【摘要】結(jié)合南京長江第二大橋北汊主橋165m跨徑箱梁的混凝土施工觀測，研究了高強(qiáng)混凝土早期水化熱溫度的特點(diǎn)，建議在施工中要采用相應(yīng)的措施，以防止水化熱溫度產(chǎn)生箱梁混凝土的裂縫。
【關(guān)鍵詞】箱梁 高強(qiáng)混凝土 水化熱

一、引言
隨著材料的更新，施工技術(shù)的進(jìn)步，預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁的跨徑越來越大，對于采用懸臂現(xiàn)澆工藝施工的箱梁，其在橋墩附近的節(jié)段的底板厚度也越來越厚，三門峽黃河公路大橋、黃石長江公路大橋、上海黃浦江奉浦大橋等大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁的墩頂段底板厚度都超過了1.0m。同時(shí)，箱梁采用的混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度較高，一般都超過50MPa，屬于高強(qiáng)混凝
土，相應(yīng)單方水泥用量較多，水化熱引起的混凝土內(nèi)部溫度較普通混凝土要大，有可能因混凝土的內(nèi)外溫度差和溫度變形較大而造成混凝土硬化后的表面裂縫，這種情況已經(jīng)引起了橋梁工程界的重視。
本文結(jié)合南京長江第二大橋北汊主橋預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁的0號塊和1號塊節(jié)段底板混凝土澆筑后的溫度測試，初步研究了箱梁混凝土的水化熱問題。

二.工程背景
南京長江第二大橋北汊主橋?yàn)?0m＋3 X 165m＋90出的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋，箱梁采用懸臂現(xiàn)澆施工法施工。
箱梁在墩處的0號塊和1號塊節(jié)段是在支架上采用現(xiàn)澆混凝土方法施工，箱梁高度分別為 8.8m和 8.655m，底板厚度分別為 1.4m和 1.09m，寬度均為7.5m。
箱梁混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度為50MPa，接配合比設(shè)計(jì)，實(shí)際每立方米混凝土的材料用量為：水泥500kg，砂750kg，石子1040kg，水160kg，JM－8減水劑8kg。
箱梁0號塊和1號塊節(jié)段的施工正值南京地區(qū)秋末，白日氣溫較高，日平均溫差約為7～8℃。考慮到箱梁混凝土強(qiáng)度高、單方混凝土中水泥用量較大及施工季節(jié)特點(diǎn)，工程指揮部決定對箱梁混凝土的水化熱溫度影響進(jìn)行觀測與研究，以保證箱梁混凝土澆筑后不出現(xiàn)表面裂紋。

三、測點(diǎn)布置
溫度測點(diǎn)采用WZP-035鉑熱電阻片，埋置在箱梁混凝土內(nèi)。
由于0號塊和1號塊節(jié)段箱梁高度較高，施工時(shí)采用分兩次澆筑混凝土，第一次澆筑混凝土從底板至箱梁高度一半處，并且，底板厚度也較大，因此，觀測的重點(diǎn)是箱梁底板。
箱梁底板混凝土溫度測點(diǎn)的平面布置見圖1。圖1中，沿底板厚度方向上設(shè)3個(gè)溫度測點(diǎn)，測點(diǎn)2，5，8，…，20，23為板半高處測點(diǎn)，而其余各點(diǎn)為底板的上表面和下表面的測點(diǎn)，埋在距底板上、下表面為 0.10m處的混凝土內(nèi)。
大氣溫度采用普通溫度計(jì)測試。
參考有關(guān)大體積混凝土水化熱溫度觀測的方法[4］，測試混凝土的入倉溫度，混凝土澆筑后即進(jìn)行定時(shí)測溫工作。

四、測試結(jié)果與分析
1.箱梁底板混凝土水化熱溫度曲線
圖2中曲線1和曲線2分別為0號塊底板測點(diǎn)2和測點(diǎn)8得到的中心處混凝土水化熱
溫度曲線。由圖2可見，箱梁底板中心溫度隨混凝土的齡期發(fā)展經(jīng)歷了溫度上升階段和溫度下降階段，具有一般大體積混凝土水化熱溫度曲線的典型特征。

底板中心最高溫度實(shí)測值為67.2°C，是混凝土澆筑后39h達(dá)到的。
圖2中曲線1比曲線2的下降段平緩，主要是因?yàn)闇y點(diǎn)2所處的底板區(qū)域位于0號塊的根隔板與箱梁腹板形成的半封閉空間中（橫隔板上有人孔），混凝土澆筑后此空間內(nèi)空氣溫度較高，受箱梁處大氣溫度影響較小；而測點(diǎn)8所處底板基本處于大氣之中，散熱較快，故二者的下降段不同。
2．水化熱溫度沿底板厚度方向的變化
箱梁混凝土澆筑初期，升溫速度快，混凝土內(nèi)部溫升的最高值一般在l～2d內(nèi)產(chǎn)生，2d內(nèi)溫升可達(dá)到或接近最大值，此后趨于穩(wěn)定，并開始降溫。由此可見，大體積混凝土溫度場在初期是變化的。由大體積混凝土溫度場的分布規(guī)律可知，大體積混凝土內(nèi)部的溫度基本上是按拋物線分布的[1]，則根據(jù)是1號塊節(jié)段箱梁底板沿其厚度方向各測點(diǎn)溫度擬合得到的水化熱溫度分布圖見圖3。圖中的測點(diǎn)20為板厚度半高處的測點(diǎn)，而測點(diǎn)19和測點(diǎn)21分別為混凝土上表面和下表面的測點(diǎn)。

由圖3可見，隨混凝土齡期的增加，內(nèi)部中心的最高溫度與混凝土表面溫度的差值越來越小。從圖中可以看出，測點(diǎn)19和測點(diǎn)21的溫度在同一時(shí)刻并不相同。初步分析認(rèn)為主要是測點(diǎn)19位于底板上表面處，而底板上表面是暴露于大氣之中，大氣和風(fēng)有直接散熱作用，因而上表面混凝土降溫較快，而測點(diǎn)21位于底板下表面，底板下面為鋼模板，其導(dǎo)熱系數(shù)為58W／m·K，故散熱相對較慢，因而造成溫度的分布不均。
3．箱梁底板混凝土表面溫度與內(nèi)部溫度比較
圖4為1號塊節(jié)段箱梁底板混凝土表面溫度和內(nèi)部溫度曲線。根據(jù)實(shí)測資料，混凝土表面溫度大約在混凝土澆筑 15h后達(dá)到最高值溫度 45.9℃，而混凝土內(nèi)部溫度在 24h后才達(dá)到最高溫度62．7℃。因此，盡管兩者的水化熱溫度曲線相近，但最高溫度值不同且達(dá)到的時(shí)刻不同。
圖5為整理的底板混凝土內(nèi)部與表面溫度差值曲線。由圖可見，兩者的溫差在混凝土澆筑后的 28h達(dá)到最大差值 18.9℃。
與普通混凝土不同，箱梁采用的高強(qiáng)混凝土往往早強(qiáng)。就北汊主橋箱梁而言，在3d內(nèi)即可達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的60％，相應(yīng)的混凝土彈性模量較高，因而，若不注意混凝土內(nèi)部和表面溫度差，混凝土表面和大氣溫度差，急于拆除模板或忽視養(yǎng)護(hù)工作，就很容易發(fā)生由于水化熱的溫度變化而產(chǎn)生的表面裂縫。

五、混凝土水化熱溫度估算
1.混凝土內(nèi)部最高溫度估算
常用的最高溫升的計(jì)算公式有兩種，下面分別以文獻(xiàn)[1]和文獻(xiàn)[2]的公式討論0號塊的最高溫升值的預(yù)測。
文獻(xiàn)［1]的計(jì)算公式為：

式中Tmax--混凝土內(nèi)部最高溫度（℃）；
Tj--混凝土澆筑溫度（℃）；
Tτ--τ齡期時(shí)混凝土的絕熱溫升（℃）；
ξ--不同澆筑塊厚度的降溫系數(shù)；
W--每立方米混凝土中水泥用量（kg／立方米）；
Q--每kg水泥水化熱量（kJ/kg）；
C--混凝土的比熱（kJ/kg℃）；
p--混凝土的容重（kg／立方米）；
m--隨水泥品種、比表面及澆筑溫度而異；
τ--齡期（d）。
按上式計(jì)算，估算結(jié)果為Tmax=50℃。
文獻(xiàn)［2」的計(jì)算公式為：
Tmax=Tj+W/η
式中Tmax--混凝土內(nèi)部最高溫度（℃）；
Tj--混凝土澆筑溫度（℃）；
W－一每立方米混凝土中水泥用量（kg／立方米）；
η--系數(shù)，隨混凝土標(biāo)號、最小尺寸而異，此處取12。
按上式計(jì)算，估算結(jié)果為Tmax＝67℃。
0號塊底板實(shí)測最高溫度為 Tmax＝67.2℃。與兩個(gè)估算結(jié)果進(jìn)行比較可知，文獻(xiàn)[2]的估算結(jié)果與實(shí)測值十分相近。文獻(xiàn)[1]參照一般大壩施工的有關(guān)資料，并按照熱傳導(dǎo)公式對混凝土內(nèi)部最高溫度進(jìn)行估算[2]。但是箱梁與大壩有較大差異，主要是箱梁混凝土多為高強(qiáng)混凝土，大壩混凝土相比強(qiáng)度較低；箱梁四面懸空支承在支座上或施工期間支承在臨時(shí)錨固上，而大壩與地基相連，兩者的邊界條件不同。而文獻(xiàn)［2]的計(jì)算公式是經(jīng)過對上建工程中大體積鋼筋混凝土實(shí)測資料統(tǒng)計(jì)整理后得出的，因而，其計(jì)算結(jié)果與箱梁底板實(shí)測量高溫升相近。
2．混凝土表面最高溫度估算
混凝土表面最高溫度采用的計(jì)算公式為[1]：

式中Tbmax--混凝土表面最高溫度（℃）；
Tq--大氣的平均溫度（℃）；
H－一混凝土的計(jì)算厚度；
h’--混凝土的虛厚度；
h--混凝土的實(shí)際厚度；
ΔT－－混凝土中心溫度與外界氣溫之差的最大值；
λ--混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)，此處可取 2.33W／m· K；
K--計(jì)算折減系數(shù)，根據(jù)試驗(yàn)資料可取0.666；
β--混凝土模板及保溫層的傳熱系數(shù)（W/m*m·K）。
估算結(jié)果參見表1。表1是0號塊、1號塊底板混凝土計(jì)算與實(shí)測值表。

六、結(jié)語
高強(qiáng)混凝土在大跨徑箱梁中的使用越來越多。由于高強(qiáng)混凝土的水泥用量大，所以水化熱就成為大尺寸構(gòu)件施工中的一個(gè)突出問題[3］。本文的初步研究表明，厚度超過 1.0m的箱梁節(jié)段底板的高強(qiáng)混凝土，在不摻加活性礦材料的情況下，其內(nèi)部最高溫度約為67℃左右；其水化熱的溫度曲線具有一般大體積混凝土的特征。因此，對于箱梁高強(qiáng)混凝土的施工，一定要采取有效的工程措施，降低內(nèi)部最高溫度和良好的混凝土養(yǎng)生方法，以防止混凝土由于內(nèi)部和表面溫差過大而產(chǎn)生表面裂縫，同時(shí)也保證高強(qiáng)混凝土的后期強(qiáng)度。

參考文獻(xiàn)
［l］葉琳昌，沈義.大體積混凝土施工.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1987
［2］趙志縉.高層建筑施工手冊.上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，1995
［3］陳肇元，朱金銓，吳佩剛.高強(qiáng)混凝土及其應(yīng)用.北京：清華大學(xué)出版社，1992
［4］王鐵夢.工程結(jié)構(gòu)裂縫控制.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1997