热带地区预制箱梁混凝土温控研究

张文学

摘要：本文以印尼雅万高铁1号制梁场预制箱梁混凝土温控监测为切入点，通过对预制箱梁混凝土温控布点，利用计算机进行数据监测及分析，记录预制箱梁混凝土芯部、表面、环境及内外模板的温度变化，总结混凝土温升规律，为热带地区预制箱梁混凝土温控提供借鉴。

Abstract： This paper takes the temperature control monitoring of precast concrete box girder of No.1 beam of Indonesian Yawan high-speed rail as the entry point. Through the temperature control of the precast box girder concrete， the computer monitors and analyzes the data， records the temperature changes of the core， surface， environment and internal and external templates of the precast box girder， summarizes the temperature rise law of the concrete to provide reference for precast concrete box concrete temperature control in the tropics.

关键词：雅万高铁;热带地区;预制箱梁;温控监测

Key words： Yawan high-speed rail;tropical area;prefabricated box girder;temperature control monitoring

中图分类号：TU528                                      文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）33-0148-03

0  引言

预制箱梁在高铁上应用十分广泛，在高铁建设中发挥着极其重要的作用。预制箱梁混凝土属于高性能混凝土，主要特点包括强度等级高、预应力高、早期强度高等。由于预制箱梁混凝土胶凝材料用量比较高，水泥早期水化热大，梁体内部温度高，如果缺乏有效的温控措施，容易产生温度裂缝，从而影响预制箱梁质量。

1  工程背景

印尼雅万高铁是我国“一带一路”的重要工程，是中国高铁走向世界的一个平台，雅万高铁1号制梁场承担了全线1016榀预制箱梁的生产和架设，控制好预制箱梁质量、建设精品工程，对每一个建设者来说都是一项极为重要的工作。印尼是比较典型的热带雨林气候，只有雨季和旱季，月平均气温均在25℃以上，昼夜温差在10～15℃范围内，在热带地区进行预制箱梁混凝土浇筑，混凝土温控极为重要。

1.1 混凝土配合比

印尼当地无合格的矿渣粉，因此混凝土配合比采用单掺粉煤灰，雅万高铁1号制梁场预制箱梁混凝土强度等级为C50，混凝土配合比如下：

1.2 温控监测设备功能

本次试验测温设备采用的是长沙三智电子科技有限公司生产的振弦式传感器自动化无线测温系统（规格型号：SZDQ-WT），主要配置包括自动采集仪、无线遥控主机、温度传感器、转接线、天线及系统软件等，主要监测混凝土芯部温度、混凝土表面温度、模板表面温度和环境温度。该测温设备工作原理为测温探头经过数据线，将测量数据传输给测温现场数据存储器，经过现场发射装置将数据传输给试验室监测接收器，接收器和无线遥控主机把数据传输给电脑并自动记录、存储监测数据。测温系统设置为1h自动测量并存储模式，混凝土入仓阶段设定混凝土温度测定探头的上限值为35℃，待箱梁混凝土全部浇筑完成以后，所有温度探头设定的测定上限值为65℃。在实体监测过程中，当温度超过上限设定值时，设备数据显示为高亮红色且有报警，以提醒监测人员对测温探头报警位置加强观测。

1.3 测温点布设

每榀预制梁箱共设11个测温点：2、4、10、12点测芯部温度，1、3、9、11点测表层温度，5、6点测蒸馏环境温度，7点测预应力孔道温度。即1点-小里程端顶板表层，2点-小里程端顶板芯部，3点-小里程端底腹板交接处顶部，4点-小里程端底腹板交接处芯部，5点-小里程顶板表层环境，6点-小里程端箱内温度，7点-小里程端预应力孔道温度，9点-大里程端顶板表层，10点-大里程端顶板芯部，11点-小里程端底板表层，12点-小里程端底板芯部。测温点布设图如图1。

1.4 预制箱梁混凝土温控要求

預制箱梁养护期间混凝土芯部温度不宜超过60℃，局部部位最高不应超过65℃，任何情况下，梁体混凝土芯部与表层、表层与环境、箱内与箱外温差均不应超过15℃。

1.5 注意事项

①安装箱梁顶板及顶板下部的混凝土内部测温探头时，探头应尽量与钢筋笼的钢筋绑定住，以防止浇筑混凝土时，振捣棒将测温探头打碎。

②箱梁上部测温线应尽量从钢筋笼内部导出，防止顶面施工人员及箱梁顶面施工设备将其碰掉。

③测温传感器应有编号，每一个测温部位和编号应该是一一对应，以方便测温人员在监测过程中对数据进行识别和记录。

④测温传感器与转接线连接处应用防水胶带缠住，防止恶劣天气对数据线产生不利影响。

⑤建造能容下现场测温处理器和数据发射器的保护装置，该保护装置要求质量轻，移动和固定均方便。

⑥现场测温处理器及数据发射器需要稳定电源，测量期间不能斷电，现场应设置相关提示语。

⑦测温负责人员应实时观察现场测温数据，发现异常应立即到现场查明原因并调整。同时，测温人员应及时记录现场箱梁混凝土浇筑时间及其对应的浇筑部位，以便对测温数据进行正确分析。

⑧测温人员需提醒现场施工人员，明确告知监测点埋设位置，防止其在施工过程中对测温设备造成损害。测温结束后，应及时收回测温传感器，以便循环利用。

2  监测结果与分析

混凝土内部温度发展经历平稳上升、急剧上升、平稳上升、平稳下降、基本稳定5个阶段，预制箱梁的温度监测从混凝土浇筑完成后开始进行，直至温度稳定时结束。通过对混凝土的温控监测，掌握混凝土温度发展规律，合理控制预制箱梁拆模、张拉和养护时间。图2为预制箱梁混凝土温度发展趋势图。

从混凝土温度监测结果分析，芯部混凝土自开始浇筑到第10h时间段内，温度由29℃上升到35℃，整体温度趋于平稳，变化不大。此时间段内主要影响温度变化的原因为环境和结构设计所致，此阶段为混凝土芯部温度“平稳上升”阶段。在10h～12h时间段内温度由35℃升高到45℃，升温速率为5℃/h，温度上升剧烈，变化幅度大，升温速率高。分析影响此阶段温度变化的主要原因是混凝土水化热反应，此阶段为混凝土芯部温度“急剧上升”阶段。在12h～28h时间段内温度由45℃升高到62℃，升温速率为1℃/h，温度继续上升，有一定的变化幅度，升温速率较慢。分析影响此阶段的温度增长主要原因为混凝土水化反应以及模具结构所致，此阶段为混凝土芯部温度“平稳上升”阶段。在28h～30h时间段内温度基本稳定且一直保持在60℃左右，此阶段为混凝土芯部温度保持阶段，温度达到最高值。在30h～50h时间段内温度由60℃降低到41℃，温度降低速率为1℃/h，降温速率低，降温效果缓慢，分析影响此阶段混凝土芯部温度变化的主要原因有现场环境和箱梁相关降温措施，此阶段为混凝土芯部温度“平稳下降”阶段。在50h之后，箱梁混凝土温度基本稳定，此阶段为混凝土温度“稳定阶段”。

通过混凝土芯部温度监测结果可以得出以下结论：①混凝土芯部温度在浇筑结束后至10h内属于水化热反应诱导期，这一时间段内水化反应缓慢，升温速率较低，温度变化不大。在这一段时间内硅酸盐水泥浆体始终保持塑性，并逐渐向终凝状态发展，10h后混凝土达到终凝状态，诱导期结束。②混凝土芯部温度在10h～12h内属于水化热反应加速期，此时间段内水化反应剧烈，升温速率明显提高，此时混凝土终凝已过，开始硬化。③混凝土芯部温度在12h～28h内属于水化热反应减速期，这一时间段内水化反应升温速率随着时间而下降，但是混凝土整体温度还是属于上升阶段，此时混凝土水化作用仍在进行。④混凝土芯部温度在28h～30h内属于水化热反应稳定期，反应速率很低，混凝土温度基本稳定。此阶段水化作用发展缓慢。⑤混凝土芯部温度稳定期过后，箱梁整体温度呈现缓慢下降趋势，主要影响因素包括现场环境以及施工采用降温手段。

预制箱梁混凝土拆模温度要求为混凝土芯部温度与其表面温度差值≤15℃，混凝土表面温度与环境温度差值≤15℃。梁体混凝土芯部温度与表层，表层与环境温差控制要求为不大于15℃，是为了防止混凝土由于内外温差而产生温度应力造成梁体混凝土产生裂纹。通过温度监测可以看出，混凝土芯部与表面温差最大值为20℃，发生时间在芯部温度达到最高峰的时段，混凝土表面与环境温差最大为17℃，发生时间在夜间温度相对较低的时段，因此在这两个时段都不宜进行拆模施工。

3  混凝土热工计算验证

试验人员检测混凝土的入仓平均温度为31℃，根据预制箱梁混凝土中心温度最高值经验公式Tmax=Tj+W/β（Tmax=混凝土中心温度最高值，Tj=混凝土入仓温度值，W=混凝土配合比水泥用量，β=经验系数，这里取11）计算得出Tmax=64℃。实际测量混凝土芯部温度最高值为62℃，理论值与实际值的差值为2℃，可见此经验公式较为准确，为以后的预制箱梁施工与养护提供了一定的技术支持。

4  试验总结

本次预制箱梁温控监测以中国水利水电第八工程局有限公司雅万高铁1号制梁场预制箱梁生产现场为监测基础，共计监测50榀预制箱梁温度发展情况，数据真实可靠。

①通过不断监测预制箱梁混凝土芯部温度发展后，得出预制箱梁腹板芯部混凝土在按照上表的C50配合比拌制浇筑后，芯部混凝土温度从施工开始到达到最高温度需要的时间在28h～30h，芯部混凝土温度最高值范围在59～62℃之间，设计芯部混凝土警戒温度为60℃，因此在热带地区进行预制箱梁生产时应加强温度监测及温度过高时的处理措施。

②预制箱梁混凝土温度发展主要分5个阶段，分别是混凝土芯部温度“平稳上升”阶段，混凝土芯部温度“急剧上升”阶段，混凝土芯部温度“平稳上升”阶段，混凝土芯部温度“平稳下降”阶段和混凝土芯部温度“稳定阶段”。

③混凝土水化热放热速率和其凝结状态有一定的联系，混凝土在初凝和终凝时间段内，水化热放热速率最大，温度增长速率高，混凝土升温明显。

④混凝土芯部温度与混凝土表面温度差值，混凝土表面温度与环境温度差值均需要一定的时间才能达到稳定且达到箱梁拆模要求，印尼雅万高铁1号制梁场所在地区预制箱梁拆模时间一般在混凝土浇筑完成后45h～50h为宜。

⑤预制箱梁不能仅仅根据混凝土强度来决定拆模时间，应设立专门负责人员进行温度观测并记录，在混凝土达到设计强度并且温差符合≤15℃的要求后方可进行拆模，一般不应在早晚进行拆模，应选择白天气温较高的时候拆模。

5  热带地区预制箱梁混凝土降温措施

印尼属于热带雨林气候，昼夜温差在10～15℃，白天最高气温超过35℃，在进行预制箱梁混凝土浇筑的时候，应做好相应的温控措施。

①控制混凝土拌和物原材料温度，骨料堆放处应该设置半封闭式料棚，通过地面适当洒水等方法尽量降低棚内温度。混凝土拌合过程中可以用一部分冰屑与拌和用水混合，以降低拌和用水温度来达到降低混凝土拌和物出机温度的目的。水泥宜选用低热水泥并合理降低水泥用量，降低混凝土水化热。

②浇筑时间宜选择温度较低且稳定的时间段，宜在下午6点以后开始浇筑，既可避开模板、钢筋的高温时期，同时在一定程度上降低了混凝土拌和物的入仓温度，有利于降低箱梁混凝土的最高温度值。

③预制箱梁浇筑完成后应及时用土工布覆盖并进行洒水降温，洒水频率宜保持在1次/h内。为加快混凝土水化热的散发，箱梁内腔端口处可安设通风机吹风，通过风的流动，降低箱梁内腔环境温度。混凝土降温过程应缓慢进行，充分发挥其徐变特性，减小温度应力。

④根据预制箱梁施工浇筑的不同部位，采取分层或分块的浇筑方式，改善约束条件，消减温度应力。减少每次浇筑长度的蓄热量，防止水化热的积聚。

⑤粗骨料级配择优选择，严格控制骨料含泥量，混凝土振捣应该充分，加强混凝土结构的密实性和抗拉强度，减少收缩变形，避免温度应力等原因造成裂缝。

6  结语

本次测温工作共对印尼雅万高铁1号制梁场的50榀预制箱梁进行温度监测，一定程度上验证了以上结论，提供了必要的分析数据，对所得的试验结论提供了有力的支持。混凝土施工过程中，影响温度发展的因素较多，温度变化十分复杂，需要长期观察，分析所得数据，实时总结温度发展规律，及时制定降温措施，以确保预制箱梁的质量。

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