公路桥梁水泥混凝土浇筑温度监控方法研究

王 燕

(中铁十八局集团市政工程有限公司，天津 300350)

在现代基础设施建设中，公路是最重要也是基础的，沟通了全国的经济[1]。然而，公路建设过程中，经常受到江河、港湾、湖泊、水库、灌渠、深谷或其他交通线路的阻拦，为了保证公路畅通，同时也为了节省建设成本，经常需要架设桥梁。这种桥梁被称为公路桥梁。公路桥梁建设，水泥混凝土是主要的材料。这种材料强度高、稳定性好、耐久性好、价格低廉[2]。然而，这种材料在浇筑过程中，对内外温度差有着极高的控制要求，因为内外温差的存在会产生温度应力，而温度应力会使得混凝土构件产生裂缝，影响了公路桥梁结构的稳定性和安全性。

基于上述背景，水泥混凝土温度控制技术的相关研究一直是各个高校和研究院所的重大课题。到目前为止，已经有很多文献发表了研究成果。如，李建涛针对永定河特大桥桥梁基础承台大体积混凝土工程项目，进行温度监测和控制两个主要方面研究，针对降温系统的设计和布置缺陷为施工提供参考；卢天亮以木兰松花江公路大桥38号承台混凝土工程项目为例，通过监测各项温度数据，得出混凝土水化热温升的一般规律，并对常见的温度控制技术的控制效果进行测试。张海舰、魏新民、贺凯采用计算机温度监控系统监控混凝土温度的变化，根据测温结果提出养护措施，控制温差，有效地控制了大体积混凝土在硬化、养护过程中出现裂缝。

溧阳市开发区境内泓口村的泓口大桥建设中的承台工程，研究了一种水泥混凝土浇筑温度监控方法。该方法研究分为三部分：第一部分对承台浇筑过程的温度变化进行监测；第二部分根据测温结果，实施温度控制措施，以避免产生裂缝；第三部分进行公路桥梁承台水泥混凝土温度控制效果分析，并与温度控制目标进行对比，检测温度控制效果。通过本研究以期为公路桥梁水泥混凝土浇筑过程中的温度控制提供参考和建议。

1 公路桥梁水泥混凝土浇筑温度监测

1.1 工程概况

为降低航道改线给S241公路造成的阻碍，在溧阳市开发区境内泓口村预设一座公路桥梁，保证原有城市主干道畅通。航道南侧农田较多，地势平坦，芜申线通航标准为三级航道标准，净空要求60m×7m，规划驳岸口宽度为70m。

虹口大桥共有承台12个，分为四种类型，其中7号、8号墩为大体积混凝土承台，其他承台体积较小，属于常规施工。因此本文选择7号墩承台的水泥混凝土浇筑为例，进行浇筑温度监控研究。7号墩承台结构见图1。

图1 7号墩承台结构(单位：mm)

7号墩承台混凝土为C40混凝土，其配合比及特征值见表1、表2[3]。

表1 7号墩承台水泥混凝土配合比拟定方案

为C40混凝土的热特性值见表2。

表2 C40混凝土的热特性值

续表

1.2 水泥混凝土承台浇筑工作

水泥混凝土公路桥梁承台浇筑工作顺序如下：

a.做好水泥混凝土公路桥梁承台浇筑前的准备工作，包括各种原材料的准备工作、待施工道路的提前修整工作、备用电源的准备工作[4]。

b.水泥混凝土公路桥梁承台模板安装并加固。

c.按照配合比拟定方案在拌和站集中拌和水泥混凝土，并运输到施工现场。

d.利用输送泵车将混凝土输入到公路桥梁承台模型中[5]。

e.浇筑方式选择。目前浇筑方式主要分为三种，在这里采用全面分层浇筑法进行浇筑，按25cm一层进行浇筑。

1.3 公路桥梁水泥混凝土浇筑温度监测

公路桥梁水泥混凝土浇筑温度监测工作主要分为两项内容，即测温元件的选择和布设方案、温度监测方案。下面进行具体分析。

1.3.1 测温元件的选择和布设方案

公路桥梁水泥混凝土浇筑温度控制的前提是能够准确掌握承台内外温度变化，因此，测温元件的选择和布设至关重要[6]。

a.测温元件的选择。本研究中选择的测温元件有两种，一种是YJ-4200振弦式应变传感器，应用于承台内部温度的监测；一种是DTM-280数字温度计，应用于承台外部，包括上面、下面和侧面的温度监测[7]。二者性能参数见表3、表4。

表3 YJ-4200振弦式应变传感器性能参数

表4 DTM-280数字温度计主要性能指标

b.测温元件布设。根据《大体积混凝土施工规范》(GB 50496—2009)要求对监控点进行布设。

YJ-4200振弦式应变传感器布设方案见表5。

表5 YJ-4200振弦式应变传感器内部布设方案

续表

DTM-280数字温度计布设见图2。DTM-280数字温度计放置于浇筑承台的上面、下面和侧面。其中，上面的数字温度计位于承台表面以下在5cm处，底层的数字温度计位于承台底面以上5cm处[8]。

图2 DTM-280数字温度计布设方案

1.3.2 温度监测方案

公路桥梁水泥混凝土承台在浇筑和凝固过程中都需要进行温度监测，监测流程见图3。

图3 公路桥梁水泥混凝土承台温度监测流程

温度监测方案如下：

a.浇筑前，连续观测3次取平均值。

b.入模温度测量，每1h1次。

c.浇筑后，采集一次温度并进行详细记录，检查时间从每天的0时开始，之后每2h采集1次，持续时间为15天[9]。

2 公路桥梁水泥混凝土浇筑温度控制研究

根据温度监测结果，实施温度控制。在本研究中，主要进行三项工作，即确定温度控制目标、浇筑前的公路桥梁水泥混凝土承台的温度控制、浇筑后的公路桥梁水泥混凝土承台的温度控制[10]。

2.1 确定温度控制目标

温度控制在一定目标范围内才能确保承台内部不会出现裂缝，保证其耐久性和安全性[11]。根据《大体积混凝土施工规范》(GB 50496—2009)要求，确定公路桥梁水泥混凝土温度控制目标(见表6)。

表6 公路桥梁水泥混凝土温度控制目标

2.2 浇筑前的公路桥梁水泥混凝土温度控制

公路桥梁水泥混凝土温度控制不能完全依靠浇筑完成后的温度控制措施进行，在浇筑前也要进行温控，以保证达到温度控制目标。具体措施如下：

a.浇筑公路桥梁水泥混凝土承台时，采用低水化热水泥——矿渣水泥，同时掺缓凝剂等外加剂延长混凝土凝固时间[12]。

b.降低承台浇筑入模温度，入模温度控制在不高于28℃。避免气温高时浇筑混凝土，冷却拌和水，水中掺冰，冲洗骨料，对泵送管喷水降温。

c.采取薄层分层的方法进行浇筑，以便于散热，每层的浇筑厚度最好不大于30cm。浇筑过程中速度也要保持均衡，并且需要伴有振捣，防止水泥混凝土层中留有气泡[13]。

d.选取填充骨料时，为减少收缩变形，需要选取含泥量较小的骨料类型。此外，水泥混凝土在满足泵送前提下，尽量降低含砂率。水泥混凝土的坍落度在满足泵送条件下尽量选小值，及时排除浇筑过程中水泥混凝土的沁水。

2.3 浇筑后的公路桥梁水泥混凝土温度控制

浇筑后的公路桥梁水泥混凝土温度控制主要通过布设在承台上的冷却水管来完成。冷却水管一般与测温元件一起布设完成。采用的冷却水管直径最好控制在30～35mm之间，壁厚也要不小于3mm，材料要选择不易腐蚀材料，如镀锌水管，防止漏水。冷却水管一般采用水平的方式布设在不同的层面内，层间距一般为0.8m[14]。

a.当监测到混凝土承台内部温度过高时，要加大底冷却水管内冷水的流量，以保证温度能够快速降下来，维持内外温差在目标范围内。

b.如果发现混凝土内外温差过大，可加大冷却力度降低混凝土的内部温度，同时对混凝土表面进行蓄水养护[15]。

3 公路桥梁承台水泥混凝土温度控制效果分析

按照上述方法进行公路桥梁承台水泥混凝土温度监控。绘制监控过程中的7号承台大体积混凝土温度参数变化曲线(见图4)。

图4 7号承台大体积水泥混凝土温度变化曲线

统计图4中7号承台大体积水泥混凝土温度参数，得到温度监控结果(见表7)。

表7 7号承台大体积水泥混凝土温度监控结果

对7号承台大体积水泥混凝土温度进行的监控结果表明：浇筑期间各项数据都在规定的目标范围内，监控方法是有效的。

4 结 语

综上所述，在现代公路桥梁项目工程中，水泥混凝土是最常见的建设材料。这种材料具有强度高、稳定性好、耐久性好、价格低廉等优点，但是该材料在浇筑过程中，对温度控制的要求较高，否则极易出现裂缝，影响了水泥混凝土构件的安全性和稳定性。为此，进行公路桥梁水泥混凝土浇筑温度监控方法研究。该研究分为温度监测和温度控制两个方面。通过实例测试，证明了所研究方法应用的控制效果。然而，本研究仅在仿真实验环境中进行，与工程实际情况还存在一定的差异，因此得到的结果偏于理想化，有待在实际工程环境下进行实测研究。