预制混凝土箱梁快速降温的措施及效果分析

周勇政，朱尔玉，李学民，2，亓永秋

(1.北京交通大学 土木建筑工程学院，北京 100044;2.中铁四局集团有限公司，合肥 230023;3.莱芜市高级技工学校，山东 莱芜 271100)

我国铁路客运专线采用的预制箱梁，具有局部尺寸大、强度高、单方水泥用量大等特点。在水泥水化过程中，混凝土放热速率快、放热量大、内部水化热散发慢，预制箱梁梁体温度可能超过70℃［1－2］。在箱梁降温的过程中，由于混凝土导热性较差，箱梁局部的降温速度只有0.34℃/h。为满足《铁路桥涵工程施工技术指南》中“拆除模板时，梁体混凝土芯部与表层、表层与环境温差不宜超过15℃”的规定。降温过程将占用大量的时间，延长了箱梁的预制周期。

本文针对预制箱梁梁体温度降低慢的问题，结合某线龙王梁场的试验措施，对试验结果进行了初步分析，并进一步提出了预制箱梁快速降温的建议，以期为箱梁的设计与施工提供有益的参考。

1 工程概况

中铁四局集团某客运专线河南段项目部龙王梁场，共需预制399榀简支箱梁，其中32 m箱梁387榀，24 m箱梁12榀。以32 m预制箱梁为例，预制箱梁为双线预制整孔单箱单室结构，梁体详细尺寸见表1。

表1 箱梁结构尺寸参数 mm

梁体一次浇筑成型，混凝土用量为324 m3，浇筑时间为7 h。梁体的混凝土强度等级为 C50，弹性模量为43.4 GPa，每立方米混凝土材料用量为:水泥(P.O 42.5)342 kg，粉煤灰(Ⅰ级)82 kg，矿粉(S95)58 kg，细骨料(中砂)698 kg，粗骨料(5 ～20 mm)1 132 kg，外加剂(RAWY101)5.8 kg，拌合水(饮用水)108 kg。

龙王梁场的预计施工时间约为一年，在温度较高的季节，预制箱梁仅需自然养护即可;而在温度较低的季节，需进行蒸汽养护。但不论采用何种养护措施，箱梁芯部温度都降低得十分缓慢，因此研究预制箱梁快速降温的措施对加快施工进度，提高经济效益具有十分重要的意义。

2 快速降温措施

2.1 预应力孔道通入循环水

在预制箱梁混凝土浇筑完成8～10 h后，混凝土达到终凝，将预埋橡胶棒抽出，形成预应力孔道，预应力孔道的位置及编号如图1所示。待抽出预埋橡胶棒形成预应力孔道后，将 N4、N5、N8、N9孔道用橡胶短管相连，形成循环通路，利用水泵及时地向预应力孔道中注水，循环水由N9孔道泵入，流经一个循环，从N4孔道流出。循环用水的水温与预制箱梁梁体芯部温度之差宜控制在15℃以内，防止预制箱梁因温差过大而出现裂缝;同时，温差应>10℃，否则，达不到快速降温的效果。在停止循环水之后，预应力钢绞线张拉之前，对通入循环水的孔道进行清孔，清孔方法采用倒虹吸法。

通过该项措施，由循环水的流动带走预制箱梁混凝土内产生的部分水化热，达到降低预制箱梁梁体的最高温度，加快梁体降温速率的目的;同时，由于预应力孔道位于梁体腹板芯部位置，此项措施还可以减小梁体腹板芯部与表层的温差，避免出现温度裂缝。

图1 预应力孔道位置及编号(单位:mm)

2.2 鼓风机的使用

预制箱梁的顶板、腹板、底板在端部位置都加厚，使得预制箱梁的内腔呈现出跨中位置空间大、端部位置空间小的缩口形状。同时，由于内模的存在，极大地限制了腔室内部空气的流通，使得箱梁内腔温度较高，降温速度较慢，进而导致预制箱梁梁体温度降低缓慢。

针对这一问题，从蓄水养护开始，就立即在预制箱梁两端各放置一台大功率鼓风机进行通风，通风方向须一致，即一台鼓风机向箱梁内腔内部吹风，另一台鼓风机从箱梁内腔向外吹风，从而使预制箱梁内腔空气流通，加速散热。本次试验使用的是江苏常州产的SFG7－4型离心鼓风机，额定转速1 450 r/min，风量为24 500 m3/h。

2.3 从控制箱梁混凝土的入模温度入手

对拌合物的原材料温度加以控制:

1)把已筛选好的砂子、碎石分别堆存于梁场全封闭的料棚内，尽量加大骨料的堆存高度，同时采取喷水降温措施。

2)拌合用水直接抽取深层地下水，水温较低且恒定。为了提高预冷混凝土的效果，在拌合用水中加入碎冰屑，进一步降低拌合用水的温度。

3)水泥罐采用六个罐体循环倒用，以延长胶凝材料的存放时间，水泥在搅拌时温度保持在30℃ ～45℃之间。

2.4 浇筑时段的选择

在夏季，白天温度较高，中午时段外界温度可达35℃以上。因此，预制箱梁混凝土的浇筑时段应选择在每天下午6时以后，至次日上午10时以前，既可避开模板、钢筋高温时间段浇筑，也可以在一定程度上降低混凝土拌合物的温度，有利于降低预制箱梁梁体的最高温度。

2.5 遮阳棚的使用

在温度较高的季节，阳光照射强烈，为防止阳光直射在混凝土、模板的表面，造成箱梁混凝土表层温度过高，表面水分蒸发过快，在预制箱梁混凝土浇筑完成后，及时覆盖遮阳棚，避免阳光的直射。

目前，在预制箱梁的施工中，措施2.3～2.5的应用比较普遍，而措施2.1、2.2的应用则很少。针对这种情况，本文进行了对比试验。

本次试验对同时浇筑的两榀箱梁分别进行温度测试，于9月份在龙王梁场进行，预制箱梁采用自然养护养生，外界环境温度比较高，白天阳光照射强烈。第一榀试验梁采用的措施如2.3～2.5所述;第二榀试验梁采用了上述介绍的全部措施。

3 温度测试及效果分析

试验箱梁的温度测试采用航源平洋无线测温系统。将无线测温元件埋于混凝土箱梁内部预定的测点位置，通过电缆线接在梁体外部的集线盒上，测得的温度信号经过接在集线盒上的无线发射装置发射出去。室内的无线接收装置与电脑相连，接收到的温度信号经过信号转换器，转换为电脑可识别的数字信息，由配套的软件，直观、精确地显示出来;并可实现温度数据的存储、处理、打印等功能。温度数据的记录频率可由用户自己设定，温度分辨率为0.01℃。

图2 预制箱梁温度测点布置(单位:mm)

3.1 测点布置

箱梁温度测试点应具有代表性，并按截面尺寸越大，温度越高的原则布置在温度最高点处，同时应考虑测量截面的温度分布等。根据预制箱梁结构沿纵向对称的特点，仅取跨中和支点两个截面布置测点即可;同时，预制箱梁结构沿横向也对称，故取跨中和支点两个截面的一半布置测点，即可记录预制箱梁的整体温度变化情况。

本次试验每榀梁布置梁体温度测点29个，环境温度测点5个。其中跨中截面布置12个，支点截面布置12个，温度测点的布置位置如图2所示。

3.2 测量结果

预制箱梁体积较大，混凝土浇筑用时共计7 h，各测点的温度测量是从混凝土加水搅拌为起始点的。试验梁中温度测点布置较多，由于本文篇幅有限，特选取几个有代表性的温度测点，在不同的降温措施条件下，分别绘出温度随时间的变化曲线，以检验快速降温措施的有效性。

选取的测点为:T3、T9、T10、T11、T13、T21、T23。从整体的测温结果来看，这些测点的温度较高，降温速度较慢，是预制箱梁梁体温度能否达标的控制点。各测点的温度随时间的变化曲线见图3～图8。图中，自然养护表示试验梁采用2.3～2.5的措施;通水养护表示试验梁采用了2.1～2.5的全部措施。

图3 跨中上倒角处测点的温度变化曲线

图4 跨中腹板中部处测点的温度变化曲线

图5 跨中下倒角处测点的温度变化曲线

图6 支点上倒角处测点的温度变化曲线

图7 支点腹板处测点的温度变化曲线

图8 支点下倒角处测点的温度变化曲线

为加快施工进度，预制箱梁的模板需在满足规范要求的条件下，尽早拆除。拆模一般都在白天进行，本次试验的时间为9月份，白天气温多在25℃以上。根据文献［3］中温差不大于15℃的规定，当预制箱梁内部温度达到40℃时，侧模必定可以拆除。为更加明确的看出两组试验梁的温度变化情况，将试验梁的顶板、腹板、底板的温度数据列于表2、表3中。其中，表2为第一组试验梁的温度数据;表3为第二组试验梁的温度数据(表2、表3中，“H”表示某一测点温度达到40℃时所需要的时间)。

表2 第一组试验梁的温度变化情况

表3 第二组试验梁的温度变化情况

3.3 效果分析

1)由图3～图8中的曲线可以看出，无论采取何种降温措施，预制箱梁梁体各个部位的最高温度均出现在混凝土搅拌后的22～29 h的范围内。两组试验梁的最高温度均出现在端部腹板与顶板交叉处T13的位置，第一组试验梁的最高温度达67.22℃，已经超出规范的要求，且高温持续的时间较长;第二组试验梁的最高温度为60.53℃，且高温持续时间相对较短，由此可见，通入循环水对降低梁体的最高温度具有显著的效果。

2)对第二组试验梁的腹板，跨中 T10点、端部T13、T21点的最高温度降低约5～8℃，降温速率由第一组的0.4℃/h升至0.6℃/h左右，高温持续时间也明显缩短，其中效果最为显著的是端部的T21点，其余位置的降温效果并不十分显著。究其原因，是因为降温较快的位置与腹板中的预应力孔道较为接近，孔道中通入循环水对这些位置的温度影响尤为显著。在两组试验梁的顶板与底板中，跨中的最高温度都较低，这与梁体表面浇水养护、内腔有鼓风机通风、跨中梁体尺寸较小有密切的关系;而端部的温度相对较高，是由于端部梁体混凝土尺寸较大的缘故。

3)混凝土的温差是引起预制箱梁梁体温度应力的直接原因，温差过大，甚至会造成梁体开裂。施工中，梁体的最大温差一般都发生在梁体尺寸较大处，如箱梁端部腹板及倒角处。在本次试验中，梁体芯部与表面的温差都未超过规范的规定值。但第二组试验梁由于通入循环水，降低了梁体芯部的温度，使梁体芯部与表面的温差明显减小，对控制梁体的温度应力是十分有效的。

4 结论

预制箱梁在施工过程中，最高温度及最大温差都发生在梁体尺寸较大处，该部位降温困难，给施工造成很大的不便。本文通过试验得出，通过在预应力孔道中通入循环水能够有效地降低梁体芯部的最高温度，减小梁体内外温差，对加快箱梁模板循环使用，提高预制箱梁质量，加快施工进度具有积极的意义。

该措施对距离循环水较远的部位，如温度较高的端部底板、跨中上倒角等位置，很难起到效果。同时，预应力孔道通水后，孔道里的水虽然通过倒虹吸法吸出，但仍有剩余水滞留于孔道中，在预应力筋穿入、初张后，终张、灌浆之前的这段时间，易造成预应力筋的腐蚀等。

［1］冯德飞，卢文良.混凝土箱梁水化热温度试验研究［J］.铁道工程学报，2006(8):62－67.

［2］李云龙，王鹏，叶仁亦.杭州湾跨海大桥移动模架施工混凝土箱梁水化热温度监测分析［J］.铁道建筑，2008(4):4－6.

［3］中华人民共和国铁道部.TZ213—2005客运专线铁路桥涵工程施工技术指南［S］.北京:中国铁道出版社，2005.