可按要求蓄水,即可控制底板混凝土内部中心温度和表面温度之间的差值,还可以防止混凝土表面发生龟裂。

控制箱梁拆模时间是非常重要的,应既要考虑施工上拆模需要,又要考虑混凝土的温差不能太大,其温差应包括表面温度、内部中心温度和外界气温之间的温差。从箱梁施工实际情况来看,混凝土达到一定强度后,最先拆除的是箱梁端面的木模板,而其它部位是松动,这时底板混凝土最易产生端面裂缝。应该在规定的容许温差内拆端木模,并且要及时进行保温保湿养护。5　结　语

(1)尽管大跨径预应力混凝土箱梁的部件混凝土

的导热系数,此处可取2.33(W/(m・K));K为计算折

减系数,根据试验资料可取0.666;β为混凝土模板及保温层的传热系数(W/(m2・K))。

按式(1)和式(2),对北汊主桥箱梁底板进行计算,其结果与实测值比较见表1。

表1　箱梁底板混凝土温度计算值与实测值比较

项　目

0号块节段1号块节段

计算值/℃

内部最高温度

表面最高温度内部最高温度表面最高温度

66.742.861.742.2

实测值/℃

67.246.262.745.9

　　在箱梁混凝土浇注前,进行水化热温度预估计算是非常必要的。但是,在实际混凝土拌合、浇注过程中有许多影响因素,且混凝土内部与表面最高温度到达并非同时,其最高温差时刻与最高温度时刻也不同,因而,对于箱梁高强混凝土应监测水化热造成的温度变化,以便指导施工。4.2　降低水化热最高温度的措施

有研究表明,高强混凝土的水化热引起的高温对混凝土早期强度发展有利,但最终有可能降低28d强度,并使后期强度遭受更大损失。同时,降低水化热最高温度也可以减小混凝土内部与表面的温差。由于箱梁的各部件中配置的钢筋较多,所以降低混凝土浇注时拌合料的温度是降低由水化热最终造成的最高温度的可行措施。在北汊主桥的23号与墩上1号节段箱梁混凝土施工时,由于天气持续高温,在不改变混凝土配合比的情况下,采取掺冰屑冷却拌合水方法和其它措施,使混凝土的浇注温度(入仓温度)降至22℃,从而使混凝土

体积没有大坝、锚碇大,但是,由于是高强度混凝土,故必须注意施工时混凝土水化热的问题,特别是厚度超过1m的箱梁部件。

(2)研究表明,单方水泥用量接近500kg/m2时,箱

梁厚底板高强混凝土的内部最高温度可达到60℃至70℃左右。

(3)由于箱梁内预应力钢束和非预应力钢筋较多,

因此,为防止混凝土水化热温度造成裂纹,建议可采用冷却拌合水法、蓄水法和保温法等工程措施,特别应注意拆模板前、后的混凝土养生工作。

(4)北汊桥箱梁的0号块和1号节段的底板混凝土施工采用以上措施,使混凝土质量达到了设计要求。

HydrationTemperatureofBoxGirderConcrete

YEJian2shu,RUANJing,QIANPei2shu,JIALin

(TheCommunicationCollegeoftheSoutheastUniversity,Nanjing210096,China)

Abstract:Accordingtotheresultoftemperatureobservationofthe165meter2long2spanprestressedconcretecontinuousboxgirder,thispaperdiscussesthecharacteristicsofthedevelopmentoftheconcretehydrationtemperatureinearlierphaseandpointsoutmeasurestopreventconcretecrackscausedbygreattemperaturedifference.

Keywords:prestressedconcrete,boxgirder,highstrengthconcrete,hydration,massiveconcrete,concretepouring

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