公路橋梁水泥混凝土澆筑溫度監控方法研究

王 燕

(中鐵十八局集團市政工程有限公司，天津 300350)

在現代基礎設施建設中，公路是最重要也是基礎的，溝通了全國的經濟[1]。然而，公路建設過程中，經常受到江河、港灣、湖泊、水庫、灌渠、深谷或其他交通線路的阻攔，為了保證公路暢通，同時也為了節省建設成本，經常需要架設橋梁。這種橋梁被稱為公路橋梁。公路橋梁建設，水泥混凝土是主要的材料。這種材料強度高、穩定性好、耐久性好、價格低廉[2]。然而，這種材料在澆筑過程中，對內外溫度差有著極高的控制要求，因為內外溫差的存在會產生溫度應力，而溫度應力會使得混凝土構件產生裂縫，影響了公路橋梁結構的穩定性和安全性。

基于上述背景，水泥混凝土溫度控制技術的相關研究一直是各個高校和研究院所的重大課題。到目前為止，已經有很多文獻發表了研究成果。如，李建濤針對永定河特大橋橋梁基礎承臺大體積混凝土工程項目，進行溫度監測和控制兩個主要方面研究，針對降溫系統的設計和布置缺陷為施工提供參考；盧天亮以木蘭松花江公路大橋38號承臺混凝土工程項目為例，通過監測各項溫度數據，得出混凝土水化熱溫升的一般規律，并對常見的溫度控制技術的控制效果進行測試。張海艦、魏新民、賀凱采用計算機溫度監控系統監控混凝土溫度的變化，根據測溫結果提出養護措施，控制溫差，有效地控制了大體積混凝土在硬化、養護過程中出現裂縫。

溧陽市開發區境內泓口村的泓口大橋建設中的承臺工程，研究了一種水泥混凝土澆筑溫度監控方法。該方法研究分為三部分：第一部分對承臺澆筑過程的溫度變化進行監測；第二部分根據測溫結果，實施溫度控制措施，以避免產生裂縫；第三部分進行公路橋梁承臺水泥混凝土溫度控制效果分析，并與溫度控制目標進行對比，檢測溫度控制效果。通過本研究以期為公路橋梁水泥混凝土澆筑過程中的溫度控制提供參考和建議。

1 公路橋梁水泥混凝土澆筑溫度監測

1.1 工程概況

為降低航道改線給S241公路造成的阻礙，在溧陽市開發區境內泓口村預設一座公路橋梁，保證原有城市主干道暢通。航道南側農田較多，地勢平坦，蕪申線通航標準為三級航道標準，凈空要求60m×7m，規劃駁岸口寬度為70m。

虹口大橋共有承臺12個，分為四種類型，其中7號、8號墩為大體積混凝土承臺，其他承臺體積較小，屬于常規施工。因此本文選擇7號墩承臺的水泥混凝土澆筑為例，進行澆筑溫度監控研究。7號墩承臺結構見圖1。

圖1 7號墩承臺結構(單位：mm)

7號墩承臺混凝土為C40混凝土，其配合比及特征值見表1、表2[3]。

表1 7號墩承臺水泥混凝土配合比擬定方案

為C40混凝土的熱特性值見表2。

表2 C40混凝土的熱特性值

續表

1.2 水泥混凝土承臺澆筑工作

水泥混凝土公路橋梁承臺澆筑工作順序如下：

a.做好水泥混凝土公路橋梁承臺澆筑前的準備工作，包括各種原材料的準備工作、待施工道路的提前修整工作、備用電源的準備工作[4]。

b.水泥混凝土公路橋梁承臺模板安裝并加固。

c.按照配合比擬定方案在拌和站集中拌和水泥混凝土，并運輸到施工現場。

d.利用輸送泵車將混凝土輸入到公路橋梁承臺模型中[5]。

e.澆筑方式選擇。目前澆筑方式主要分為三種，在這里采用全面分層澆筑法進行澆筑，按25cm一層進行澆筑。

1.3 公路橋梁水泥混凝土澆筑溫度監測

公路橋梁水泥混凝土澆筑溫度監測工作主要分為兩項內容，即測溫元件的選擇和布設方案、溫度監測方案。下面進行具體分析。

1.3.1 測溫元件的選擇和布設方案

公路橋梁水泥混凝土澆筑溫度控制的前提是能夠準確掌握承臺內外溫度變化，因此，測溫元件的選擇和布設至關重要[6]。

a.測溫元件的選擇。本研究中選擇的測溫元件有兩種，一種是YJ-4200振弦式應變傳感器，應用于承臺內部溫度的監測；一種是DTM-280數字溫度計，應用于承臺外部，包括上面、下面和側面的溫度監測[7]。二者性能參數見表3、表4。

表3 YJ-4200振弦式應變傳感器性能參數

表4 DTM-280數字溫度計主要性能指標

b.測溫元件布設。根據《大體積混凝土施工規范》(GB 50496—2009)要求對監控點進行布設。

YJ-4200振弦式應變傳感器布設方案見表5。

表5 YJ-4200振弦式應變傳感器內部布設方案

續表

DTM-280數字溫度計布設見圖2。DTM-280數字溫度計放置于澆筑承臺的上面、下面和側面。其中，上面的數字溫度計位于承臺表面以下在5cm處，底層的數字溫度計位于承臺底面以上5cm處[8]。

圖2 DTM-280數字溫度計布設方案

1.3.2 溫度監測方案

公路橋梁水泥混凝土承臺在澆筑和凝固過程中都需要進行溫度監測，監測流程見圖3。

圖3 公路橋梁水泥混凝土承臺溫度監測流程

溫度監測方案如下：

a.澆筑前，連續觀測3次取平均值。

b.入模溫度測量，每1h1次。

c.澆筑后，采集一次溫度并進行詳細記錄，檢查時間從每天的0時開始，之后每2h采集1次，持續時間為15天[9]。

2 公路橋梁水泥混凝土澆筑溫度控制研究

根據溫度監測結果，實施溫度控制。在本研究中，主要進行三項工作，即確定溫度控制目標、澆筑前的公路橋梁水泥混凝土承臺的溫度控制、澆筑后的公路橋梁水泥混凝土承臺的溫度控制[10]。

2.1 確定溫度控制目標

溫度控制在一定目標范圍內才能確保承臺內部不會出現裂縫，保證其耐久性和安全性[11]。根據《大體積混凝土施工規范》(GB 50496—2009)要求，確定公路橋梁水泥混凝土溫度控制目標(見表6)。

表6 公路橋梁水泥混凝土溫度控制目標

2.2 澆筑前的公路橋梁水泥混凝土溫度控制

公路橋梁水泥混凝土溫度控制不能完全依靠澆筑完成后的溫度控制措施進行，在澆筑前也要進行溫控，以保證達到溫度控制目標。具體措施如下：

a.澆筑公路橋梁水泥混凝土承臺時，采用低水化熱水泥——礦渣水泥，同時摻緩凝劑等外加劑延長混凝土凝固時間[12]。

b.降低承臺澆筑入模溫度，入模溫度控制在不高于28℃。避免氣溫高時澆筑混凝土，冷卻拌和水，水中摻冰，沖洗骨料，對泵送管噴水降溫。

c.采取薄層分層的方法進行澆筑，以便于散熱，每層的澆筑厚度最好不大于30cm。澆筑過程中速度也要保持均衡，并且需要伴有振搗，防止水泥混凝土層中留有氣泡[13]。

d.選取填充骨料時，為減少收縮變形，需要選取含泥量較小的骨料類型。此外，水泥混凝土在滿足泵送前提下，盡量降低含砂率。水泥混凝土的坍落度在滿足泵送條件下盡量選小值，及時排除澆筑過程中水泥混凝土的沁水。

2.3 澆筑后的公路橋梁水泥混凝土溫度控制

澆筑后的公路橋梁水泥混凝土溫度控制主要通過布設在承臺上的冷卻水管來完成。冷卻水管一般與測溫元件一起布設完成。采用的冷卻水管直徑最好控制在30～35mm之間，壁厚也要不小于3mm，材料要選擇不易腐蝕材料，如鍍鋅水管，防止漏水。冷卻水管一般采用水平的方式布設在不同的層面內，層間距一般為0.8m[14]。

a.當監測到混凝土承臺內部溫度過高時，要加大底冷卻水管內冷水的流量，以保證溫度能夠快速降下來，維持內外溫差在目標范圍內。

b.如果發現混凝土內外溫差過大，可加大冷卻力度降低混凝土的內部溫度，同時對混凝土表面進行蓄水養護[15]。

3 公路橋梁承臺水泥混凝土溫度控制效果分析

按照上述方法進行公路橋梁承臺水泥混凝土溫度監控。繪制監控過程中的7號承臺大體積混凝土溫度參數變化曲線(見圖4)。

圖4 7號承臺大體積水泥混凝土溫度變化曲線

統計圖4中7號承臺大體積水泥混凝土溫度參數，得到溫度監控結果(見表7)。

表7 7號承臺大體積水泥混凝土溫度監控結果

對7號承臺大體積水泥混凝土溫度進行的監控結果表明：澆筑期間各項數據都在規定的目標范圍內，監控方法是有效的。

4 結 語

綜上所述，在現代公路橋梁項目工程中，水泥混凝土是最常見的建設材料。這種材料具有強度高、穩定性好、耐久性好、價格低廉等優點，但是該材料在澆筑過程中，對溫度控制的要求較高，否則極易出現裂縫，影響了水泥混凝土構件的安全性和穩定性。為此，進行公路橋梁水泥混凝土澆筑溫度監控方法研究。該研究分為溫度監測和溫度控制兩個方面。通過實例測試，證明了所研究方法應用的控制效果。然而，本研究僅在仿真實驗環境中進行，與工程實際情況還存在一定的差異，因此得到的結果偏于理想化，有待在實際工程環境下進行實測研究。