高温下混凝土预制梁施工技术及其应用.pdf

建筑技术开发 Bu i l d i n g T e c h n o l o g y De v e l o p me n t 施工技术 Co ns t r u c t i o n Te c h no l o g y 第4 3 卷第1 期 2 0 1 6 年1 月 高温下混凝土预制梁施工技术及其应用 侯志刚 ( 中铁十八局集团有限公司国际公司，天津3 0 0 2 2 2 ) 摘要 随着经济、技术的发展，混凝土预制梁在 目 前的交通道路建设项 目中的应用已较为普遍。在高温条件下，混凝土 预制梁受施工环境的高温影响，容易出 现裂缝及强度削弱等现象，这在一定程度上制约了混凝土预制梁的应用。本文从分析了混 凝土预制梁在高温条件下的受力机理，对混凝土裂缝及混凝土结构的强度削弱现象的成因进行了分析，并给出了一些解决措施。 关键词 预制 ； 混凝土结构 ； 水灰比 ； 骨料 ； 坍落度 中图分类号 T U 7 5 7 文献标志码 B 文章编号 1 0 0 1 - 5 2 3 X ( 2 0 1 6 )0 1 - 0 0 5 5 - 0 2 Hi g h Te mp e r a t u r e Co n c r e t e Pr e c a s t Be a m Co n s t r u c t i o n Te c h n o l o g y a n d i t s Ap p l i c a t i o n Ho u Zh i g a n g A b s t r a c t 】 Wi t h t h e d e v e l o p me n t o f e c o n o my a n d t e c h n o l o g y ， t h e a p p l i c a t i o n o f p r e c a s t c o n c r e t e b e a ms i n t h e c u r r e n t t r a ffic r o a d c o n s t r u c t i o n p r o j e c t s h a v e b e c o me mo r e c o mmo n 。 At h i g h t e mp e r a t u r e s ，p r e c a s t c o n c r e t e c o n s t r u c t i o n e n v i r o n me n t a ff e c t e d b y h i g h t e mp e r a t u r e ，p r o n e t o c r a c k s a n d we a k e n s t h e s e n g th o fo the r p h e n o me n a ，wh i c h r e s t r i c t s the u s e o f p r e c a s t c o n c r e t e b e a ms t o a c e r t a i n e x t e n t T h i s p a p e r ana l y z e s t h e s t r e s s me c h a n i s m o f p r e c a s t c o n c r e t e b e a ms u n d e r h i g h t e mp e r a t u r e c o n d i t i o n s ，t h e c a u s e s o f c r a c k s o n t h e s t r e n g t h o f c o n c r e t e and c o n c r e t e s t r u c t u r e s we ake n p h e n o me n o n i s a n a l y z e d ，a n d g i v e s s o me s o l u t i o n s K e y wo r d s p r e c a s t ； c o n c r e t e s t r u c t u r e； wa t e r - c e me n t r a t i o； a g g r e g a t e； s l u mp 朱拜尔 R AS AL K HAI R连接公路一 期工程 ( 0 8 2 一 C O 1 )项 目是 由沙特阿拉伯皇家委员会投资兴建的基础设施。在工程 施工过程中，气温高，外界干扰大，不便于施工。下面分析 混凝土预制梁在高温条件下的受力机理，对混凝土裂缝及混 凝土结构的强度削弱现象的成因进行了分析，并给出一些解 决措施。 1 温度对混凝土结构的影响及受力分析 1 1 温度对混凝土强度影响 温度对混凝土强度影响是因为温度会影响混凝土结构中 的水泥水化的速度。在相同条件下，施工温度高的混凝土早 期强度增加速度比较快，后期强度增加的速度 比较慢，主要 原因在于在过高的温度条件下，混凝土中的水泥过早的发生 的水化反应，过早形成的水泥水化物包裹住未发生水化反应 的水泥颗粒，减缓了水泥的水化反应，在水泥水化反应的结 合不均匀性导致混凝土整体结构强度的不均匀，从而形成薄 弱部位，影响整体结构强度。在温度较低的情况下，水泥水 化反应的速度较慢，水化热有充分的扩散时间，水泥颗粒的 水化反应的速度比较均匀，混凝土的早期强度和后期强度增 长的速度比较均匀，整体结构强度较高温养护条件下的高。表 1 为4 组不同配 比的混凝土在5 0 恒温箱养护和成型室养护条 件下的强度、坍落度对比，结果表明高温条件下混凝土的2 8 d 强度较低温养护条件下的低。 表1 4 组不同配比的混凝土在5 O 度恒温箱养护和 成型室养护条件下的强度、坍落度对比 配合 水泥 用 用水量 掺合料 减 水剂 坍落度 2 8 d强度 比 量 k g k g n l m 5 O 度恒 成型室 强度 比 温箱 l 4 h 1 3 0 0 l 9 0 石粉 掺加 1 3 3 O 1 3 8 0 7 9 2 3 0 0 l 9 0 石粉 无 l 4 3 0 3 8 4 0 7 8 3 3 0 0 1 9 0 石粉 无 4 2 6 5 3 5 _3 0 7 5 4 3 0 0 1 9 0 无 无 2 2 6 3 2 4 O 8 0 收稿 日期 ： 2 0 1 5 1 2 2 8 作者简介 ： 侯志刚 ( 1 9 8 5 一) ，男，河北临西人，工程师，主要从事 高温下混凝土预制粱施工研 究。 1 2 温度对混凝土裂缝的影响 1 2 1 混凝土结构裂缝类型及产生的原因分析 混凝土的裂缝按照大小可分为宏观裂缝和微观裂缝，裂 缝间隙大于O 0 5 i n r n的裂缝称为宏观裂缝，小于0 0 5 n 吼 的称 为微观裂缝。混凝土裂缝按照其成因可分为干缩裂缝、塑性 裂缝及温度应力裂缝。 干缩裂缝主要是在高温条件下混凝土水分散失较快，较 多的水和较快的水分散失使得混凝土的干缩值增大，形成干 缩裂缝 。 在高温条件下，混凝土表面的水分蒸发较快，表面水分蒸 发速度往往超过混凝土的内部泌水速度，从而加快混凝土的 体积收缩，当混凝土收缩应力大于混凝土的早期抗拉强度时， 就会产生塑性裂缝 ； 温度应力裂缝产生的主要原因是因为温 度差异较大，形成的温度应力大于混凝土本身强度的引起的， 混凝土的水化热跟出机温度会导致混凝土内部温度出现峰值， 出机温度高，峰值也越大，混凝土较大的内外温差会导致温 差应力，当温差应力大于混凝土的抗拉强度或变形能力时会 出现温度应力裂缝。 1 2 2温度应力分析 温度应力主要可分为早期、中期和晚期应力。 早期应力主要来自于混凝土的水化反应，在混凝土凝结 硬化时会发出大量的水化热并在混凝土内部形成较大的温度 应 力。 中期应力主要来于混凝土结构的内外温差，混凝土的内 部迎接硬化逐渐趋向于完成，内外温差形成温度应力，这时 的混凝土弹性模量变化不会很大 后期应力主要来自于混凝土 内外温差，在混凝土结构运 维阶段，内部温度逐渐减小，外部温度较大时会形成约束混 凝土表面变形的压应力。混凝土的 自身应力与外部约束应力 一 般是随着混凝土干缩徐变的现象同步进行的，因此在计算 温度应力的时候要依据混凝土的温度变化模型实验结果及相 关的经验公式。 2 梁施工特点及原则 2 1 施 工特 点 高温条件下进行预制粱混凝土浇筑时，由于混凝土表面 的施工温度较高，混凝土表面水化反应进行速度比较快，这 5 5 第4 3 卷第1 期 2 0 1 6 年1 月 施工技术 Co n s t r u c t i o n T e c h n o l o g y 建筑技术开发 B u i l d i n g T e c h nol o g y De v e l o p me n t 使得混凝土的初凝时间较短，难以保证混凝土的设计的坍落 度要求，也会一定程度上降低混凝土的强度、抗渗性能和耐 久性。由于初凝时间较短， 如混凝土浇筑后无法充分振捣密实， 则很容易在混凝土表面形成蜂窝、 麻面或 冷缝” 等问题。同时， 混凝土后期养护阶段，应适当增加浇水养护的频律，如后期 养护不及时，则会影响水化反应的继续进行，混凝土的表面 则容易收缩，继而出现干缩裂缝，影响混凝土预制梁的外观 质量 。 2 2 高温条件 下预制混凝土梁施工原则 针对高温条件下混凝土浇筑施工的特点，尤其是昼夜温 差较大区域，应对混凝土的坍落度、出机温度、配合比等指 标进行控制。同时，应增加后期成品浇水养护的频率，保证 混凝土成品的施工质量，施工技术人员在进行指导施工时， 应严格按照施工原则执行。 3 高温条件下预制混凝土梁的施工 3 1 施工材料准备 在高温条件下进行预制混凝土梁浇筑施工时，应注意混 凝土的出机温度，混凝土的出机温度按照加冰跟不加冰可按 照 ( 1 )( 2 )进行估算 ： 不加冰 ： 一 0 2 2 ( T m s + m g + m c) + 凡 w + w s + w g 0 2 2 ( m s +m g + c ) +ro w +w s + w e ( 1 ) 0 2 2 ( T ms + T v n g + c ) + +T g wg + ( 1 一 P) T w mw - 8 0 P mw 加冰 ：“ 砭 一( 2 ) 式中 ： 卜混凝土的温度 ( )； 、 、 、 一 骨料、水泥、水和骨料中自由水的温度 ( )： 、 、 、 、 一 骨 料、水泥 、水、骨 料中 自由水 及冰 的重量 ( k g ) 。 3 1 1 拌和水 由式 ( 1 )( 2 )可 知，影响混凝 土出机温度 最大 的因素为 混 凝土 的拌合 水，相对 于水泥 与混凝 土拌 合骨料 ，水 的比热 容要大很多。计算结果表明，在其他条件相同的条件下，拌 合水温改变 1 5，混凝土的出机温度将改变2 9。采用1 0 k g 的冰替代 1 0 k g的水，混凝土温度可降低 1。因此，在高温 条件下进行混凝土浇筑施工时，施工作业单位应配备制冰机 或制冷机，通过降低混凝土的拌合水温降低混凝土的出机温 度。 3 1 2 水泥 在预制混凝土结构施工中，水泥对混凝土的和易性与强 度有很大的影响，水泥也在混凝土拌合物中充当着很重要的 胶粘剂的作用。因此，如何选择水泥是预制混凝土梁施工质 量的基础保障，应尽量选择水化热较低的水泥。在水泥进场验 收时， 应严格检查水泥的生产 日期与生产批次， 对水泥的规格、 强度进行抽样检验，检查水泥包装的强度、型号及规格是否 一 致，选择质量可靠的水泥供应商在对验收合格的水泥进 行储存时 ，应选择干燥 、阴凉 的场地 ，避免水泥受潮硬化 。 采用散装水泥时，热水泥是在熟料破碎时机械热产生的， 在水泥储存时热量损失很慢，因此散装水泥可能在5 09 0 C 下交付使用，此时的散装水泥温度远远高于混凝土出机温度。 虽然水泥只 占混凝土拌合物总重量的 1 1 0 左右，但经计算， 水泥温度每高1 0 ，混凝土温度要升高1 左右。因此，在高 温条件下进行混凝土搅拌浇筑时，应对水泥储罐外采取淋水 和输送管加套通水降温措施。 3 1 3 骨料 在整个混凝土结构中，粗骨料的重量 占7 5 左右，因此， 在高温条件下进行混凝土浇筑时应考虑骨料对混凝土出机温 度的影响。经计算，骨料升高2 C，混凝土温度便升高 1 3 ， 所以骨料应堆放在有篷盖的堆场，尽可能保持较低的温度和较 稳定的含水量。 施工时，为保证混凝土有足够的强度，同时也能减少水 5 6 泥的用量，通常的做法是选用颗粒级配 良好的砂石和水灰比。 粗骨料选择时应选择针片状含量小级配良好的骨料，一般要求 选择粒径为O 5 2 0 n l 1 碎石，含泥量，针片状含量，硫化物及 硫酸盐含量1 ，防止出现云斑蜂窝等施工缺陷 ； 选择质地 坚硬、耐久、洁净、细度模数在2 7以上、含泥量小于3 的 天然中砂，含泥量，针片状含量，硫化物及硫酸盐含量 l 。 择优选 择砂 、石 料供应 商 ，定 期不定 期去砂 、石料供应 处进 行砂、石料抽样检查，严格控制砂、石料中的含泥量，以保 证混凝土有良好的和易性。 3 2 梁施工技术措施 3 2 1 混凝土搅拌与运输 在高温条件下进行混凝土梁施工时，拌合混凝土应采用 冷水或冰水将碎石进行冷却，降低混凝土浇筑时骨料的温度。 搅拌时，因施工温度较高，应注意减少水化热，缩短每盘搅 拌时间，每盘搅拌时间宜控制在 1 5 2 0 S；同时，考虑距离对 拌合物中的水分蒸发的影响，应适当增加运输车辆，缩短运 输时间，尽快入模，及时振捣 ； 为保证混凝土的和易性，搅 拌时可适当掺加缓凝剂，增加混凝土初凝时间，以保证混凝 土 的振捣质量 。 3 2 2 混凝土浇筑与振捣 施 工 时，应保 证混凝 土 的坍落 度在 9 o 1 1 0 m l r l 左 右。在 浇筑混凝土时，应对混凝土的坍落度进行试验，减小混凝土 的浇筑厚度，每层混凝土浇筑厚度不宜大于 3 0 0 l ff r l ，以增加 混凝土散热速度，减小水泥凝结硬化时散发的水化热。当采 用大体积混凝土浇筑时，应在混凝土内预埋水管，通入冷水 降低混凝土的水化热，以实现减小温度应力的 目的。混凝土 拌合料应集中拌和，拌和料通过龙门吊料斗送入搅拌机内。 混凝土浇筑一次成型，由一端向另一端全断面推进。同断 面浇筑顺序为底板、腹板、顶板，分段分层循环推进，每段 约3 m长，在前一段混凝土初凝前浇筑下一段混凝土段与段 之间不产生冷缝。底板浇筑完成一段后，将芯模部分的活动模 板压紧、固定，立即浇筑腹板混凝土。腹板混凝土采用小型 振捣棒插入振捣配合外侧附着振捣器振捣。为避免芯模偏位， 腹板混凝土的浇筑和振捣，必须两侧同步对称进行。顶板混凝 土表面在初凝前进行两次抹压后， 做好毛面。梁体浇筑完成后， 对穿入梁体准备张拉的钢绞线外露工作长度和锚具用塑料布 包封，以防止钢绞线腐蚀和雨水进入波纹管内，待混凝土强度 达到设计规定值和龄期达到设计要求的1 4 d 后进行张拉、 灌浆。 混凝土振捣可采用附着式振捣和插入式振捣结合的方式，插 入式振捣不得触及预埋波纹管和钢筋，避免混凝土及灰浆进 入预应力孔道， 振捣时以振动区域混凝土停止下沉， 表面平整， 没有 大量气泡 冒出为准 。 4 结束语 高温条件下混凝土预制梁受温度条件影响，如果混凝土 养护不及时或养护方法不当，很容易引起温度裂缝，影响混 凝土预制梁的外观质量。本文对影响混凝土裂缝及强度的因 素进行了分析，对高温条件下的预制混凝土结构施工工艺提 出了一些建议，以期改善高温条件下混凝土预制结构的应用 限制，扩大预制结构的使用范围。当然具体施工过程中，还 需要工程技术人员多思考、 总结， 才能有效保证混凝土的质量。 参考文献 1 张雪芹 大体积混凝土施工温度应力有 限元分析 J 四川建材 2 0 0 9 ( 0 4) 2 张艳 施 工 中影 响混凝 土质 量 的因素 温度 应 力 J 山西焦 煤科 技 2 0 0 8 ( O 7 ) 3 】 赫增宝 施工温度对混凝土质量的影响与控制 J 1 公路工程 2 0 1 2 ( 0 5 ) 4 】 杨建鹏 铁路混凝土 T梁预制常见问题及控制 J 山西建筑 2 0 1 3 ( 01 )