高速铁路桥梁工程大体积高性能混凝土施工温度控制措施探讨_百度

1、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导读客运专线建设中,大体积耐久性混凝土被广泛应用,因为耐久性的要求客运专线混凝土验收规范中有着目前各类工程中最严格的温度控制标准。高性能混凝土施工温度控制措施探讨马瑞华(中铁十七局集团,山西太原,030006摘要:客运专线建设中,大体积耐久性混凝土被广泛应用,因为耐久性的要求客运专线混凝土验收规范中有着目前各类工程中最严格的温度控制标准。本文以郑西线桥梁工程为例,对施工中的温度控制进行了探讨,本文对温度控制中的计算和实测的温度值以及采用的工程措施,这些数据和经验对其他客专建设有一定的借鉴和参考价值。关键词:客专;桥梁;大体积混凝土;温度控制

2、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。以我们担负施工的郑西客专11标为例,线路全长50.245公里,桥梁长45公里,桥梁所占比例90%,梁部主要以32米简支箱梁为主,配以主跨40米、48米、90米、120米连续梁,承台尺寸以7.5×12×3.5m(承台有加台1m为主,最大尺寸为22.2×22.2×4m,桥墩最小截面尺寸6.8×3.1m,预制简支箱梁最大厚度为1.08m。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

3、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,

4、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

5、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2005160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: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

6、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。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。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

7、高性能混凝土暂行技术条件规定如下:混凝土入模温度宜控制在530;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。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:混凝土的内表温差应小于25;混凝土上下层温差小于19;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;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,

8、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=W0C+F(50W:每方水泥用量(/m3;F: 每方混凝土中粉煤灰用量(kg

9、/m3;0: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·:混凝土的密度2400(由配合比确定;: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

10、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,取等于0.73则:Tm=W0c+F/50=255×3500.98×2400×0.73+120/50=30承台厚度为3.5m时,取等于0.83:Tm=W0c+F/50=255×3500.96×2400×0.83+120/50=34.5承台厚度为4m时,取等于0.95:Tm=W0c+F/50=255×3500.96×2400×0.95+120/50=39预制箱

11、梁高3.5m,最大厚度为1.08米,取值无法参照上表,根据我们施工现场实测反算,取值0.8时,与实测值较为吻合:Tm=W0c+F/50=330×3500.96×2400×0.8+85/50=41.82、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+TmT0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-TST1=0.9(WCTC+WSTS+WgTg+4.2TW(WW-PsWs-PgWg+C1(PsWsTs+PsWsTs-C2(PsWs+PgWg÷4.2Ww+0.9(Wc+Ws+WgTb=0.16(T

12、1-Td1Ts=(t+0.032n(T2-TdT2=T1-Tb式中:T1 混凝土拌合物的温度(;T2混凝土从搅拌机倒出的温度(;Tb 混凝土在搅拌过程中的热量损失(;Ts混凝土运输至成型的温度损失(;Td室外气温,夏季28,冬季-5;Td1搅拌棚内温度,夏季28,冬季10;每小时温度损失系数,取0.25;t混凝土运输至成型的时间(h。取0.5。n混凝土倒运次数,取1;WW、Wc、Ws、Wg水、水泥、砂、石的用量(kg;Tw、Tc、Ts、Tg水、水泥、砂、石的温度(;Ps、Pg砂、石的含水率(%,取4%、0;C1、C2水的比热容(KJ/kg.K及溶解热(KJ/kg当骨料温度>0时,C1=4

13、.2,C2=0;当骨料温度0时,C1=2.1,C2=335;因此,取部分有代表性的环境温度,计算在不同季节内部最高温度,以便以此来采用相应的工程措施。四、客运专线大体积混凝土温控的工程措施的探讨根据以上温度计算结论,不同的季节和环境温度,从降低内外部温差等方面入手,从工程实际出发,具体施工中我们采用了以下工程措施: 1、冬季温控措施。(1原材料控制。原材料控制主要措施采用加热拌合用水为主,辅以骨料、外加剂保温。拌合站采用两台4t锅炉加热拌合用水,拌合用水入机温度不低于30,不高于80。粗细骨料置于暖棚内,在暖棚内生火炉,暖棚内不低于5。混凝土拌合站搭设暖棚,搅拌时棚内温度不低于10,粗细骨料输

14、送带用篷布包裹,减少热量散失。在混凝土浇筑前对已绑扎好的钢筋及支护好的模板采取搭棚保温,保证钢筋及模板的温度。搅拌时应先投入骨料、水,充分搅拌后再投入水泥、矿物掺合料、外加剂,搅拌时间以最后一种材料投入搅拌机内开始计算,搅拌时间一般较正常温度下延长50%左右(2分钟。输水管、送料带、混凝土罐车、泵车和管道采取包裹保温措施,减少中间倒运环节缩短运输时间,减少混凝土施工过程中的热量散失。混凝土浇筑分层连续浇筑,分层厚度不得小于20cm。并尽量缩短每层浇注的分段长度,减小混凝土的散热面。(2保温措施及养生。承台、桥墩在混凝土浇筑成型后,立即进行防寒保温,防寒保温措施采用暖棚法,暖棚在浇注混凝土前预先

15、搭设,暖棚由双层脚手架做骨架,外侧使用篷布包裹,待混凝土浇注完成后顶部使用同样方法覆盖,在暖棚内设置炭火加热水的方式增温。墩台身要布设测温点,安排专人对结构物进行温度测量,混凝土表面温度与棚内温度温差不大于20。混凝土抗压强度达到设计强度的30%,混凝土芯部与表面,表面与环境的温差不大于20方可拆模,当环境温度在0以下时,待混凝土冷却至5以下且混凝土与环境温之间的温差不大于15后,方可拆除模板。拆除模板时边内用塑料布外用棉被对拆除部分包裹,并对结构物喷涂养护剂,包裹时间自拆除模板时计不小于21天,同时拆除暖棚。对于22.2×22.2×4m承台其内部理论温度高,散热慢,除采取

16、上述保温措施之外,同时采取布设冷却管进行降温,散热管采用耐腐蚀的镀锌钢管。共布设3层直径50mm冷却管,竖向层距1m,水平间距1.3m,见图3. 承台基坑的顶部和底部各放置一个水箱,利用高差形成的势能完成水循环。进出水管之间用塑料管连接,在散热管的每个出水口设置一阀门控制流量。当混凝土浇注至该层散热管标高时,即通水散热,单根散热管流量按不小于1.5m3/h控制,通水时间不小于12天。预制梁冬季施工采用蒸汽养护,蒸汽养护分静停、升温、恒温、降温四个阶段。在施工前预设保温养护棚,保温养护棚保温材料采用双层蓬布并与梁体顶板间应保留一定净空。在预制厂内设置锅炉房,安装全自动锅炉及其配套设备,铺设蒸汽管

17、道到每个生产台座,并在其旁边设置蒸汽管道出汽口,安装专用的供气阀,以控制蒸汽的输送速度。梁体混凝土浇注完毕后立即用养护棚将其封闭,通过预通蒸汽的方法保证静停期间棚温不低于5,灌筑完4h后开始升温,升温速度不得大于10/h,恒温养护期间蒸汽温度不超过45,混凝土芯部温度不宜超过60;降温速度不得大于10/h。在箱梁两外侧蓬内、内箱、混凝土芯部、混凝土表层各布置两个点,安排专人连续观测记录,升温阶段每0.5h观测一次、恒温阶段每1小时观测一次。蒸养期间保证梁体混凝土芯部与表层、表层与环境温差不超过15。梁体在制梁台位蒸养棚内养护到强度、弹性模量达到设计值的100%。为了降低温差裂纹产生的可能性,拆

18、模前进行预张拉。模板拆除后,立即喷洒养护剂。预应力孔道压浆时,搭设暖棚,保证棚内温度在5以上,确保预应力孔道压浆施工在正温下进行。(3布置测温系统。为了实测温控效果,验证计算结果,以便现场控制,承台、墩身施工中,针对不同的环境温度,对部分承台、墩身的温度进行了监测,以便调整方案。(4温控效果分析。混凝土在入模后10小时后迅速升温,48小时后达到最高。承台厚3.5米芯部最高温度为45,距承台中心3米处最高温度42,距承台边10cm处最高温度38,暖棚内温度15;承台厚4米芯部最高温度为49,距承台边10cm处最高温度42,暖棚内温度15;桥墩芯部最高温度41,距墩边10cm处最高温度36,暖棚内

19、温度15;箱梁芯部最高温度为55,模下温度最高为49,蒸养温度最高为51。2、夏季温控措施。(1原材料控制。对水泥罐用遮阳布覆盖并用高压水枪向水泥罐喷水降温,以降低水泥温度对混凝土出机温度的影响,水泥入机温度不得大于40。砂、石料存放场内用蓬布覆盖,避免阳光直射,提前将拟用于工程的材料转运至搭设遮阳棚的料仓内,降低骨料进入搅拌机的温度。拌合用水在混凝土拌合前从深井抽取,确保水温不超过20,并在拌和站水管及水箱上加设遮阳和隔热设施,并避免拌和用水在水箱中长期存放。混凝土搅拌站料斗、皮带运输机、搅拌机采取搭设遮阳棚遮阳,避免日光直射,搅拌根据搅拌方量选择在一天气温较低的时间段进行,搅拌前对相关搅拌

20、设备进行洒水降温,使用时与混凝土材料接触面不得存在附着水。尽量在满足规范要求的前提下缩短搅拌时间。在进行混凝土搅拌前,除对骨料含水率进行测量外,还对环境温度以及胶材、骨料、水等材料的温度进行测量,并形成相关记录，确保混凝土出机温度不大于 30时。采用混凝土运输搅拌车 运输混凝土，混凝土搅拌车在施工前停放于遮阳棚内，以降低罐体的 温度，在使用前用水冲洗罐体降温。尽量缩短运输时间，将搅拌至浇 注时间尽量控制在 1h 之内。混凝土浇筑根据施工方量尽量选择在一 天气温较低的时间段进行， 在进行混凝土浇注时须进行混凝土拌和物 性能试验以及对混凝土温度进行测量， 混凝土入模温度不宜高于气温 且不宜大于 3

21、0。模板拼装到位后，模板周围宜采取遮阳措施，防 止钢模板被阳光直射。在浇注混凝土前，可采用冷水淋洒钢模板外侧 以降低模板温度，混凝土模板和钢筋的温度不超过 28，但在浇筑 时不能有附着水。与混凝土接触的各种工具、机具、设备和材料等不 要直接受到阳光曝晒，在使用之前进行适当的湿润冷却并加以遮盖。 （2） 养护措施。 墩台身在混凝土浇注完毕后， 对于混凝土的裸露面， 及时采用防水布覆盖，并保持湿润，防止塑性裂纹的产生。拆模前养 护期间在模板外侧搭设遮阳设施，防止阳光直射模板。混凝土强度满 足要求后可拆除模板，混凝芯部土与表层混凝土之间的温差、表层混 凝土与环境之间的温差小于 20时方可拆模。混凝土去除表面覆盖 物或拆模后，对混凝土采用浇水或覆盖洒水等措施进行保湿养护，保 湿养护期间应采取遮阳和挡风措施，以控制温度和干热风的影响。洒 水养护用自动喷水系统和喷雾器，湿养护应不间断，不得形成干湿循 环。在混凝土表面处于潮湿状态时，迅速采用麻布将暴露面混凝土覆 盖，再用塑料将麻布包裹。 （3）温控效果分析。采用前述相同的测温方法，测得混凝土在入模 11 后 10 小时后迅速升温，48 小时后达到最高。承台厚 3.5 米芯部最高 温度为 60，距承台中