高速铁路预制简支箱梁混凝土温度控制研究

马磊

摘要：随着高速铁路的快速发展，箱梁预制数量越来越多，箱梁预制质量存在的“共性问题”却一直未解决——龟裂、温度应力对箱梁寿命的影响。本文通过现场实测数据并结合并热学理论知识，阐述温度应力对箱梁质量的影响，提出水循环法“分割”大体积混凝土可以有效降低温度应力对箱梁质量的影响。

Abstract： With the rapid development of high-speed railways， the number of prefabricated boxes and beams is increasing. The "common problem"， that is the influence of crack and temperature stress on the life of box girder， of prefabricated quality of box girder has not been solved. In this paper， the influence of temperature stress on the quality of box girder is explained by the field measured data combined with thermal theory. It is proposed that the "segmentation" of mass concrete by water circulation method can effectively reduce the influence of temperature stress on the quality of box girder.

關键词：简支箱梁;水循环;温度控制

Key words： simple supported box girder;water circulation;temperature control

中图分类号：U445.471                                  文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）15-0092-04

0  引言

温度应力（thermal stress）对箱梁质量的影响越来越突出。“分割”大体积混凝土并及时将混凝土的水化热能排出，能降低温度对箱梁混凝土质量的影响。

本文基础数据选取沪昆客运专线6标段麻江制梁厂。麻江县2012年9月中旬至2012年12月中旬，测温工具为北京建工混凝土技术发展中心生产，测温线JDC-2型。麻江县属亚热带季风湿润区气候区，冬无严寒、夏无酷暑、雨量充沛，年平均气温14～16℃，年降雨量1200～1500mm，相对湿度80%左右，无霜期长达270～301d。

浇筑箱梁混凝土产生的水化热是箱梁热量最主要的来源，这一点已经形成共识。热传递有三种方式，即热辐射、热传导、热对流，当热位于不同的介质时，其热传递方式有主次之分。箱梁属于空间壳体结构，顶板、底板、腹板的空间位置不同（主要指上下位置）、厚度不同，导致各处温度不同，温度不同产生的温差是温度应力形成的原因。热传导主要体现在梁体某部位芯部与表面的热量传递，芯部温度高于表面温度。热辐射有强烈方向性特点，根据梁体温度实测数据显示，梁体顶板温度高于梁体底板温度，梁体顶板与腹板交界处温度最高。热辐射主要体现在梁腔内各部位之间的热量传递，梁体上方热量向下热辐射。热对流在流体介质里面是最主要的热传递方式。梁腔（相对封闭环境）里面热量对流。根据以上推断，经现场实际记录，绘出梁体内热量传递示意图，如图1。

1  预制箱梁温度点的选择和温度记录

如图2所示，选定5个点位，图中表示出具体位置。

点位选择说明：根据设计说明、设计交底、现场施工经验，混凝土的水化热温度随着混凝土的厚度增加而升高，并且不呈现线性比列关系。根据梁体断面图，找出混凝土最厚的部分，即如图所示的5个点位所在的位置。

实测数据如表1，绘制出温度曲线图3。

2  数据分析

由图2，图3和表1得出如下结论：

①温度最大值的大小由该点所处在周围混凝土包围厚度和空间位置有直接关系。如图2，图3和表1，2点所处周围混凝土包围厚度最厚，其空间位置基本也最靠上。两者影响因素以混凝土包围厚度为主要因素，空间位置为次要因素，因为混凝土所散发的水化热主要以对流形式散播，空间越靠上，能量来源及聚集越多。

②观察表2得出，箱梁温度变化的规律如下：

1）在混凝土浇筑完0-4小时内，温度变化很小，基本不变的。

2）在混凝土浇筑完4-28小时内，温度快速增长，其曲线近似于二次抛物线，在混凝土浇筑完28小时左右温度值达到最大值，混凝土水化热快速释放，释放速度远大于混凝土的散热速度是导致混凝土温度快速增长的主要原因。

3）在混凝土浇筑完28-76小时内，混凝土温度在经过快速增长后，芯部混凝土释放的水化热与散热温度基本维持平衡，混凝土温度在受环境影响不大下在最高值左右徘徊。

4）在混凝土浇筑完76-148小时内，混凝土温度逐渐下降，其曲线近似于二次抛物线，混凝土温度平均约4小时降低1℃。在这段时间内，外部混凝土水化热已经基本释放完，混凝土芯部混凝土水化热的释放速度小于表面及外部混凝土散热速度是该段时间内温度下降的主要因素。

5）在混凝土浇筑完148小时后，混凝土水化热的释放基本结束，混凝土温度在向后的时间内，温度很缓慢的降低，直至与外界温度基本相等。

3  芯部温度与孔道温度的关系

经上述得知，混凝土温度最大值出现在2点，所以我们把测芯部温度的探头布置在2号点。芯部探头（2号点）与孔道探头（2点）布置对应关系，如图2;芯部温度与孔道温度最高温度记录如表2。

令孔道温度为自变量，芯部温度为因变量，根据线性回归方程Y=Ax+B

经计算得A=1.00995，B=4.836

则回归方程为：Y=1.00995A+4.836

4  成果分析

①高速铁路预制简支箱梁混凝土温度的最高值在腹板与顶板的交界中心处出现。

②高速铁路预制简支箱梁混凝土芯部温度与孔道温度的线性方程为Y=1.00995A+4.836，其中A代表孔道温度，Y代表芯部温度，孔道探头应布置于张拉孔道N10或者N9，距梁端1.5米处。

③高速铁路预制简支箱梁混凝土温度不随客观天气变化而变化，温度应力对箱梁混凝土影响客观存在。有效及时排出箱梁混凝土水化热是箱梁温度应力的关键。

5  高速铁路预制简支箱梁混凝土温度控制措施

通过上面分析得知，高速铁路预制简支箱梁混凝土温度与混凝土水化热的释放有很大关系，可以说是温度影响的主要客观因素。以下是高速铁路预制简支箱梁混凝土温度控制措施：

①混凝土澆筑完后，一般会在8-10h内抽拔橡胶棒，此时已经证明混凝土已经初凝，此时现场技术员和工队负责人应及时观察温度情况，梁顶板要保持湿润，防止龟裂。

②在12小时后，要保持箱内一直通风，保证混凝土释放的水化热及时排出，不要让箱内形成蒸笼，让混凝土释放的水化热在梁体内对流、辐射，从而导致混凝土温度过高。及时箱梁蒸汽养护时，也应保持梁腔内热量外释，防止梁体内外温差过大，产生温度应力降低箱梁寿命。

③在抽拔完橡胶棒后，通过张拉管道进行水循环散热。张拉管道内充满循环水，相当于把大体积混凝土分割成许多小块，从而降低芯部水化热温度，进而保证芯部温度与外界温差过大导致梁体的龟裂。这样既能保证混凝土释放的水化热及时通过管道循环水排出，达到混凝土温度降低的目的，还能保证张拉管道内部因水化热不能及时排出导致出现的管道内部龟裂。循环水通过张拉孔道把箱梁大体积混凝土“分割”成数个小块，水化热被无限“分割”而无法聚集形成高温，同时循环水在循环过程中带走混凝土水化热，有效降低箱梁混凝土芯部温度，有效降低混凝土芯部、表面、环境三者之间的温差，从而达到降低温度应力对箱梁质量、寿命的负面影响。

④水循环装置设置简单，可操作，本文论述操作要点。高速铁路预制简支箱梁常见跨度24m、32m，利用箱梁端头模模板，模板锚垫板预留孔洞与自制水龙头相接，即可实现箱梁预应力孔道水循环。自制水龙头采用电磁石制作，与端头模模板预留孔洞对接后，开动电磁石确保水流能顺利进出孔道。也可单独制作养护装置（根据孔道位置，安装好自制水龙头），用行吊把养护装置就位，启动电磁石，实现水循环。电磁石与箱梁预埋锚垫板通过电磁石强劲吸引力确保连接紧密。

参考文献：

[1]周勇政，朱尔玉，李学民，钟明琳，杨建民.高速铁路简支箱梁的温差控制[J].北京交通大学学报，2014（01）.

[2]周勇政，朱尔玉，李学民，亓永秋.预制混凝土箱梁快速降温的措施及效果分析[J].铁道建筑，2010（07）.

[3]张帅军.高速铁路预制简支箱梁蒸汽养护[J].设备管理与维修，2015（S2）.