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第２０卷第１期 石家庄铁道学院学报 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＳＨＩＪＩＡＺＨＵＡＮＧ ＲＡＩＬＷＡＹ ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ Ｖ０１．２０ Ｎｏ．１ Ｍａｒ．２００７ ２００７年３月 客运专线３２ ｍ后张预应力混凝土 简支箱梁温度裂缝控制技术 李明 （中铁第十一局集团公司，湖北武汉 ４３００７１） 摘要：箱梁施工中混凝土产生裂缝是影响产品质量的重要因素之一，简述了混凝土温度收 缩裂缝产生的机理，结合甬台温铁路客运专线３２ ｉｎ后张法预应力混凝土箱梁在移动模架上现 浇施工的工程实例。按照温度控制方案，分时段、全过程实施监控量测，分析、总结了箱梁施工温 度控制技术。对类似工程施工具有一定的借鉴意义。 关键词：预应力混凝土箱梁；裂缝；温控措施 中图分类号：Ｕ４５３．５文献标识码：Ａ文章编号：１００６—３２２６（２００７）０１—０１０７—０４ １ 工程概况 甬台温铁路全长２８２．３９３ ｋｍ，其中新建线路２７４．１２ ｋｍ。线路北起浙江省宁波市，南至温州，途经宁 波市所辖的奉化、宁海和台州所辖的－－１＇３、临海、台州市区、温岭以及温州所辖的乐清、永嘉等县市。甬台 温铁路中铁十一局集团有限公司管区起讫里程为ＤＫ１５８＋３５９～ＤＫ１８２＋２７５，区间正线全长２３．９１６ ｋｍ， 有后张法预应力混凝土简支箱梁４１７孔，采用１１套ＭＳＳ９００型移动模架原位现浇施工，施工工期两年。 产生裂缝是影响混凝土箱梁施工质量的主要因素之一，导致开裂的主要因素有：①收缩；②约束；③ 弹性模量；④徐变；⑤抗拉变形或抗拉强度。其中收缩因素中有凝结硬化收缩（塑性收缩、自生收缩、干燥 收缩）和温度收缩（混凝土温度与环境温度之差造成的收缩、混凝土内部温度与表面温度之差造成的收 缩），约束因素有已有构筑物对混凝土的约束、先浇对后浇混凝土的约束、钢筋的约束、大体积混凝土内外 的相互约束、水化过程先后造成的约束 。 混凝土裂缝大多数都发生在施工阶段或者说在工程交付正式使用以前，这些裂缝主要是硬化前混凝 土的塑性开裂和硬化后早期发生的收缩（温度变化和干燥引起）开裂。３２ ｉｎ简支箱梁为大体积、高强度 等级混凝土结构，连续浇筑和硬化过程中时间长，水泥水化产生大量水化热，结构截面尺寸大，热阻也大， 施工中极易出现温度收缩裂缝，在施工中，分析了箱梁混凝土温度收缩裂缝产生的机理，采取温度控制措 施，确保了梁体施工质量。 ２混凝土温度收缩裂缝的分析 ２．１ 温度对凝结和硬化过程的影响 Ｊ 温度对水化速度甚至水化产物均有重要影响，温度愈高，水化愈快。理论分析表明，如温度从２０℃ 增加到３０、４０、５０℃，则水化速度之比依次约为１：１．５７：２．４１：３．５９，温度升高使凝结和硬化时间缩短， 强度发展加快。但由于高温下混凝土的毛细孔隙占的比例大，造成高温养护下的混凝土具有早期强度较 高，而后期强度反而较低。 温度增加使新拌混凝土快速凝结，加剧坍落度的损失。混凝土的浇筑温度增加时，为达到同样的坍 落度，用水量就要增加，则会降低混凝土的强度和耐久性，并且增加干燥收缩。 收稿日期：２００６—１２—１１ 作者简介：李明男 １９６８年出生高级工程师 维普资讯 http://www.cqvip.com
１Ｏ８ 石 家 庄 铁道 学 院 学 报 第２Ｏ卷 ２．２混凝土硬化过程的温度变化和应力变化 箱梁混凝土的升温过程和达到的峰值温度值，以及随之而来的降温过程取决于许多因素，主要有：环 境大气温度，混凝土入模温度，模板的类型（热学性能）及拆模时间，混凝￣ｇｂ露面积与其体积的比值，混 凝土浇筑后的截面厚度，水泥类别与水泥用量， 拆模后是否有隔温措施，养护方法等等。 －＇、 ｏ ‘ 混凝土浇筑后，其内部温度变化过程和拉压 状态大体如图１所示，图１中 为浇筑温度，至 时间ｔ。，温度升至 。时，混凝土硬化，此时如混凝 土处于约束状态则在继续升温的过程中受压，如 ｏ 、、’－－ －一 ｆ 图１所示。内部温度升至峰值 的时间ｔ 视水泥 品种、浇筑温度、构件的厚度、形状和散热条件而 定¨ 。根据对箱梁浇筑温度的监测数据，可知箱 梁在浇筑１～２ ｄ内部温度达到峰值，水化热引 起的内部混凝土温升可达２５～３５ ，加上原来 浇筑温度后，峰值温度 达６Ｏ 以上。对于水 泥用量较多的高强混凝土有时可超过７Ｏ～８Ｏ 。图１早期混凝土的温度变化与应力变化 随着混凝土温度通过峰值后降温并发生收 的大小与峰值温度 缩，原先在约束状态下形成的压应力很快下降至零，此时的温度为 ，零应力温度 相近，而混凝土中的温度收缩拉应力正是在 这一相当高的温度作为基准下冷却后产生的。零应力 温度越高，冷却时拉应力愈大，也愈容易开裂。实验数据表明，箱梁混凝土内部温度冷却到接近周围环境 气温的时间需１０ ｄ。 混凝土的热膨胀系数一般在１０×１０ ／ 左右，各龄期弹性模量Ｅ（ｔ）＝Ｅ。（１一ｅ。。 ），（其中Ｅ。为 混凝土的最终弹性模量，Ｅ ＝３．２５×１０ Ｎ／ｍｍ ），因此，在浇筑混凝土的早期阶段，混凝土尚未硬化，其弹 性模量较小，体积膨胀所产生的应力影响较小，但到后期阶段，随着水化的充分进行，表层混凝土产生收 缩，此时混凝土已经开始硬化，其弹性模量也不断增大，受内部混凝土的约束而产生较大的拉应力，当其 超过混凝土极限抗拉强度时，便产生裂缝 。 ３箱梁混凝土的温度监测 ３．１ 测温仪器配置 一孔箱梁测温仪器配置为：１２个测温探头ＷＲＮ一１Ｂ（Ｆ），引线长不小于１ ｍ，配数字温度表ＤＭ－６９０２ （测温范围一５０～７５０ ）；６个热电偶ＷＲＮＭ．１０２Ａ，引线长不小于２ ｍ，配数字温度表ＤＭ－６９０２（测温范 围一５０～７５０ ）；１个非接触测温仪ＭＴ４型，测温范围一ｌ８～２７５ 。 ３．２ 测温方案 （１）用ＷＲＮ．１Ｂ（Ｆ）测温探头，配备数字温度表ＤＭ－６９０２，测试箱梁顶板、底板混凝土芯部温度； （２）用ＷＲＮＭ．１０２Ａ测温探头，配备数字温度表ＤＭ－６９０２，测试箱梁左右腹板混凝土芯部温度； （３）用非接触式测温仪ＭＴ４测试顶板、左右腹板、底板混凝土表面温度； （４）用气温计测试环境温度。大体积混凝土的温差变化在１～７２ ｈ内波动最大，因此在这段时间现场 值班不间断测量，测试频率为每６ ｈ一次，测试时要求记录以下数据：混凝土入模温度；每次测温时间，各 测点温度值；各部位保温材料的覆盖和去除时间；浇水养护或恢复保温时间；异常情况如雨、风等发生的 时间。 ３．３温度测点的布设 梁体测温点共设ｌ８个。分别为：①箱梁１／４、１／２、３／４跨径梁顶板处，各２点，共６点，用ＷＲＮ一１Ｂ（Ｆ） 测温探头，在浇筑混凝土前，绑扎在顶板钢筋上，位于顶板混凝土１７０ ｍｍ深度内，测梁顶板混凝土芯部温 维普资讯 http://www.cqvip.com
第１期 李明：客运专线３２ ｍ后张预应力混凝土简支箱梁温度裂缝控制技术 １０９ 度。②箱梁１／４、１／２、３／４跨径左腹板处，各１点，共３点，用ＷＲＮＭ．１０２Ａ测温探头，待混凝土浇筑初凝 前，从顶板沿腹板竖向中心插入混凝土内１ ５００ ｍｍ，测梁左腹板混凝土芯部温度。③箱梁１／４、１／２、３／４ 跨径右腹板处，各１点，共３点，用ＷＲＮＭ一１０２Ａ测温探头，插入混凝土内１ ５００ ｍｍ，测梁右腹板混凝土芯 部温度。④箱梁１／４、１／２、３／４跨径梁底板处，各２点，共６点，用ＷＲＮ．１Ｂ（Ｆ）测温探头，在浇筑混凝土前， 绑扎在顶板钢筋上，位于底板混凝土１５０ ｍｍ深度内，测梁底板混凝土芯部温度。 ３．４测温安排 安排测温实验员１人，混凝土达到最高温升前（一般为２～３ ｄ），每天每隔６ ｈ测试１次，每日４次。 达到最大温升后，可减少为每日１次。测温记录每天要及时整理，混凝土芯部温度、表面温度和环境温度 取所’狈 数的平均值。整理完毕后，绘制时间一温度曲线。在混凝土达到最高温升前，根据时间（以小时 计）、温度，将芯部、表面、环境温度绘制成三条曲线。在混凝土达到最高温升后，可改为以每日为单位绘 制曲线。 ４温度收缩裂缝的控制措施 ４．１ 降低水化热及其释放速度 采用低热水泥，掺加粉煤灰、矿碴等矿料，减少水泥用量，能降低水化热。选用Ｐ．０４２．５普通硅酸盐 水泥，ＨＫＡ磨细矿碴粉为掺合料，以外加剂ＡＤＶＡ１５２聚羧酸延缓混凝土初凝时间，减小水灰比，以中粗砂 为细骨料，粗骨料选用５～１６ ｍｍ，１６～２５ ｍｍ二级级配。施工配合比为：水泥：细骨料：粗骨料：矿粉： 外加剂：水＝３９７：６６３：１ ０８１：９９：５．４：１５４。 ４．２ 降低混凝土的浇筑温度（入模温度） 混凝土温度过高造成混凝土的用水量随之增加，否则不能满足原有的坍落度要求；使混凝土水份蒸 发加快，塑性开裂的可能性增加。降低混凝土的浇筑温度有利于提高硬化混凝土的２８ ｄ强度和防止温度 收缩开裂。因此，在炎热气候下，入模前要尽量降低模板、钢筋温度，入模温度不高于气温且不超过３Ｏ ℃，控制在１８～２５℃。 为降低混凝土拌制温度，首先要控制投料时的原材料温度。在混凝土各组成中，水的比热为水泥、骨 料的５倍，对混凝土温度的影响最大。在施工中，采用冷水或冰水来降低混凝土的温度，同时，对骨料场 地采取遮盖措施，避免阳光直射引起温度上升。减少混凝土在输送过程由于环境影响造成温升，将搅拌运 输车的滚筒表面漆成白色，并尽量缩短输送时间。 ４．３控制散热过程并防止混凝土表面温度的骤然变化 当混凝土表面温度突然下降发生收缩并受到内部混凝土约束时，常会在表面产生龟裂，造成这种情 况往往是用过冷的养护水，或拆模后混凝土表面骤然暴露于冷空气中。为防止温度骤然变化，混凝土冷 却时的降温速度不能超过０．５～１℃／ｈ，否则会引起开裂。在施工中，按照温度监测数据，以箱梁混凝土 养护期间，混凝土内部的最高温度控制在５５～７Ｏ℃以下（注：《铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定》规 定为６５℃），混凝土表面的养护水温度与混凝土表面温度之间的温差控制在１５～２Ｏ℃以内，芯部最高温 度与表面温度之差不大于１５～２Ｏ℃为控制指标（注：《铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定》规定为１５ ℃），相应在混凝土表面设置隔热层，如土工布、麻布、草帘等，隔热层材料的热导率在３．６～０．５之间，使 表面混凝土的温度能缓慢的接近环境温度。 在混凝土浇筑后的初期，整个混凝土处于升温阶段，这时表面混凝土受压，此时不应设置隔热层。此 时，利用箱梁预应力管道注水，以降低混凝土芯部温度，同时在箱梁底板、顶板上蓄存一定养护水，传导出 部分混凝土芯部热量。 ５ 结束语 箱梁产生裂缝的原因很多，常见的有温度变化、混凝土收缩、模架系统变形、施工工艺和材料质量等 原因，针对因温度引起的混凝土裂缝的控制，着重主要以下三个方面采取措施： 维普资讯 http://www.cqvip.com
ｌｌ０ 石 家 庄 铁 道 学 院 学 报 第２０卷 （１）尽量选用低水化热水泥，改善骨料级配，减少水泥用量，降低水灰比，在混凝土中掺入具有减水、 增塑、缓凝作用的添加剂，从而降低混凝土自身产生的内部热量和释放速度。 （２）采取措施消散混凝土拌和料、模板、钢筋等外部材料的热量，控制混凝土入模温度在ｌ８～２５ ｃｃ， 使混凝土芯部温度不超过５５～７０ ｃｃ。 （３）加强混凝土养护期间温度监测，采取措施使混凝土芯部、表面、环境温度差在２０ ｃｃ以内，控制温 度梯度和降温速度。 混凝土的热膨胀系数一般在１０×１０ ／ｃｃ左右，按照计算，如发生ｌ０ ｃｃ的温差，温度收缩应变达到 １００×１０～／￣Ｃ，这在弹性状态下引起的拉应力会导致混凝土开裂，而本施工实践证明，箱梁温差达到２０— ３０ ｃｃ时也没有造成混凝土产生裂缝。分析原因，是因为箱梁混凝土没有受到完全的约束，以及早期混凝 土具有较大的塑性变形和徐变所致。实践证明，只要措施得当，混凝土温度控制在指标范围内，箱梁温度 收缩裂缝是可以避免的。 ． 参 考 文 献 ［１］陈肇元，崔京浩，朱金铨，等．钢筋混凝土裂缝机理与控制措施［Ｊ］．工程力学，２００６，２３（Ｓ１）：２５－２８ ［２］王心毅，杜秋宇．关于桥梁混凝土裂缝的探讨［Ｊ］．吉林交通科技，２００５（４）：３３－３４． Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｒａｃｋ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ ３２ ｍ ＰＴ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ Ｓｉｍｐｌｅ－ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ Ｂｅａｍ ｉｎ Ｐａｓｓｅｎｇｅｒ Ｓｐｅｃｉａｌ Ｌｉｎｅ Ｌｉ Ｍｉｎｇ （Ｔｈｅ １ ｌｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｒａｉｌｗａｙ Ｂｕｒｅａｕ Ｇｒｏｕｐ，Ｗｕｈａｎ ４３００７１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｃｒａｃｋ ｏｆ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｉｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｆａｃｔｏｒ ａｆｆｅｃｔｉｎｇ ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｂｏｘ ｂｅａｍ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＩｎ ．ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｒａｃｋ ｉｓ ｂｒｉｅｆｌｙ ｅｘｐｌａｉｎｅｄａｎｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ３２ ｍ ，ＰＴ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｂｏｘ ｂｅａｍ ｃａｓｔｉｎｇ ｏｎ ｍｏｖｉｎｇ ｆｏｒｍｗｏｒｋ ｉｎ ＹｏｎｇＴａｉＷｅｎ Ｐａｓｓｅｎｇｅｒ Ｓｐｅｃｉａｌ Ｒａｉｌｗａｙ Ｌｉｎｅａ ｗｈｏｌｅ ，ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｉｎ ｐｅｒｉｏｄｓ ｉｓ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅａｓｕｒｅｓ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ａｎｄ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ， ｗｂｉｃｈ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｓｉｍｉｌａｒ ｗｏｒｋｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｐｒｅ—ｓｔｒｅｓｓｅｄ ｃｔｍｃｒｅｔｅ ｂｏｘ ｂｅａｍ；ｃｒａｃｋ；ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅａｓｕｒｅｓ （责任编辑杨继成） 舍 √ ．舍 疗 全 合 詹 詹 ／ 、： 合 岔 金 金 舍：金 仝： 金：舍： 舍：舍：舍：舍！舍！ （上接第９７页） Ｔｈｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｄｉｓｐｕｔｅｓ Ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ ｉｎ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｐｒｏｊｅｃｔ Ｃｏｎｔｒａｃｔｓ Ｚｈａｎｇ Ｌｉａｎｙｉｎｇ， Ｆｕ Ｚｈｅｎｊｉａｎｇ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｏｆ ＴｉａＴｌｊｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｃｉｔｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ ３０００７２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｆａｓｔ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ｐｒｏｊｅｃｔｓ，ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｃｏｎｔｒａｃｔｓ ｆｏｒ ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ｐｒｏｊｅｃｔｓ ａｒｅ ｓｏ ｗｉｄｅｌｙ ｅｍｐｌｏｙｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｄｉｓｐｕｔｅｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｅｍｐｌｏｙｅｒ ａｎｄ ｃｏｎｔｒａｃｔｏｒ（Ｓ）ｈａｐｐｅｎ ｆｒｅｑｕｅｎｔｌｙ．Ｈｏｗ ｔｏ ｓｅｔｔｌｅ ｔｈｅｓｅ ｄｉｓｐｕｔｅｓ ｂｅｃｏｍｅｓ ａ ｆｏｃａｌ ｐｏｉｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．ｔｈｉｓ ｔｈｅｓｉｓ ｗｉｌｌ ａｎａｌｙｚｅ ａｎｄ ｃｏｍｐａｒｅ ｔｈｅ ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ ａｓｐｅｃｔｓ：ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ ｏｆ ｄｉｓｐｕｔｅｓ—ｓｅｔｔｌｉｎｇ ｏｆ ｆｏｕｒ ｃｏｍｍｏｎｌｙ ｕｓｅｄ ｐｒｏｊｅｃｔ ｃｏｎｔｒａｃｔ（ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ｃｏｎｔｒａｃｔ ｆｏｒ ｃｏｎ． ｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｉｎ ＦＩＤＩＣ、ＮＥＣ、ＪＣＴ ａｎｄ ＡＩＡ）；ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ ｏｆ ａｒｂｉｔｒａｔｉｏｎ；ｔｈｅ ｓｔａｒｔｉｎｇ．ｔｉｍｅ ｏｆ ａｒｂｉｔｒａｔｉｏｎ．ｔｈｅ ｓｕｉｔ． ａｂｌｅ ａｒｂｉｔｒａｔｉｏｎ ｒｕｌｅｓ；ｔｈｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ａｒｂｉｔｒａｔｉｏｎ ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｒｉｇｈｔｓ ａｎｄ ｏｂｌｉｇａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｅｄ ｓｉｄｅｓＢｖ ．ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｎｇ ｔｈｅ ｓｉｍｉｌａｒｉｔｉｅｓ ａｎｄ ｄｉｆｅｒｅｎｃｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｄｅａｌｉｎｇ ｗｉｔｈ ｄｉｓｐｕｔｅｓ，ｄｉｓｐｕｔｅｓ ｉｎ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｃｏｎ． ｔｒａｃｔｓ ｍａｙ ｂｅ ｂｅｔｔｅｒ ｒｅｓｏｌｖｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ｐｒｏｊｅｃｔ；ｃｏｎｔｒａｃｔ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ；ｄｉｓｐｕｔｅ；ａｒｂｉｔｒａｔｉｏｎ （责任编辑 车轩玉）