寒冷地區橋梁工程大體積混凝土施工的溫度控制

鄧旭

（國家知識產權局專利局專利審查協作河南中心，河南鄭州 450002）

寒冷地區橋梁工程大體積混凝土施工的溫度控制

鄧旭

（國家知識產權局專利局專利審查協作河南中心，河南鄭州 450002）

針對寒冷地區橋梁施工中的大體積混凝土溫度控制問題，分析寒冷地區的氣候條件，結合混凝土的熱傳導規律，提出其溫度控制措施，可有效降低寒冷地區混凝土的溫度變化差值，對寒冷地區橋梁的大體積混凝土施工具有一定的指導意義。

橋梁；大體積混凝土；溫度控制；寒冷地區

在橋梁建設過程中，由于混凝土結構受力性能優越、耐久性好，得到了廣泛應用［1］。對于橋梁承臺、墩體結構，由于混凝土澆筑體積較大，其散熱受到外部結構約束，再疊加外部氣溫的變化，容易產生較大的溫度應力，若不進行有效控制，則有可能影響結構安全。

對于寒冷地區的橋梁工程，由于冬季氣溫較低，其混凝土澆筑常在夏季進行。但寒冷地區由于地域的特殊性，其年度氣溫變化幅度較大，容易使混凝土結構形成較大的基礎溫差、上下層溫差和內外溫差，從而易產生較大溫度應力，甚至是溫度裂縫。因此，對寒冷地區的橋梁工程大體積混凝土施工進行合理的溫度控制具有重要意義［2］。

1 寒冷地區氣候特點

我國寒冷地區一般地處高緯度或高海拔，受全球氣候及地理地形影響，其氣候特點主要如下。

1.1 年均氣溫低，混凝土結構穩定溫度低

寒冷地區的年均氣溫低，導致混凝土結構運行期外界氣溫普遍較低，混凝土穩定溫度場普遍較低。

1.2 氣溫年變幅大

寒冷地區的最高月均氣溫與最低月均氣溫變幅較大，據統計，我國東北地區年均氣溫變幅高于華南地區9～14℃［3］。

1.3 施工期集中在夏季

寒冷地區夏季氣溫相對較高，因此，為避免澆筑期產生較大溫度應力，其混凝土澆筑多集中在夏季進行。

2 寒冷地區混凝土溫度控制特點

2.1 結構基礎溫差大

由于澆筑時段多集中在溫度較高的夏季，其水泥水化產熱不宜擴散，而在冬秋季節，溫度較低，造成較大的基礎溫差。

2.2 上下層溫差大

對于大體積混凝土澆筑，為及時擴散熱量，常采用分層澆筑，由于老、新混凝土澆筑時段的差異，導致上下層溫度差值的增加。

2.3 結構內外溫差大

由于混凝土散熱不良，導致內部溫度高，外部溫度低，再疊加外部溫度變化、上下層溫差，會使結構產生較大溫度應力，甚至出現溫度裂縫，影響結構使用。

2.4 基礎溫度超低

寒冷地區地基長期處于低溫狀態，其散熱差，導致混凝土基礎超冷，在巖基地區更為明顯。

3 混凝土溫度變化規律

3.1 熱傳導方程

橋梁工程中大體積混凝土的散熱問題實質上即為熱傳導方程為［3］：

式（1）中，c為混凝土比熱，kJ/（kg·℃）；λ為混凝土的導熱系數，kJ/（m·d·℃）；τ為時間，d；ρ為混凝土密度，kg/m3；θ為混凝土絕熱溫升；x、y、z為混凝土內部點的位置坐標；T為混凝土內部坐標點溫度。

由式（1）可知，對于混凝土溫度分布和控制而言，降低混凝土澆筑時的初始溫度，可有效降低混凝土澆筑期和運行期溫度值；適當增加混凝土導熱系數或適當降低混凝土澆筑厚度，可使混凝土熱擴散劇烈，其水泥水化熱擴散明顯，降低混凝土的內部溫度和內外溫差；在混凝土表層覆蓋保溫層，可對混凝土起到一定的保溫作用，導致其表面溫度有所回升，內外溫差減小，溫度場分布均勻，利于溫度控制。

4 寒冷地區混凝土溫控措施

針對以上對寒冷地區的氣候特點及混凝土熱傳導規律，可得出寒冷地區橋梁工程大體積混凝土澆筑的溫控措施。

圖1 混凝土次年4月1號溫度分布

4.1 結構表面冬季保溫措施

通過表面保溫，對于大體積混凝土的熱交換控制有利，可有效平穩其溫度場分布。取我國寒冷地區某橋梁工程的承臺大體積混凝土澆筑工程進行分析［3］，其10月下旬澆筑混凝土，澆筑初溫為20℃，當地氣溫Tf=6.8-20.2sin（πt/2Q），降溫歷時為3個月，采用2種方案進行比較。方案A表面裸露，放熱系數β0=80kJ/（m2·h·℃）；方案B，表面用8cm厚XPS泡沫板進行保溫，放熱系數β0= 0.108kJ/（m2·h·℃）。其次年4月初的混凝土沿深度方向的溫度分布如圖1所示。

由圖1可知，如不進行表面保溫，混凝土層間溫度差值較大，在表面容易形成較大的溫度裂縫，如采取相應的保溫措施，混凝土溫度可提高10～14℃，層間溫度差也將大幅減小，利于混凝土的裂縫控制。

4.2 合理選擇澆筑初溫和澆筑參數

由上述分析可知，混凝土澆筑初溫對其溫度場分布影響較大，根據外界環境溫度，應選擇對骨料進行預冷或預熱處理，通過人為調控進行初溫控制。此外，根據設計需要，可選擇不同的澆筑厚度、長度、寬度，從而在工程施工強度一定的基礎上，及時進行溫度擴散，降低結構的溫度應力。

氣相色譜-質譜聯用法簡稱GC-MS。氣相色譜對待測樣品進行檢測時具有很高的分離能力，而質譜具有靈敏性相對較高和對未知的物質進行定性分析的優點。氣相色譜和質譜聯用能夠揚長避短，使混合物樣品在氣相色譜中進行分離后再進入質譜中，能夠快速簡便地對比較復雜的化合物進行分離，氣相色譜-質譜聯用法也是對苯并芘進行痕量和微量檢測分析的重要檢測方法之一。在氣相色譜-質譜聯用法檢測苯并芘的研究方面，李瑋等[20]用此方法對奶粉中的苯并芘進行檢測，檢測時首先用甲醇-氫氧化鉀對樣品進行皂化，用甲苯進行提取，經過濾膜過濾，測定得出苯并芘的檢測限是0.3μg/kg。

4.3 基礎溫度控制

寒冷地區，由于基礎長期低溫，對結構溫控不利，可在需要施工的基礎上，在低溫季節進行覆蓋保溫處理，降低熱交換，利于下一階段混凝土澆筑施工。

4.4 水管冷卻

在大體積混凝土澆筑期，在結構中布置冷卻加密水管，帶出水泥水化熱的熱量，可以大幅降低混凝土澆筑溫度，其投資相對較小，工程性價比高。

4.5 其他工程措施

為降低應力，還可以在寒冷地區橋梁的大體積混凝土施工中通過配置溫度鋼筋、摻假新型溫度材料等方法［4］進行澆筑，可有效防止結構出現較大的溫度應力，但造價相對較高；在施工前，應對工程進行仿真計算，以便合理選擇溫度鋼筋的布置形式和新型溫度材料添加量。

5 結語

本文通過對寒冷地區氣候及混凝土溫度控制特點進行研究分析，結合混凝土溫度變化規律，得出寒冷地區橋梁工程中大體積混凝土的溫控措施，對該地區的橋梁施工中的大體積混凝土澆筑具有一定的參考意義。但針對具體的混凝土工程，在條件允許的情況下，應對其澆筑進行必要的仿真分析，合理選擇溫控措施。

［1］王鐵夢.工程結構裂縫控制［M］.北京：中國建筑工業出版社，1997.

［2］孫永存，李靜輝.嚴寒地區混凝土斜拉橋的溫度效應分析［J］.低溫建筑技術，2006（4）：73-75.

［3］朱伯芳.大體積混凝土溫度應力與溫度控制［M］.北京：水利電力出版社，2012.

［4］李偉雄.鋼筋混凝土筏形基礎溫度場、溫度應力分析及裂縫控制［D］.長沙：中南大學，2008.

Temperature Control of Mass Concrete Construction of Bridge Engineering in Cold Area

Deng Xu
（Patent Examination Cooperation Center of the Patent Office，SIPO，Henan，Zhengzhou Henan 450002）

In order to solve the problem of temperature control of mass concrete in bridge construction in cold region, by analysis of the cold climate conditions,combined with the principle of heat conduction of concrete,the tempera?ture control measures were put forward,to effectively reduce the temperature difference of concrete in cold area, which has a certain guiding significance to the construction of large volume concrete beam bridge in cold area.

bridge；mass concrete；temperature control；cold area

U445.57

：A

：1003-5168（2017）01-0119-02

2016-12-21

鄧旭（1989-），男，研究實習員，研究方向：橋梁工程施工。