不同养护组合对连续刚构箱梁混凝土早期温度场的影响研究

龙龙

辽宁省交通规划设计院有限责任公司，中国·辽宁 沈阳 110166

1 引言

在混凝土工程施工中，水热化问题是最为常见的问题，水热化问题的出现会引起混凝土内部早期温湿度发生改变，从而产生混凝土温度应力及自收缩变形，导致早期裂缝问题的出现。而导致混凝土工程出现早期裂缝的根本原因是在混凝土初凝期没有做好养护工作。在应对混凝土早期裂缝问题上，相关人士已做了大量研究，其中，研究最多的当属养护方法的研究。混凝土养护方式方法较多，养护方法是否合理，在很大程度上决定着混凝土结构整体质量，而随着高性能混凝土的出现，对养护提出了更高的要求，尤其在连续刚构箱梁混凝土养护上，传统的自然养护法已无法满足养护标准，必须根据桥梁实际情况选择最适当的养护方法。

学者石常龙[1]结合试验重点分析了养护条件对超高性能混凝土耐久性及强度的影响，研究结果表明，在开展连续刚构箱梁混凝土施工中，合理控制箱梁截面温度可对预防混凝土开裂、提升箱梁结构质量起到积极的促进作用。为进一步验证养护方式选择对混凝土早期温度场变化的影响，论文重点分析了“模贴法＋自然养护法”“模贴法＋自动喷水雾法”等不同组合养护方法下的作用效果，以为同类型工程项目管理人员做出正确的选择提供帮助。

2 混凝土早期温度场理论

混凝土浇筑施工完成后，任意一点在t 时刻的瞬时温度用T ＝f（x，y，z，t）表示。某具体时刻的瞬时温度T 与t时刻坐标空间相关。假定混凝土质量为均质，在混凝土热传导中，由Fourier 热传导理论总结为：

式中：λ 为混凝土导热系数，kJ/（m·h·℃）；qx标志通过x 轴方向单位时间、面积的热量，kJ/m2。参考热量平衡原理可得：

在绝热条件下，水化作用会使混凝土内部温度上升，上升速度可用下式表示：

式中：θ 表示混凝土绝热温升；Q 表示单位时间内单位体积水泥水化作用下的热量产出；W 表示单位体积混凝土水泥用量；q为单位时间内单位质量水泥所释放的水化热。如果y 和z 方向的温度均为常数，三维温度场问题就会转化为单向温度场问题，式（2）就可被简化为：

3 不同养护组合对连续刚构箱梁混凝土早期温度场的影响

传统的自然养护法就是在混凝土浇筑后的初凝期，采用人工洒水或覆盖保湿材料。例如，在连续钢构箱梁混凝土养护施工时，拆模前，将特殊保湿材料或湿麻袋覆盖于箱梁顶板顶面、底板顶面，并间歇性洒水，确保混凝土表面始终保持湿润状态。拆模后，底模依然紧贴箱梁底板，其他部位与钢模板松开，底板顶面与顶板顶面依然采用此方法进行养护，而腹板外表面及底板底面无需进行养护。应用实践表明，在进行大体积混凝土结构养护时，该方法并不能达到理想的效果，混凝土结构裂缝问题异常突出。为改善这一现状，业内结合实践研究，总结出两套组合养护方法，均对控制混凝土早期裂缝起到较好的作用[2]。

3.1 模贴法＋自然养护法

在运用此养护方式进行养护时，需在混凝土施工阶段就在箱梁外表面模板上粘贴一层透水模贴，拆模时随模板一起拆除。拆除后，用1cm 厚的保湿材料进行覆盖，并定期洒水，确保保湿材料始终处于湿润状态，从而达到理想的养护效果。

对流系数的选取应根据对流放热系数及等效对流放热系数计算式进行。当采用洒水养护方式进行养护时，混凝土表面温度与水温相同，而贴膜与钢板间存有水与空气，故拆模前贴膜等效放热系数βs=40kJ/（m2·h·℃)。计算数据见表1。

表1 箱梁表面放热系数kJ/（m2·h·℃)

通过现场测量研究，发现箱梁结构各节点温度对龄期变化趋势大致相同，72h 内即可达到温度峰值，其中，底板与上倒角中部节点温度峰值达到45.1℃、45.3℃；在环境温度影响下，混凝土节点温度变化较大，呈现出周期性变化趋势；拆模后，温度会出现“突变”现象，这是因为混凝土表面与大气接触，温度会迅速降低，造成箱梁内外温差瞬时变大，其中，下倒角和与底板内外温差最大，最高可达到17.6℃，因此拆模后必须及时进行混凝土表面养护，以降低对温度场的影响[3]。

3.2 模贴法＋自动喷水雾养护法

同上，在混凝土浇筑前就在箱梁外表面模板上粘贴一层透水模贴，拆模时随模板一起拆除。拆除后，用1cm 厚的保湿材料进行覆盖，并采用自动喷水雾系统洒水养护底板下表面和腹板外表面，确保保湿材料始终处于湿润状态，从而达到理想的养护效果。根据朱伯芳[4]院士的对流放热系数和等效对流放热系数计算式计算对流系数，计算数据见表2。

表2 箱梁表面放热系数kJ/(m2·h·℃)

因自动喷水雾养护水温度可实现调控，在进行喷水雾养护时，混凝土表面放热系数选取为βs=40kJ/（m2·h·℃）。

通过“模贴法＋自动喷水雾养护法”养护工艺的应用，箱梁各节点温度变化规律一定，72h 内即可达到温度峰值，其中，底板与上倒角中部节点温度峰值最大，温度峰值并随着截面面积尺寸加大而升高，达到温度峰值时间也会有所延迟[5]；拆模后，因喷洒水雾养护及时，温度曲线没有出现“突变”现象，下倒角和底板内外温差最大，分别为17.1℃、16.0℃。

4 不同养护方法箱梁各板内外温差对比分析

通过对比“模贴法＋自然养护法”“模贴法＋自动喷水雾养护法”应用后的箱梁截的腹板、底板以及上下倒角内外温差，差峰值变化量如表3、4 所示。由表4 可知，两种组合养护法的应用均在拆模前显著降低了箱梁截面内外温差，腹板温差峰值由13.2℃降低到11.1℃，减少了15.9%。上倒角温差峰值也由14.1℃减降至11℃，减少了21.9%。箱梁模板内黏模贴在拆模前可以有效降低混凝土内外温差。

表3 拆模前－不同养护方法截面温差峰值变化量

表4 拆模后－不同养护方法截面温差峰值变化量

拆模后，“模贴法＋自然养护法”下，箱梁混凝土结构截面温差值突变逆增，比自然养护下温差值还高。而“模贴法＋自动喷水雾养护法”下，温差值仍能有效降低，上倒角温差值由11.6℃降为9.1℃，减少了21.5%。因此，拆模后采用自动喷水雾养护能很好地达到降低内外温差目的。早期养护可实现箱梁内外温差的有效降低，“模贴法＋自动喷水雾养护法”可有效适用于夏季连续刚构箱梁的早期养护施工中。

5 结语

①通过对比两种组合养护方法，综合提出适合目前钢构箱梁混凝土施工常用养护方法，综合提出目前钢构箱梁混凝土施工的两种组合方式：“模贴法＋自然养护法”与“模贴法＋自动喷水雾养护法”[6]。

②拆模前，“模贴法＋自然养护法”能有效降低底板内外温差，底板温差由17.8℃降低至14.8℃，降低了16.8%，腹板和上下倒角分别降低了15.2%、21.9%、15.1%。

③拆模后，内外温差及降反升，养护效果不佳。“模贴法＋自动喷水雾养护法”拆模前后都取得了良好的降温效果，拆模前与“模贴法＋自然养护法”效果一致。拆模后，底板温差减少了13.4%，腹板与上下倒角分别减少了13.5%、21.5%、11.3%。

④“模贴法＋自动喷水雾养护法”能有效地降低混凝土箱梁内外温差，推荐在夏季箱梁早期养护工程中广泛应用。