【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，研究了高強混凝土早期水化熱溫度的特點，建議在施工中要采用相應的措施，以防止水化熱溫度產(chǎn)生箱梁混凝土的裂縫。
【關鍵詞】箱梁 高強混凝土 水化熱

一、引言
隨著材料的更新，施工技術的進步，預應力混凝土連續(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應力混凝土箱梁的墩頂段底板厚度都超過了1.0m。同時，箱梁采用的混凝土設計強度較高，一般都超過50MPa，屬于高強混凝
土，相應單方水泥用量較多，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應力混凝土連續(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為90m＋3 X 165m＋90出的預應力混凝土連續(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。
箱梁混凝土的設計強度為50MPa，接配合比設計，實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度高、單方混凝土中水泥用量較大及施工季節(jié)特點，工程指揮部決定對箱梁混凝土的水化熱溫度影響進行觀測與研究，以保證箱梁混凝土澆筑后不出現(xiàn)表面裂紋。

三、測點布置
溫度測點采用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，觀測的重點是箱梁底板。
箱梁底板混凝土溫度測點的平面布置見圖1。圖1中，沿底板厚度方向上設3個溫度測點，測點2，5，8，…，20，23為板半高處測點，而其余各點為底板的上表面和下表面的測點，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測試。
參考有關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，混凝土澆筑后即進行定時測溫工作。

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2和測點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測值為67.2°C，是混凝土澆筑后39h達到的。
圖2中曲線1比曲線2的下降段平緩，主要是因為測點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溫度擬合得到的水化熱溫度分布圖見圖3。圖中的測點20為板厚度半高處的測點，而測點19和測點21分別為混凝土上表面和下表面的測點。

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19和測點21的溫度在同一時刻并不相同。初步分析認為主要是測點19位于底板上表面處，而底板上表面是暴露于大氣之中，大氣和風有直接散熱作用，因而上表面混凝土降溫較快，而測點21位于底板下表面，底板下面為鋼模板，其導熱系數(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)實測資料，混凝土表面溫度大約在混凝土澆筑 15h后達到最高值溫度 45.9℃，而混凝土內(nèi)部溫度在 24h后才達到最高溫度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到的時刻不同。
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達到最大差值 18.9℃。
與普通混凝土不同，箱梁采用的高強混凝土往往早強。就北汊主橋箱梁而言，在3d內(nèi)即可達到設計強度的60％，相應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算公式有兩種，下面分別以文獻[1]和文獻[2]的公式討論0號塊的最高溫升值的預測。
文獻［1]的計算公式為：

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）。
按上式計算，估算結(jié)果為Tmax=50℃。
文獻［2」的計算公式為：
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)，隨混凝土標號、最小尺寸而異，此處取12。
按上式計算，估算結(jié)果為Tmax＝67℃。
0號塊底板實測最高溫度為 Tmax＝67.2℃。與兩個估算結(jié)果進行比較可知，文獻[2]的估算結(jié)果與實測值十分相近。文獻[1]參照一般大壩施工的有關資料，并按照熱傳導公式對混凝土內(nèi)部最高溫度進行估算[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混凝土，大壩混凝土相比強度較低；箱梁四面懸空支承在支座上或施工期間支承在臨時錨固上，而大壩與地基相連，兩者的邊界條件不同。而文獻［2]的計算公式是經(jīng)過對上建工程中大體積鋼筋混凝土實測資料統(tǒng)計整理后得出的，因而，其計算結(jié)果與箱梁底板實測量高溫升相近。
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－一混凝土的計算厚度；
h’--混凝土的虛厚度；
h--混凝土的實際厚度；
ΔT－－混凝土中心溫度與外界氣溫之差的最大值；
λ--混凝土的導熱系數(shù)，此處可取 2.33W／m· K；
K--計算折減系數(shù)，根據(jù)試驗資料可取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號塊底板混凝土計算與實測值表。

六、結(jié)語
高強混凝土在大跨徑箱梁中的使用越來越多。由于高強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，同時也保證高強混凝土的后期強度。

參考文獻
［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：同濟大學出版社，1995
［3］陳肇元，朱金銓，吳佩剛.高強混凝土及其應用.北京：清華大學出版社，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