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【摘 要】随着桥梁建设事业的不断发展，预应力混凝土箱梁桥型的应用日益广泛。但是，这种桥型由于水化热和温度应力，会产生不同程度的温度裂缝，直接威胁到桥梁的耐久性和使用安全。为此，本文结合工程实例，就大跨预应力混凝土箱梁温度裂缝的控制进行了研究和分析，可供参考借鉴。
【关键词】预应力混凝土箱梁；水化热；温度应力；温升
随着桥梁向着大跨度的方向不断地发展，预应力混凝土箱梁桥型的应用也越来越广泛。而提高预应力混凝土箱梁的耐久性成为工程师面临的亟待解决的问题。混凝土结构耐久性问题的突出表现是控制开裂问题，而这其中尤以控制温度裂缝为主要研究内容。预应力混凝土箱梁的截面尺寸较大，水泥含量高，由此带来了水化热温度应力较大，可能导致梁体表面开裂，这一问题已经在工程实践中被证实。水化热温度应力问题早已在大体积混凝土工程中引起广泛的重视。本文基于这些问题，针对大跨预应力混凝土箱梁温度裂缝的控制进行探讨。
1.大体积混凝土的定义
水工结构的大坝、大型建筑的基础以及桥梁工程中的大体积锚锭和大型承台均属于典型的大体积混凝土。但目前学术界和工程界对于大体积混凝土并没有统一的定义。
国内相关行业标准和规范对大体积混凝土的定义有以下几种：《大体积混凝土施工规范》规定大体积混凝土为最小尺寸达1m，其水化热可能会导致温度裂缝的混凝土。《公路桥涵施工技术规范》规定：大体积混凝土最小尺寸应在1～3m，且内外温差不得超过25℃。日本建筑学会标准（JASS5）认为大体积混凝土最小尺寸应在0.8m以上，预计水化热温升与环境温度差值大于25℃。国际预应力协会规定：凡是一次浇注尺寸大于0.6m，特别是水泥用量大于400kg/m3时，应考虑水化热影响。
参考目前国内外相关行业标准和规范对大体积混凝土的定义，大跨预应力混凝土箱梁桥根部截面基本达到大体积混凝土要求，施工期间的水化热问题应不容忽视。
2.水化热实测
2.1水化热测试基本情况
某预应力混凝土连续刚构桥，主跨190m。采用悬臂施工法施工，共分为21个梁段。其中0号块腹板厚度1m，1～10号块腹板厚度为0.7m，12～21号块腹板厚度为0.5m，11号块腹板厚度渐变。
施工过程中发现58#墩右幅0号块和1号块腹板均有不同程度的开裂，检测发现这些裂缝只在当前施工梁段内发展，腹板内外贯通，裂缝与水平方向的夹角约为15°～40°，裂缝宽度为0.05～0.3mm，且在拆模时就已产生。为研究裂缝成因，在58#墩右幅箱梁2号块腹板进行了水化热测试。发现裂缝之后，有关各方采取了积极的措施，调整了配合比，调整前、后配合比对比于表1所示，为检验调整配合比后的效果，施工过程中同时对58#墩左幅2号块腹板也进行了水化热测试。
该桥混凝土设计强度等级为C60。水化热温度测试主要测量箱梁外大气温度、箱梁内大气温度、混凝土内部温度场、箱梁内外表面温度等。测试时间：2010年11月1日12：00至11月7日，对该桥右幅箱梁2号块进行了长达163h的连续观测，前72h测试间隔2h，其它测试间隔3～4h不等。2011年1月11日15：30至1月17日，对该主桥箱梁左幅2号块进行了长达147h的连续观测，前72h测试间隔2h，其它测试间隔3～4h不等。箱梁混凝土内部温度通过预埋温度传感器测试，大气温度及混凝土表面温度采用点式温度计观测，沿腹板厚度方向布置5个测点，从外至内依次为1～5，具体测点布置如图1所示。
2.2水化热测试结果
2.2.1右幅2号块水化热测试结果
58#墩右幅2号块的水化热测试结果如图2所示，由图2可知：2号块腹板混凝土入模温度为36.0℃，在浇筑后18h达到峰值温度73.5℃。腹板表面和中心测点的最大温差在混凝土浇筑后12～40h内始终在25℃以上，在20～32h内大于30.0℃，最大内外温差为36.0℃，内外温差约5d达到稳定。
2.2.2左幅2号块水化热测试结果
左幅2号块的水化热测试结果如图3所示，由图3可以发现：箱梁内外大气温度变化周期较相似，步调基本一致。箱梁外部大气最高温度为13℃，最低温度为2℃；箱梁内部大气最高温度为20℃，最低温度为5℃，腹板混凝土入模温度均值为10.9℃，混凝土在其浇筑后约29h达到最大温度57.5℃，温升45.0℃，并均持续约5h。整个水化过程中上游腹板内外温差最大值为28.5℃。表面受大气温度的影响，腹板内测点的温度要高于外测点的温度。
《公路桥涵施工技术规范》规定：大体积混凝土为最小边尺寸在1～3m范围内的混凝土，该桥2号块腹板（厚0.7m）接近大体积混凝土，水泥用量较大（490kg）且入模温度过高但并未采取特别的养护措施，致使腹板混凝土在浇筑后产生较大的内外温差（36.0℃），导致腹板在养护期间即出现裂缝；调整混凝土配合比之后，其水泥用量减少为400kg，减少了18.4%，配合比调整后，浇筑后产生较大的内外温差（30.0℃），腹板在养护期间未出现裂缝。通过该桥的实测数据对比可以认为，过高的水泥掺量会使水化热引起的箱梁腹板内外温差增加，过高的温差是箱梁混凝土早期开裂的主要原因之一。上述左、右幅两个对应梁段（2号块）的水化热实测结果汇总如表2所示，由上述实测结果可知：
①大跨预应力混凝土箱梁桥由于其根部截面细部尺寸基本达到大体积混凝土最小限制（1.0m），混凝土强度等级较高（一般大于C50）、水泥用量较大（一般高于400kg）等因素可导致较高的水化热；
②大跨预应力混凝土箱梁桥混凝土在浇筑后一般在1d内达到峰值温度，在前1～4d将经历较快的升温和降温过程，在此期间容易出现较大的内外温差，前4d应尤其注意混凝土养护；
③实际施工时，可在混凝土中掺入适量粉煤灰，以减少水泥用量从而降低混凝土的水化热。对于该桥，当混凝土掺入了18.4%（等量取代水泥的百分比）的粉煤灰后，其对应位置的左幅桥，其温升降低较大，水化热发展较慢，温差较小，很好地控制了腹板混凝土的开裂。
表2水化热实测结果汇总
3.温度裂缝控制的建议
大跨预应力混凝土箱梁桥水化热容易受到较多因素的影响。为避免因过高的水化热导致结构产生早期裂缝，在箱梁桥的施工中建议尤其要做好下几点：
①优化配合比。在满足施工性能的前提下，宜采用低热水泥，并适量掺入优质粉煤灰，以减少水泥用量；同时为了降低混凝土的早期温升，应采用缓凝型高效减水剂，掺量应根据工作需要而定，并应注意与水泥的相容性；
②降低入模温度。夏天沙、石等原材料可置于阴凉处，拌合水可经冷却池冷却，混凝土浇注宜在晚上进行；
③加强现场养护。现场应设置专人养护，做到夏季保湿，冬季保温；
④做好温度监控。要求入模温度应小于30℃，热天可放宽至35℃，混凝土内部的最高温升应控制在60℃，混凝土内部与表面（或环境）温差应控制在30℃；
⑤控制拆模时间。对于采用悬臂施工法施工的大跨径预应力混凝土箱梁桥，宜在4d以后拆模。
4.结束语
总之，由于高水化热而形成的较大温差是使箱梁出现温度裂缝的关键因素。因此，在施工时，可在混凝土中掺入适量粉煤灰，以减少水泥用量从而降低混凝土的水化热。同时通过优化配合比、做好温度的监测及养护工作，这样温度裂缝是能得到有效控制的。
参考文献：
[1] 臧华；刘钊；王立波.混凝土箱梁温度裂缝控制问题的探讨[J].施工技术，2006年第S1期.
[2] 李明.客运专线32m后张预应力混凝土简支箱梁温度裂缝控制技术[J].石家庄铁道大学学报（自然科学版），2007年第01期.
【关键词】预应力混凝土箱梁；水化热；温度应力；温升
随着桥梁向着大跨度的方向不断地发展，预应力混凝土箱梁桥型的应用也越来越广泛。而提高预应力混凝土箱梁的耐久性成为工程师面临的亟待解决的问题。混凝土结构耐久性问题的突出表现是控制开裂问题，而这其中尤以控制温度裂缝为主要研究内容。预应力混凝土箱梁的截面尺寸较大，水泥含量高，由此带来了水化热温度应力较大，可能导致梁体表面开裂，这一问题已经在工程实践中被证实。水化热温度应力问题早已在大体积混凝土工程中引起广泛的重视。本文基于这些问题，针对大跨预应力混凝土箱梁温度裂缝的控制进行探讨。
1.大体积混凝土的定义
水工结构的大坝、大型建筑的基础以及桥梁工程中的大体积锚锭和大型承台均属于典型的大体积混凝土。但目前学术界和工程界对于大体积混凝土并没有统一的定义。
国内相关行业标准和规范对大体积混凝土的定义有以下几种：《大体积混凝土施工规范》规定大体积混凝土为最小尺寸达1m，其水化热可能会导致温度裂缝的混凝土。《公路桥涵施工技术规范》规定：大体积混凝土最小尺寸应在1～3m，且内外温差不得超过25℃。日本建筑学会标准（JASS5）认为大体积混凝土最小尺寸应在0.8m以上，预计水化热温升与环境温度差值大于25℃。国际预应力协会规定：凡是一次浇注尺寸大于0.6m，特别是水泥用量大于400kg/m3时，应考虑水化热影响。
参考目前国内外相关行业标准和规范对大体积混凝土的定义，大跨预应力混凝土箱梁桥根部截面基本达到大体积混凝土要求，施工期间的水化热问题应不容忽视。
2.水化热实测
2.1水化热测试基本情况
某预应力混凝土连续刚构桥，主跨190m。采用悬臂施工法施工，共分为21个梁段。其中0号块腹板厚度1m，1～10号块腹板厚度为0.7m，12～21号块腹板厚度为0.5m，11号块腹板厚度渐变。
施工过程中发现58#墩右幅0号块和1号块腹板均有不同程度的开裂，检测发现这些裂缝只在当前施工梁段内发展，腹板内外贯通，裂缝与水平方向的夹角约为15°～40°，裂缝宽度为0.05～0.3mm，且在拆模时就已产生。为研究裂缝成因，在58#墩右幅箱梁2号块腹板进行了水化热测试。发现裂缝之后，有关各方采取了积极的措施，调整了配合比，调整前、后配合比对比于表1所示，为检验调整配合比后的效果，施工过程中同时对58#墩左幅2号块腹板也进行了水化热测试。
该桥混凝土设计强度等级为C60。水化热温度测试主要测量箱梁外大气温度、箱梁内大气温度、混凝土内部温度场、箱梁内外表面温度等。测试时间：2010年11月1日12：00至11月7日，对该桥右幅箱梁2号块进行了长达163h的连续观测，前72h测试间隔2h，其它测试间隔3～4h不等。2011年1月11日15：30至1月17日，对该主桥箱梁左幅2号块进行了长达147h的连续观测，前72h测试间隔2h，其它测试间隔3～4h不等。箱梁混凝土内部温度通过预埋温度传感器测试，大气温度及混凝土表面温度采用点式温度计观测，沿腹板厚度方向布置5个测点，从外至内依次为1～5，具体测点布置如图1所示。
2.2水化热测试结果
2.2.1右幅2号块水化热测试结果
58#墩右幅2号块的水化热测试结果如图2所示，由图2可知：2号块腹板混凝土入模温度为36.0℃，在浇筑后18h达到峰值温度73.5℃。腹板表面和中心测点的最大温差在混凝土浇筑后12～40h内始终在25℃以上，在20～32h内大于30.0℃，最大内外温差为36.0℃，内外温差约5d达到稳定。
2.2.2左幅2号块水化热测试结果
左幅2号块的水化热测试结果如图3所示，由图3可以发现：箱梁内外大气温度变化周期较相似，步调基本一致。箱梁外部大气最高温度为13℃，最低温度为2℃；箱梁内部大气最高温度为20℃，最低温度为5℃，腹板混凝土入模温度均值为10.9℃，混凝土在其浇筑后约29h达到最大温度57.5℃，温升45.0℃，并均持续约5h。整个水化过程中上游腹板内外温差最大值为28.5℃。表面受大气温度的影响，腹板内测点的温度要高于外测点的温度。
《公路桥涵施工技术规范》规定：大体积混凝土为最小边尺寸在1～3m范围内的混凝土，该桥2号块腹板（厚0.7m）接近大体积混凝土，水泥用量较大（490kg）且入模温度过高但并未采取特别的养护措施，致使腹板混凝土在浇筑后产生较大的内外温差（36.0℃），导致腹板在养护期间即出现裂缝；调整混凝土配合比之后，其水泥用量减少为400kg，减少了18.4%，配合比调整后，浇筑后产生较大的内外温差（30.0℃），腹板在养护期间未出现裂缝。通过该桥的实测数据对比可以认为，过高的水泥掺量会使水化热引起的箱梁腹板内外温差增加，过高的温差是箱梁混凝土早期开裂的主要原因之一。上述左、右幅两个对应梁段（2号块）的水化热实测结果汇总如表2所示，由上述实测结果可知：
①大跨预应力混凝土箱梁桥由于其根部截面细部尺寸基本达到大体积混凝土最小限制（1.0m），混凝土强度等级较高（一般大于C50）、水泥用量较大（一般高于400kg）等因素可导致较高的水化热；
②大跨预应力混凝土箱梁桥混凝土在浇筑后一般在1d内达到峰值温度，在前1～4d将经历较快的升温和降温过程，在此期间容易出现较大的内外温差，前4d应尤其注意混凝土养护；
③实际施工时，可在混凝土中掺入适量粉煤灰，以减少水泥用量从而降低混凝土的水化热。对于该桥，当混凝土掺入了18.4%（等量取代水泥的百分比）的粉煤灰后，其对应位置的左幅桥，其温升降低较大，水化热发展较慢，温差较小，很好地控制了腹板混凝土的开裂。
表2水化热实测结果汇总
3.温度裂缝控制的建议
大跨预应力混凝土箱梁桥水化热容易受到较多因素的影响。为避免因过高的水化热导致结构产生早期裂缝，在箱梁桥的施工中建议尤其要做好下几点：
①优化配合比。在满足施工性能的前提下，宜采用低热水泥，并适量掺入优质粉煤灰，以减少水泥用量；同时为了降低混凝土的早期温升，应采用缓凝型高效减水剂，掺量应根据工作需要而定，并应注意与水泥的相容性；
②降低入模温度。夏天沙、石等原材料可置于阴凉处，拌合水可经冷却池冷却，混凝土浇注宜在晚上进行；
③加强现场养护。现场应设置专人养护，做到夏季保湿，冬季保温；
④做好温度监控。要求入模温度应小于30℃，热天可放宽至35℃，混凝土内部的最高温升应控制在60℃，混凝土内部与表面（或环境）温差应控制在30℃；
⑤控制拆模时间。对于采用悬臂施工法施工的大跨径预应力混凝土箱梁桥，宜在4d以后拆模。
4.结束语
总之，由于高水化热而形成的较大温差是使箱梁出现温度裂缝的关键因素。因此，在施工时，可在混凝土中掺入适量粉煤灰，以减少水泥用量从而降低混凝土的水化热。同时通过优化配合比、做好温度的监测及养护工作，这样温度裂缝是能得到有效控制的。
参考文献：
[1] 臧华；刘钊；王立波.混凝土箱梁温度裂缝控制问题的探讨[J].施工技术，2006年第S1期.
[2] 李明.客运专线32m后张预应力混凝土简支箱梁温度裂缝控制技术[J].石家庄铁道大学学报（自然科学版），2007年第01期.