混凝土温控

客运专线桥梁工程大体积高性能混凝土施工温度控制措施探讨

一、概述

目前在客运专线建设中，由于无砟轨道对工后沉降的要求，桥梁工程的比例很大，几公里乃至几十公里的大型桥梁工程越来越多。按照《客运专线铁路桥涵工程施工技术指南》及《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》的判断标准，以上承台、墩身及预制梁均属于大体积混凝土，而客运专线桥梁设计使用年限长，耐久性要求高，可见在客运专线桥梁工程中，大体积混凝土、耐久性混凝土被广泛应用。大体积混凝土必须采取必要的降温防裂措施，大体积混凝土开裂的主要原因是混凝土内外较大的温差造成的温度裂缝，而温度裂缝主要由混凝土水化热引起，混凝土水化热引起的温度裂缝大多发生在结构施工初期，宽度较大且贯通裂缝比较多，对结构耐久性、透水性会产生严重影响。因此，客专桥梁的高性能、大体积混凝土的施工温度控制及温度裂缝已成为施工质量控制的难点和关键环节。

二、大体积混凝土的温度裂缝原因分析及温控标准

1、大体积混凝土的温度裂纹成因分析。混凝土裂缝产生的原因主要有干缩裂缝，温度裂缝，钢筋锈蚀裂缝，钢筋锈蚀裂缝，碱-骨料反应裂缝，超载裂缝等，而大体积混凝土的温度裂缝主要由混凝土水化热引起的。

目前温度裂缝产生主要原因是由温差造成的。温差可分为以下三种：混凝土浇注初期，产生大量的水化热，由于混凝土是热的不良导体，水化热积聚在混凝土内部不易散发，常使混凝土内部温度上升，而混凝土表面温度为室外环境温度，这就形成了内外温差，这种内外温差在混凝土凝结初期产生的拉应力当超过混凝土抗拉强度时，就会导致混凝土裂缝；另外，在混凝土的降温期拆模前后，表面温度降低很快，造成了温度陡降，也会导致裂缝的产生；当混凝土内部达到最高温度后，热量逐渐散发而达到使用温度或最低温度，它们与最高温度的差值就是内部温差；这三种温差都会产生温度裂缝。在这三种温差中，较为主要是由水化热引起的内外温差。

2、客运专线桥梁工程大体积混凝土的温度控制标准。针对以上温度裂纹产生的原因，为控制大体积混凝土的温度裂纹，不同的规范、不同工程给出了不尽相同的温度控制标准。《客运专线铁路桥涵工程施工技术指南》（TZ213-2005）、《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》及《铁路混凝土工程施工质量验收补充标准》（铁建设〔2005〕160号）界定了大体积混凝土的最小断面尺寸及温度控制标准。《铁路混凝土工程施工质量验收补充标准》对温控标准做了如下规定：

①混凝土养护期间，混凝土内部最高温度不宜超过65℃，混凝土内部温度与表面温度之差、表面温度与环境温度之差不宜大于20℃（墩台梁体混凝土不宜大于15℃），养护用水温度与混凝土表面温度之差不得大于15℃。

②蒸汽养护时：蒸汽养护分为静停、升温、恒温、降温四个阶段。静停期间应保持环境温度不低于5℃，混凝土浇筑完成4-6h后方可升温。升温、降温速度不得大于10℃/h，恒温期间混凝土内部温度不宜超过60℃，最高不得大于65℃；蒸养结束后，应及时采取措施，继续对混凝土进行保温保湿自然养护，其中大体积混凝土养护时间不宜小于28d。

③拆模时混凝土芯部与表层、表层与环境之间的温差不得大于20℃（墩台、梁体芯部混凝土与表层混凝土之间、表层混凝土与环境之间以及箱梁腹板内外侧之间的温差均不得大于15℃）。混凝土内部开始降温前不得拆模。

《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》规定如下：①混凝土入模温度宜控制在5～30℃；

②新浇筑混凝土与邻接的已硬化的混凝土或岩土介质间浇筑时的温差不得大于15℃。③养护时混凝土的芯部与表层、表层与环境之间的温差不宜超过20℃（截面较为复杂时，

不宜超过15℃）。

《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）中给出了内外温差为25℃的控制标准，文献6中对高性能混凝土也给出了25℃的标准，在文献7中，苏通大桥经过论证采用了以下标准：①混凝土的内表温差应小于25℃；②混凝土上下层温差小于19℃；③混凝土的浇筑温差小于T+4℃（T为浇筑期平均气温），混凝土最高温升不超过35℃；④控制降温速度在2℃/d左右。

可见，不管对于内外温差限值、降温速度限值等主要控制指标，《铁路混凝土工程施工质量验收补充标准》的规定都最为严格，实际施工实际中也最难以达到。

三、客运专线桥梁大体积混凝土的温控计算

根据规范和标准中给出的温度控制标准，具体施工中必须根据计算和实测温度值，以此来决定采取何种的工程措施，以保证工程质量。客运专线桥梁的承台、墩身、预制箱梁截面尺寸基本相同，针对简支梁等截面墩身、承台及32m预制箱梁，对混凝土施工过程中的温度计算如下：

1、客专桥梁工程混凝土内部绝热升温计算。客专桥梁工程的承台、桥墩一般采用C30混凝土，梁部采用C50混凝土。可采取下式近似计算大体积混凝土内部最高温度：

Tm=Wθ0Cρζ+F(50)

W：每方水泥用量（/m3）；

F: 每方混凝土中粉煤灰用量（kg/m3）；

θ0：水泥28天水化热，我们在郑西客专中选用了陕西社会水泥厂P·O 42.5R水泥，水化热为350J/g；

C：混凝土比热取0.96KJ/kg·℃；

ρ：混凝土的密度2400（由配合比确定）；

ξ：不同厚度的浇筑块散热系数；

以我们在郑西线中的配合比为例进行计算，C30混凝土配合比为：1：2.89：4.33：0.61：0.47：0.014，每方混凝土中水泥用量255 kg，细骨料736 kg，粗骨料1103 kg，粉煤灰120 kg，水155 kg，外加剂3.56 kg。

C50混凝土配合比为：1：2.23：3.36：0.26：0.24：0.016，每方混凝土中水泥用量330kg，细骨料736 kg，粗骨料1110 kg，粉煤灰85 kg，矿粉80 kg，水108kg，外加剂5.445 kg。普通简支梁等截面桥墩混凝土厚度为3.1m，取ξ等于0.73则：

Tm=Wθ0cρζ+F/50=255×3500.98×2400×0.73＋120/50＝30℃

承台厚度为3.5m时，取ξ等于0.83：

Tm=Wθ0cρζ+F/50=255×3500.96×2400×0.83＋120/50＝34.5℃

承台厚度为4m时，取ξ等于0.95：

Tm=Wθ0cρζ+F/50=255×3500.96×2400×0.95＋120/50＝39℃

预制箱梁高3.5m，最大厚度为1.08米，ξ取值无法参照上表，根据我们施工现场实测反算，ξ取值0.8时，与实测值较为吻合：

Tm=Wθ0cρζ+F/50=330×3500.96×2400×0.8＋85/50＝41.8℃

2、不同环境温度时混凝土内部最高温度计算

混凝土内部最高温度按下式计算：

Tmax=T0+Tm

T0——混凝土入模温度（℃）

混凝土拌合物的入模温度按下式计算：

T0=T1-Tb-TS