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【摘要】根据高强混凝土水化放热规律，研究混凝土预制箱梁夏季高温温度控制和冬季低温蒸汽养护的湿度控制参数，通过现场试验和计算分析，验证并改进，以更好的指导生产。
【关键词】混凝土箱梁温度控制蒸汽养护湿控参数
中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：
1工程概况
临县至离石高速公路是《山西省高速公路网调整规划》中三纵十一横十一环西纵高速公路的重要组成部分。路线全长72.91km，主线桥梁11403m/41座、匝道桥33425m/14座、分离立交桥12座、天桥4座，全线共有预制箱梁2878片。 任务重，工期紧，如何在保证制梁质量的前提下加快制梁速度，箱梁温控将发挥其应有作用。
2混凝土温度控制的目的及要求
混凝土梁体温度控制的目的是为了保证梁体混凝土在硬化阶段内部最高温度以及梁体内、体温差控制在允许范围内，以减小由于温度应力差造成局部拉应力过大，而产生不规则裂缝，从而提高混凝土的耐久性，达到预期使用寿命。
3混凝土温度控制的方法
以下主要从夏季高温控制和冬季低温控制两个大方面进行浅谈。
3.1夏季高温混凝土温度控制措施
混凝土箱梁设计强度高，水泥等胶凝材料用量大，一次浇筑混凝土数量大，虽然混凝土最大尺寸不是很好，但箱体内部空间小，夏季施工时降温条件差，混凝土温度控制拟从以下措施入手。
⑴混凝土配合比材料的选定。在满足设计要求的前提下，充分保证混凝土强度、弹性模量以及考虑混凝土运输、泵送时的坍落度损失等对施工工艺的影响。通过掺用外加剂、粉煤灰、矿粉，减少水泥用量以及混凝土收缩徐变，防止梁体表面裂纹。
①水泥：采用早期水化热低的水泥并尽可能降低水泥用量。同时注意到水泥的水化热是矿物成分与细度的函数，要降低水泥的水化热，主要是选择适宜的矿物组成和调整水泥细度。我部采用的是许昌天瑞低碱低热水泥，可以满足施工要求。
②集料：细集料采用级配良好的中砂，（细度模数2.6-3.0，含泥量＜2%）级配良好，空隙率小，总表面积小，单方混凝土用水量和水泥用量就可以减少，水化热相应降低，裂缝产生的可能性就减少很多。粗骨料主要控制其级配和粒型，级配、粒形 的碎石，其空隙率也较小，每方混凝土的水泥砂浆用量就可以减少，相应的水泥用量就可以减少，水化热就随之降低。采用5-10mm和10-20mm两种级配配 制成5-20mm连续级配。我部采用的是信阳明港中砂和确山金牛山碎石，可以满足施工要求。
③掺合料：为了减少水泥用量，降低水化热井并提高混凝土和易性，考虑用粉煤灰、矿粉替代部分水泥。主要作用在于可以和水泥形成良好的级配关系提高混凝土的密实性。
④外加剂：耐久性混凝土中，外加剂的作用不可替代。要实现低水胶比、低胶凝材料用量且强度、耐久性满足设计要求，高性能的外加剂必不可少。外加剂应采用减水率高、坍落度损失小、适量引气、质量稳定、能满足混凝土耐久性的产品。我部采用的是江苏博特高效减水剂，可以满足施工要求。
⑵混凝土施工控制
①拌合站：拌合站的降温措施主要有：a集料仓，搭设遮阳棚，以避免阳光曝晒；砂石料堆采用洒冷水方法降低温度。b胶凝材料（水泥、矿粉、粉煤灰）储存仓，夏季白天温度高时，通过遮盖、洒水来降低罐体温度。控制进入拌合机时的温度。c拌合站储水箱加冰降温，皮带运输机采取这样措施。
②混凝土拌合、运输：拌合用水采用冷却水或井水搅拌混凝土，拌合水温度控制在6℃-9℃。混凝土运输前对运输车身浇洒冷水以避免车身热量传入混凝土。
③混凝土浇筑：选择合适的浇筑时间，最好安排在傍晚16：00后开始浇筑，第二天凌晨8：00前完成浇筑工作。控制入模温度不高于30℃。混凝土的浇筑速度不宜过快，以利于利用梁体截面散热面积大的特点，通过混凝土自身散热，降低混凝土内部温度。混泥土由输送泵泵送，浇筑时由一端向另一端分层分阶段浇筑，同一断面混凝土浇注顺序为先底板及腹板根部、再腹板、最后顶板。顶板浇筑时由顶板翼缘板向箱梁中心线方面进行。
④混凝土养护：整孔梁浇筑完成后，在混凝土初凝前完成收浆抹面工作，以消除收缩裂纹，并使平整度满足要求。之后要及时洒水并采用土工布覆盖进行潮湿养护，防止水分蒸发产生收缩裂纹。 结合本地气候条件，夏季混凝土潮湿养护时间至少10天以上，养护时，注意控制养护水的温度与混凝土表面温度差≤15℃。在混凝土内外温差较大时，采取蓄热法养护。必要时候还可采取抽拔管管道通循环水等措施降低芯部温度。
⑤拆模温度要求：拆模除了考虑强度因素外，还应该考虑拆模时混凝土的温度因素。混凝土的温度不能过高，以免混凝土接触空气时降温过快产生裂纹，更不能在此时喷洒凉水养护。混凝土内部开始降温前以及混凝土内部温度最高时不得拆模，拆模时必须达到温度要求，降温过程即将结束且各部位温差不超过15℃。
3.2冬季降温混凝土温度控制措施
冬季预制混凝土箱形梁常采用蒸汽养护以加快混凝土的硬化，缩短养护时间。但是，在混凝土箱梁水化硬化过程中，由于水化作用和蒸汽的作用，水泥水化产物没有足够时间扩散，水化产物分布不均匀，混凝土结构局部变得粗糙。在水化作用和外界蒸气双重热量的影响下，梁体内部与外界存在较大的温差，在箱梁混凝土内部或箱梁表面产生裂纹，从而影响箱梁的承载能力和耐久性。针对该问题，通过现场预制梁场蒸汽养护试验和理论计算，提出箱梁蒸汽养护温度控制曲线。
⑴蒸汽养护系统组成
蒸汽养护系统主要由三部分组成，包括养护罩系统、蒸汽形成加热系统、通风冷却系统和自动温控系统：①养护罩系统由养护被和养护棚两大部分组成：养护被选用复合纤维保温毯，该毯具有保温性好，防水防雨功能，防污染，防潮性强。②蒸汽生成加热系统包括锅炉选定、管道的选取和布置、锅炉和管道的分布关系。锅炉的选定主要考虑升温期的热量消耗、恒温期的热量消耗、养护期单位时间需要供给的最大热量以及管道损失和蒸养棚等因素影响。 管道布置从蒸汽总管开始，在每个台座处设气气缸，分气缸接每个台座的主管道和蒸汽管道；主管道为60mm无缝钢管；蒸汽管道为40mm无缝钢管，每根钢管设手动阀门，并设一定数量的蒸汽小孔。主管道是四根，分别布置在箱形梁底部、内部、外侧部。③自动温控系统采用分布式控制策略，由中央控制器和每个台座控制器组成；中央控制器由工业控制计算机、控制软件组成，中央控制器是通过无线通讯控制台座控制器，台座控制其由1台巡检仪、1台温控仪、4组继电器组成。巡检仪是进行梁体内外测温，温控仪用来控制继电器，继电器通过电磁阀进行蒸汽的控制。系统结构示意图1如下：（以三个台座为例）
⑵测温点的布置
混凝土箱形梁蒸汽养护采用两端对称供汽。每孔梁布置7个测温点。因顶腹板的交界处为混凝土箱梁梁体最厚的部位，因此测温点的布置以此处为轴线，分为两个端部和中部三处进行布设，其中两端的测温点距梁体端头1.5米-2.0米处。在同一横向截面布设芯部和表层两个测温点，在梁体纵向中心位置顶腹板交界处布置相同一组。共两组，四个测温点；在蒸养棚上下两个空间分别布置两个环境温度测温点。外加一个室外自然环境温度测温点，以作参照。共计7个测温点。（详细请参照布置示意图）测温传感器采用PT100温度传感器，采用JCJ500B巡检仪进行温度采集。
⑶温度数据采集及分析
在梁场进行试验梁浇筑时间为11月1日，气温比较低，在静养时间，向养护罩中通蒸汽使罩内气温维持在20℃。试验梁养护分为静养期、升温期、恒温期和降温期。测试结果：各测点温度变化曲线见图所示：测温负责人员要及时对测温资料进行整理，绘制测温数据曲线。
⑷信息反馈
根据温度曲线及时对混凝土养护情况作出反饋，当环境温度与混凝土表层温度及混凝土表层温度与芯部温度温差达到12℃时，进入预警状态。要根据现场实际情况查找原因，并采取相应措施改变温差。当温差达到15℃时，立即启动应急措施，降低内外温差，确保混凝土的养护温度达到要求。
⑸温度应力计算分析
对试验梁的温度场进行计算，与测试温度变化吻合，然后对试验梁进行热应力耦合分析，计算结果：在养护过程中，随着蒸汽养护进行和混凝土水化作用，混凝土箱形梁的温度应力是不断增加；在降温期，梁体内部温度应力最大，最大温度拉应力为0.889Mpa，梁体表面的最大温度拉应力为0.388Mpa；在养护过程中，箱形梁内部应力大于箱形梁内表面和外表面应力，箱形梁顶板部分温度应力最小，顶板及腹板交界最厚处应力最大，底板应力状况比较均匀；在降温过程中，蒸汽温度由45℃变化到20℃，箱形梁内部混凝土与箱形梁表面混凝土温差由13.4℃变化到30.0℃，混凝土内部有较高的温度梯度，也是产生较大温差应力的主要原因。
⑹蒸汽养护温度控制参数确定
经过上述的试验和计算分析，确定的蒸汽养护温控参数见图5。根据图5所示的蒸汽养护温控参数来指导同一梁场的后续箱形梁的生产，经检查和静载试验，所有混凝土箱形梁均满足正常使用和承载能力，达到设计要求。
4结论
以上温度控制措施及蒸汽养护工艺是针对高速公路箱形梁工厂化生产提出的，通过现场试验是合理的，可指导施工；蒸汽养护温控参数的给定，可指导大型工厂化预制梁场的施工，也可为类似工程提供借鉴。本文给出的温控参数，是针对一定的高强混凝土给出的，但在不同生产中，由于水泥、各种粗骨料、细骨料、添加剂的不同，箱形梁生产环境的不同，应进行适当的调整。通过计算知，在蒸汽养护过程中，降温期是最易出现较大温度梯度，产生较大温度拉应力。
景建元（1976年-），男，工程师，本科学士，主要从事公路交通工作。
【关键词】混凝土箱梁温度控制蒸汽养护湿控参数
中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：
1工程概况
临县至离石高速公路是《山西省高速公路网调整规划》中三纵十一横十一环西纵高速公路的重要组成部分。路线全长72.91km，主线桥梁11403m/41座、匝道桥33425m/14座、分离立交桥12座、天桥4座，全线共有预制箱梁2878片。 任务重，工期紧，如何在保证制梁质量的前提下加快制梁速度，箱梁温控将发挥其应有作用。
2混凝土温度控制的目的及要求
混凝土梁体温度控制的目的是为了保证梁体混凝土在硬化阶段内部最高温度以及梁体内、体温差控制在允许范围内，以减小由于温度应力差造成局部拉应力过大，而产生不规则裂缝，从而提高混凝土的耐久性，达到预期使用寿命。
3混凝土温度控制的方法
以下主要从夏季高温控制和冬季低温控制两个大方面进行浅谈。
3.1夏季高温混凝土温度控制措施
混凝土箱梁设计强度高，水泥等胶凝材料用量大，一次浇筑混凝土数量大，虽然混凝土最大尺寸不是很好，但箱体内部空间小，夏季施工时降温条件差，混凝土温度控制拟从以下措施入手。
⑴混凝土配合比材料的选定。在满足设计要求的前提下，充分保证混凝土强度、弹性模量以及考虑混凝土运输、泵送时的坍落度损失等对施工工艺的影响。通过掺用外加剂、粉煤灰、矿粉，减少水泥用量以及混凝土收缩徐变，防止梁体表面裂纹。
①水泥：采用早期水化热低的水泥并尽可能降低水泥用量。同时注意到水泥的水化热是矿物成分与细度的函数，要降低水泥的水化热，主要是选择适宜的矿物组成和调整水泥细度。我部采用的是许昌天瑞低碱低热水泥，可以满足施工要求。
②集料：细集料采用级配良好的中砂，（细度模数2.6-3.0，含泥量＜2%）级配良好，空隙率小，总表面积小，单方混凝土用水量和水泥用量就可以减少，水化热相应降低，裂缝产生的可能性就减少很多。粗骨料主要控制其级配和粒型，级配、粒形 的碎石，其空隙率也较小，每方混凝土的水泥砂浆用量就可以减少，相应的水泥用量就可以减少，水化热就随之降低。采用5-10mm和10-20mm两种级配配 制成5-20mm连续级配。我部采用的是信阳明港中砂和确山金牛山碎石，可以满足施工要求。
③掺合料：为了减少水泥用量，降低水化热井并提高混凝土和易性，考虑用粉煤灰、矿粉替代部分水泥。主要作用在于可以和水泥形成良好的级配关系提高混凝土的密实性。
④外加剂：耐久性混凝土中，外加剂的作用不可替代。要实现低水胶比、低胶凝材料用量且强度、耐久性满足设计要求，高性能的外加剂必不可少。外加剂应采用减水率高、坍落度损失小、适量引气、质量稳定、能满足混凝土耐久性的产品。我部采用的是江苏博特高效减水剂，可以满足施工要求。
⑵混凝土施工控制
①拌合站：拌合站的降温措施主要有：a集料仓，搭设遮阳棚，以避免阳光曝晒；砂石料堆采用洒冷水方法降低温度。b胶凝材料（水泥、矿粉、粉煤灰）储存仓，夏季白天温度高时，通过遮盖、洒水来降低罐体温度。控制进入拌合机时的温度。c拌合站储水箱加冰降温，皮带运输机采取这样措施。
②混凝土拌合、运输：拌合用水采用冷却水或井水搅拌混凝土，拌合水温度控制在6℃-9℃。混凝土运输前对运输车身浇洒冷水以避免车身热量传入混凝土。
③混凝土浇筑：选择合适的浇筑时间，最好安排在傍晚16：00后开始浇筑，第二天凌晨8：00前完成浇筑工作。控制入模温度不高于30℃。混凝土的浇筑速度不宜过快，以利于利用梁体截面散热面积大的特点，通过混凝土自身散热，降低混凝土内部温度。混泥土由输送泵泵送，浇筑时由一端向另一端分层分阶段浇筑，同一断面混凝土浇注顺序为先底板及腹板根部、再腹板、最后顶板。顶板浇筑时由顶板翼缘板向箱梁中心线方面进行。
④混凝土养护：整孔梁浇筑完成后，在混凝土初凝前完成收浆抹面工作，以消除收缩裂纹，并使平整度满足要求。之后要及时洒水并采用土工布覆盖进行潮湿养护，防止水分蒸发产生收缩裂纹。 结合本地气候条件，夏季混凝土潮湿养护时间至少10天以上，养护时，注意控制养护水的温度与混凝土表面温度差≤15℃。在混凝土内外温差较大时，采取蓄热法养护。必要时候还可采取抽拔管管道通循环水等措施降低芯部温度。
⑤拆模温度要求：拆模除了考虑强度因素外，还应该考虑拆模时混凝土的温度因素。混凝土的温度不能过高，以免混凝土接触空气时降温过快产生裂纹，更不能在此时喷洒凉水养护。混凝土内部开始降温前以及混凝土内部温度最高时不得拆模，拆模时必须达到温度要求，降温过程即将结束且各部位温差不超过15℃。
3.2冬季降温混凝土温度控制措施
冬季预制混凝土箱形梁常采用蒸汽养护以加快混凝土的硬化，缩短养护时间。但是，在混凝土箱梁水化硬化过程中，由于水化作用和蒸汽的作用，水泥水化产物没有足够时间扩散，水化产物分布不均匀，混凝土结构局部变得粗糙。在水化作用和外界蒸气双重热量的影响下，梁体内部与外界存在较大的温差，在箱梁混凝土内部或箱梁表面产生裂纹，从而影响箱梁的承载能力和耐久性。针对该问题，通过现场预制梁场蒸汽养护试验和理论计算，提出箱梁蒸汽养护温度控制曲线。
⑴蒸汽养护系统组成
蒸汽养护系统主要由三部分组成，包括养护罩系统、蒸汽形成加热系统、通风冷却系统和自动温控系统：①养护罩系统由养护被和养护棚两大部分组成：养护被选用复合纤维保温毯，该毯具有保温性好，防水防雨功能，防污染，防潮性强。②蒸汽生成加热系统包括锅炉选定、管道的选取和布置、锅炉和管道的分布关系。锅炉的选定主要考虑升温期的热量消耗、恒温期的热量消耗、养护期单位时间需要供给的最大热量以及管道损失和蒸养棚等因素影响。 管道布置从蒸汽总管开始，在每个台座处设气气缸，分气缸接每个台座的主管道和蒸汽管道；主管道为60mm无缝钢管；蒸汽管道为40mm无缝钢管，每根钢管设手动阀门，并设一定数量的蒸汽小孔。主管道是四根，分别布置在箱形梁底部、内部、外侧部。③自动温控系统采用分布式控制策略，由中央控制器和每个台座控制器组成；中央控制器由工业控制计算机、控制软件组成，中央控制器是通过无线通讯控制台座控制器，台座控制其由1台巡检仪、1台温控仪、4组继电器组成。巡检仪是进行梁体内外测温，温控仪用来控制继电器，继电器通过电磁阀进行蒸汽的控制。系统结构示意图1如下：（以三个台座为例）
⑵测温点的布置
混凝土箱形梁蒸汽养护采用两端对称供汽。每孔梁布置7个测温点。因顶腹板的交界处为混凝土箱梁梁体最厚的部位，因此测温点的布置以此处为轴线，分为两个端部和中部三处进行布设，其中两端的测温点距梁体端头1.5米-2.0米处。在同一横向截面布设芯部和表层两个测温点，在梁体纵向中心位置顶腹板交界处布置相同一组。共两组，四个测温点；在蒸养棚上下两个空间分别布置两个环境温度测温点。外加一个室外自然环境温度测温点，以作参照。共计7个测温点。（详细请参照布置示意图）测温传感器采用PT100温度传感器，采用JCJ500B巡检仪进行温度采集。
⑶温度数据采集及分析
在梁场进行试验梁浇筑时间为11月1日，气温比较低，在静养时间，向养护罩中通蒸汽使罩内气温维持在20℃。试验梁养护分为静养期、升温期、恒温期和降温期。测试结果：各测点温度变化曲线见图所示：测温负责人员要及时对测温资料进行整理，绘制测温数据曲线。
⑷信息反馈
根据温度曲线及时对混凝土养护情况作出反饋，当环境温度与混凝土表层温度及混凝土表层温度与芯部温度温差达到12℃时，进入预警状态。要根据现场实际情况查找原因，并采取相应措施改变温差。当温差达到15℃时，立即启动应急措施，降低内外温差，确保混凝土的养护温度达到要求。
⑸温度应力计算分析
对试验梁的温度场进行计算，与测试温度变化吻合，然后对试验梁进行热应力耦合分析，计算结果：在养护过程中，随着蒸汽养护进行和混凝土水化作用，混凝土箱形梁的温度应力是不断增加；在降温期，梁体内部温度应力最大，最大温度拉应力为0.889Mpa，梁体表面的最大温度拉应力为0.388Mpa；在养护过程中，箱形梁内部应力大于箱形梁内表面和外表面应力，箱形梁顶板部分温度应力最小，顶板及腹板交界最厚处应力最大，底板应力状况比较均匀；在降温过程中，蒸汽温度由45℃变化到20℃，箱形梁内部混凝土与箱形梁表面混凝土温差由13.4℃变化到30.0℃，混凝土内部有较高的温度梯度，也是产生较大温差应力的主要原因。
⑹蒸汽养护温度控制参数确定
经过上述的试验和计算分析，确定的蒸汽养护温控参数见图5。根据图5所示的蒸汽养护温控参数来指导同一梁场的后续箱形梁的生产，经检查和静载试验，所有混凝土箱形梁均满足正常使用和承载能力，达到设计要求。
4结论
以上温度控制措施及蒸汽养护工艺是针对高速公路箱形梁工厂化生产提出的，通过现场试验是合理的，可指导施工；蒸汽养护温控参数的给定，可指导大型工厂化预制梁场的施工，也可为类似工程提供借鉴。本文给出的温控参数，是针对一定的高强混凝土给出的，但在不同生产中，由于水泥、各种粗骨料、细骨料、添加剂的不同，箱形梁生产环境的不同，应进行适当的调整。通过计算知，在蒸汽养护过程中，降温期是最易出现较大温度梯度，产生较大温度拉应力。
景建元（1976年-），男，工程师，本科学士，主要从事公路交通工作。