框架橋溫度裂縫產生因素及機理分析

金省華，楊青山，蔣勇，楊枚，呂健，史月科

?

框架橋溫度裂縫產生因素及機理分析

金省華1，楊青山2，蔣勇3，楊枚4，呂健1，史月科1

（1.浙江鐵道建設工程有限公司，浙江 杭州 310006；2.蘭州交通大學土木工程學院，甘肅 蘭州 730070； 3.浙江地方鐵路開發有限公司，浙江 杭州 310013；4.杭州鐵路設計院有限責任公司，浙江 杭州 310006）

為了控制框架橋裂縫的產生，通過降低入模溫度和采用鋼模替換木模的實驗方法研究了混凝土變形初期溫度對裂縫的影響。當混凝土入模溫度較高并采用木模板澆筑時，砼在24 h溫度達到峰值；降低入模溫度且使用鋼模板后，砼的升溫時間延長到48 h。該實驗方法延長了混凝土的升溫時間，降低了溫度峰值并減小了溫差，有效減少了混凝土所產生的溫度裂縫，達到了控制裂縫產生的目的。

框架橋；混凝土；溫度裂縫；模板

混凝土產生裂縫由多種因素造成，目前對于大體積混凝土工程，就混凝土自身而言，其早期裂縫的產生大部分可歸根于溫度變形。當溫差較大時，混凝土內部膨脹，外部收縮產生的溫度應力將混凝土拉裂，導致裂縫的產生。

隨著我國經濟的高速發展，大體積混凝土的澆筑越來越常見，因此控制混凝土所產生的裂縫也成為研究的熱點。邱炳文[1]針對扎賚諾爾煤業公司露天礦箱涵側墻裂縫產生的原因改進了施工方案，加強了對各個環節的監控管理，消除了裂縫產生的因素。劉俊賢[2]通過分析厚大體積混凝土施工發現，如果溫差過大，超過25 ℃，就容易出現溫度裂縫。龔劍[3]根據施工規范中大體積混凝土裂縫控制的相關內容、編制背景及應用提出了其中需注意的若干問題。劉京紅[4]結合中聯水泥集團南陽分公司水泥熟料生產線二期工程大體積混凝土的施工，提出在施工中防止大體積混凝土因水泥水化熱引起的溫度差而產生溫度應力裂縫的措施。孫江民[5]針對鋼筋混凝土框架箱涵在施工過程中易產生裂縫的問題，分析探討了影響裂縫產生及開展的各種因素。王軍[6]通過測試混凝土試件在其養護期間對試件施加不同等級壓應力，計算損傷變量，并與自然養護下混凝土試件的力學性能進行比較，發現養護期間受到不同等級的壓應力作用對混凝土28 d的力學性能產生影響。

目前國內外對混凝土裂縫研究主要為混凝土的材料[7]及混凝土內部鋼筋對抗裂性能的改變[8]，對于降低混凝土澆筑時的入模溫度和混凝土模板的替換的現場研究較少。

對此，本文進行了相關現場試驗，給出了在降低入模溫度后混凝土升溫隨時間的變化圖，分析了降低混凝土入模溫度后材料的熱量減少值，同時也得出了模板替換后溫度峰值的變化規律，擬合了相應的公式，希望能為之后類似工程提供依據。

1 工程概況

寧波市環城南路、東外環輔道鐵路立交工程在邱隘站北侖聯絡線K158+458.72、北環鐵路下行線KBH29+367.58處新建四孔（6.5+8.5+8.5+6.5）m框架，箱身順道路方向長33.5 m，BC箱身北側為3 m連體U槽，頂進后現澆12.5 m。結構外高為7.45 m。8.5 m框架內布設機動車道，通行凈高不小于4.5 m，邊控框架內布設非機動車道、人行道，同行凈高不小于2.5 m。其中8.5 m箱身頂板后65 cm，底板厚70 cm，側墻厚70 cm，上倒角120 cm×40 cm，下倒角為20 cm×20 cm；凈高6.1 m。本次試驗C箱涵采用木模板澆筑，B箱涵采用鋼模板澆筑，具體要求如表1所示。

表1 試驗數據

編號箱身名稱箱身結構箱身斜長/m連體U槽斜長/m 1頂進箱身B1～8.5 m30.53 2頂進箱身C1～8.5 m30.53

采用THTZ3208R的全量程溫度傳感儀，設定測量時間為300 s一次。溫度探頭選用CU50?，F場試驗通過將溫度探頭與鋼筋捆綁布設在鋼筋籠內，布設位置在洞口1/4截面和1/2截面。用鋼絲將線路綁扎好后從頂板位置引出，最后將線路引至儀器處連接。

2 配合比熱量對比

現場B、C箱涵采用的澆筑配合比相似，但澆筑后產生的裂縫差距較大。通過配合比熱量計算，發現澆筑初期所含熱量差距較大，對混凝土的升溫時間有較大影響。B、C箱涵墻身及頂板混凝土施工配合比分別如表2和表3所示。B、C箱涵墻身及頂板混凝土熱量統計計算結果分別如表4、表5所示。C箱涵在澆筑時環境溫度在20 ℃左右，所以將材料溫度控制在20 ℃。而在澆筑B箱涵時周圍環境溫度降低到13 ℃左右，所以材料溫度定為13 ℃。

表2 B箱涵墻身及頂板混凝土施工配合比

名稱水泥摻合料Ι摻合料Π細集料粗集料水外加劑Ι 品種規格P.0 42.5 MPa粉煤灰Π級/河沙Π區中沙5～31.5 mm自來水高效減水劑 用量/（kg/m3）40694 6741 0481416.81

表3 C箱涵墻身及頂板混凝土施工配合比

名稱水泥摻合料Ι摻合料Π細集料粗集料水外加劑Ι 品種規格P.0 42.5 MPa粉煤灰Π級/河沙Π區中沙5～31.5 mm自來水高效減水劑 用量/（kg/m3）40694 6781 0481376.81

表4 B箱涵墻身及頂板混凝土熱量統計計算表

材料名稱質量/kg質量熱容C/（kJ/（kg*K））熱當量W*C（kJ/℃）材料溫度Ti/℃熱量Ti*W*C/kJ 水泥4060.54219.24132 850.12 中砂6740.72485.28136 308.64 碎石1 0480.71744.08139 673.04 水1414.2592.2137 698.6 高效減水劑6.814.228.60213371.826 粉煤灰940.8478.96131 026.48 合計2 369.81 2 148.362 27 928.706

表5 C箱涵墻身及頂板混凝土熱量統計計算表

材料名稱質量/kg質量熱容C/（kJ/（kg*K））熱當量W*C（kJ/℃）材料溫度Ti/℃熱量Ti*W*C/kJ 水泥4060.54219.24204 384.8 中砂6780.72488.16209 763.2 碎石1 0480.71744.082014 881.6 水1374.2575.42011 508 高效減水劑6.814.228.60220572.04 粉煤灰940.8478.96201 579.2 合計2 369.81 2 134.442 42 688.84

從B、C箱涵熱量統計表來看施工單位采用的材料總質量并沒有改變，但隨著材料溫度的下降，總熱量減小了將近一半。發現隨著材料溫度的下降，總熱量降低，入模溫度減小，混凝土內部熱量的上升將會大幅度減小。

這一情況我們選取B、C箱涵同一截面的測點就可以更為清楚地發現。B、C箱涵1/4截面頂板拐角溫度分別如圖1、圖2所示。

從圖1、圖2中可以看出，在降低入模溫度后，溫度從C箱涵的24 h達到峰值延長到了B箱涵的48 h達到峰值。C箱涵曲線斜率接近tan80°，B箱涵為tan45°。升溫的速率的變緩，升溫時間的延長，使混凝土凝結硬化產生的水化熱有效釋放，進而有效減少了混凝土裂縫的產生，因此降低混凝土的入模溫度是非常有必要的。

3 在采用木模與鋼模后箱涵腹板溫度變化

從圖1、圖2中發現，在C箱涵側板頂板澆筑完成后24 h，最高溫度上升達到峰值58.7 ℃。B箱涵側板頂板澆筑完成后48 h左右，最高溫度上升達到峰值44 ℃。當C采用木模板澆筑后，由于木模具有保溫作用，溫度在很短的時間迅速上升達到峰值，且最高溫較大，之后溫度下降，降溫趨勢平緩。B采用鋼模，鋼模具有較好的散熱性能，在升溫的同時，有效地將水化熱釋放，降低了溫度峰值，并減小了溫差，以達到對裂縫控制的目的。

B、C箱涵1/4截面頂板拐角溫差分別如圖3、圖4所示。

圖1 B箱涵1/4截面頂板拐角溫度圖

圖2 C箱涵1/4截面頂板拐角溫度圖

圖3 B箱涵1/4截面頂板拐角溫差圖

圖4 C箱涵1/4截面頂板拐角溫差圖

從圖3、圖4看出C箱涵中外溫差達到了26 ℃，這是由于C箱涵采用竹膠板進行澆筑，由于竹膠板的保溫作用，溫度不易釋放，使得混凝土內部產生的水化熱熱量積累，達到較高溫度峰值，之后下降趨勢緩慢，在第6天溫差降至10 ℃以內。中內溫差較低，澆筑24 h后達到最大溫差8 ℃。在第3天時降到0 ℃后又出現了增長，是因為洞內蒸汽養護提升了側板內側溫度，造成溫差的負增長。而B箱涵采用鋼模板后中外最大溫差降低到6 ℃，在144 h溫差降低到3 ℃以內。溫差的下降趨勢較C涵快，且隨環境溫度變化波動明顯。因此使用鋼模易控制混凝土內外溫度，控制溫差，從而達到控制裂縫的目的。

箱涵內外側混凝土收縮，膨脹趨勢并不相同，靠近涵洞內側混凝土膨脹趨勢較大，在撤去養護后涵洞內溫度驟然下降達到環境溫度，使得混凝土外表面溫度下降，混凝土收縮，內側膨脹外表面收縮使得混凝土由內向外被拉裂。

4 結論

根據溫度儀測量結果發現，在降低入模溫度后，混凝土升溫區間從0～24 h，延長到0～48 h。升溫時間的延長有利于混凝土內部溫度應力的釋放。從而減少混凝土溫度裂縫產生。鋼模板替換木模板后，混凝土溫度峰值降低，且內外溫差減小，能有效地控制裂縫的產生。在混凝土養護過程中，確保其內外同條件養護且同時拆模，避免由于溫度偏移造成溫差過大而產生的裂縫。

［1］邱炳文.鋼筋混凝土箱涵施工裂縫的分析與控制［J］.內蒙古煤炭經濟，2010（04）：116-117.

［2］劉俊賢.大體積混凝土施工控制措施［J］.施工技術，2007（Suppl 1）：110-112.

［3］龔劍，李宏偉.大體積混凝土施工中的裂縫控制［J］.施工技術，2012，41（06）：28-32.

［4］劉京紅，梁鉦，劉曉華，等.大體積混凝土施工中的溫度監測及裂縫控制［J］.河北農業大學學報，2008（02）：106-109.

［5］孫江民，徐愛軍.鋼筋混凝土框架箱涵施工裂縫的分析與控制［J］.四川建筑，2005（02）：124-126.

［6］王軍，柏云，李忠梅，等.養護期間持續增加壓應力作用的混凝土力學性能［J］.科學技術與工程，2013，13（22）：6621-6624.

［7］張文博，毛明杰，楊秋寧，等.粉煤灰混凝土的單軸抗拉彈性模量［J］.科學技術與工程，2015，15（09）：225-229.

［8］安新正，張亞飛，牛薇，等.鋼筋再生混凝土梁抗裂性能試驗研究［J］.科學技術與工程，2016，16（36）：251-255.

2095－6835（2019）07－0063－03

TU448

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.07.063

〔編輯：王霞〕