京沪高铁CRTS II型轨道板施工技术与裂缝问题研究Word文件下载.docx
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目录
1绪论1
1.1高速铁路的发展概况1
2无砟轨道施工技术1
2.1无砟轨道概述2
2.2京沪高铁CRTSII型板式轨道施工技术3
2.2.1板式轨道板3
2.2.2Ⅱ型板式无砟轨道系统技术的构成5
2.2.3Ⅱ型板式无砟轨道系统技术的主要特点6
2.2.4主要施工工艺法6
2.2.4.1板厂概况6
2.2.4.2重难点工程介绍7
2.2.4.3轨道板混凝土材料选定及其灌注工艺8
3CRTSII型轨道板裂缝问题9
3.1.1温度裂缝9
3.1.2施工工艺不当造成的裂缝10
3.1.3荷载裂缝10
3.2道板裂缝的特征10
3.3裂缝的预防11
3.3.1优化混凝土配合比11
3.3.2改进施工工艺11
3.3.3优化原材料12
结论13
致谢14
参考文献15
1绪论
1.1高速铁路的发展概况
1825年出现在英国的第一条铁路,其速度只有24Km/h,随着科技的进步铁路运行速度有了质的飞跃,1955年法国电力牵引机车的试验车组最高运行速度突破了300Km/h,1964年,世界上第一条高速铁路—日本东海道新干线建成通车,达到当时最高运行速度—240Km/h,从此高速铁路在世界发达国家迅速崛起,获得蓬勃发展,在世界范围内引发一场深刻的交通革命。
此后无砟轨道这种新型铁路轨道结构得到应用,列车试验速度不断刷新:
1988年5月德国ICE最高速度达406.9Km/h,法国TGA-A型高速列车速度达515.3Km/h,2007年法国再次刷新纪录,TGA最新型V150超高速列车试验行驶速度达574.8Km/h。
可以说,无砟轨道的应用与发展使得高速铁路运行速度不断创造奇迹,使之适应了社会发展的需要及提高了竞争力。
1.2高速铁路主要经济优势
(1)速度快,旅行时间短
速度是高速铁路的核心技术,也是其主要的技术优势和经济优势。
到今天为止,高速铁路是陆地上运行距离最长、最便捷的运营方式。
近年来已建成的高速铁路,最高运营时速300KM/h左右。
这大大提高了高速铁路的竞争力和经济利用价值。
(2)列车密度高,运能大
高速铁路旅客列车行车间隔小,行车密度大,每次载客数量比较多,输送能力是高速公路和民用航空等现代交通运输方式不可比拟的。
(3)安全可靠
利用先进的高速铁路列车运行控制系统,以确保后辆列车必要的安全距离,防止列车追尾和迎头相撞事故。
几乎无交通相关的固定设备和移动设备,有一个高度的信息技术在诊断和检测设备,以及维护和修理系统科学。
对于一些有可能危及行车安全的自然灾害,预报和预警设备,所有这一切构成了一个高速铁路现代化,完善保障体系。
(4)准确性高
高速铁路安全系统不仅保证了高速列车行车安全,也使得全天候的运行优势得到了更充分的发挥。
除了自然灾害危害交通安全,几乎不受大气和气候条件的影响。
(5)能耗少
高速铁路在能源的使用方面具有绝对优势。
(6)土地占用面积小
铁路是占地比例最少的交通运输方式。
(7)外部运输成本低
高速铁路在工程投资在高速交通中是比较低的。
(8)污染环境轻
高速铁路相对公路、航空可大大减少对环境的污染。
(9)高速列车乘坐舒适度高
高速铁路线路平顺、稳定,列车运行平稳,振动和摆动幅度很小。
(10)社会经济效益好
高速铁路可以带来巨大的经济效益。
(11)不受天气影响,全天候运行
2无砟轨道施工技术
2.1无砟轨道概述
现代高速铁路是一个重型钢轨和混凝土轨枕有碴轨道结构,在列车运行速度达到250〜300公里每小时可以确保行车安全。
但是这个有砟轨道在列车反复荷载下轨道残余变形较快,并沿纵向的轨道方向,变形累积分布并不均匀,从而在高,低轨道不平顺,影响旅客搭舒适性;
轨道养护维修工作量,增加了后期的铁路投资,铁路建设和运营的整体成本也随之增加。
为了提高轨道在高速行驶的稳定性和耐久性的操作条件,从而减少维修后的轨道,要达到的目的,有效地降低了整体成本,有必要变更下轨道的结构的基础上,大力发展具体板坯轨下基础。
因此,一个无砟轨道结构,是国内和国际高速铁路的发展方向。
近年来,我国高速铁路发展迅速,我国已经成为世界高速铁路大国,在已经建成投入使用的石太、武广、京津城际等客运专线中,北京至上海高速铁路线建成了世界上第一个和最长,技术标准最高的高速铁路。
从4月18日,2008年正式开工,仅仅用了三年半时间,中国人依靠自己的智慧和力量,他们建立这种日益增长的高速铁路总长度1318公里。
这是不仅在中国铁路建设史上的一大壮举,也是世界铁路建设史上是一项重大成就。
经过试运行,各项指标的评估,北京至上海高速铁路是一个高品质的精品项目,技术创新项目,环保建设,资源节约工程和社会和谐工程。
该项目不仅是中国铁路建设者和中国铁路的骄傲,是中国的国家,中国人民的骄傲。
事实已经证明,这是创造奇迹的中国共产党的正确领导。
北京至上海高速铁路运营商,综合交通运输体系的完善,从根本上缓解北京和上海的铁路运输之间的紧张关系,加快“环渤海”和“长三角”经济圈和沿流,物流,信息流,资金流的流动,促进区域经济和社会发展,提高沿线人民的出行条件,具有非常重要的意义。
北京至上海高速铁路沿线分布全国四大直辖市中的三个,省会城市,111,000,000以上人口的大都市。
这些地区占占的面积只有6.5%,但占国内生产总值的25.8%,人口占40%以上,中国经济发展最活跃和最有前途的地区。
这将有助于缓解该地区和国家,以及北京,上海的交通运输的紧张局势,实现铁路等各种交通方式,提高交通运输系统的整体效率之间的优势互补。
沿北京至上海高速铁路将带动旅游,商贸,餐饮等第三产业的快速发展,推进城市化进程,促进农村经济繁荣,推动沿线物业升值的投资环境和财产。
虽然在时间和空间上的距离缩短,同时也形成了“同城效应”,催生沿途“一小时或两小时经济圈”,缩小城市,城市群,经济区之间的发展差距,以促进跨区域转移和产业合理布局。
该行再次长大,大面积采用无砟轨道技术,500米长的钢轨焊接施工现场,跨区间无缝线路铺设,主要结构均采用高性能混凝土,线结构与无砟轨道系统实现一个高精准对接。
尤其是无砟轨道工程采用的技术,是引进世界领先技术的吸收与创新的结果,线长寿命,维护周期长,粉尘污染,噪音低的特点,技术含量,高品质要求的铁路在中国建设史上前所未有的。
在这里,我们有北京至上海高速铁路无砟轨道的具体研究施工技术。
应用于京沪高铁际轨道交通工程的博格板式无砟轨道系统技术是我国引进的,经过消化、吸收、再创新,形成中国特色的板式轨道,称为Ⅱ型板式无砟轨道技术。
2.2京沪高铁CRTS
型板式轨道施工技术
2.2.1板式轨道板
板式轨道(图1)具有以下优点:
①轨道低建筑高度,重量轻,更经济的全面评估项目建设投资;
②无砟轨道制造工厂机械化生产,减少现场施工流程和工作量。
由于其较高的制造精度,高生产效率,可以加快施工进度。
乳化沥青砂浆用轨道板和混凝土阻挡层和底板调整层产生跟踪误差的控制和调整,方便施工,但也很容易修复。
为此,被广泛应用于桥梁,隧道,路桥过渡段无砟轨道路基。
图1板式无砟轨道结构横断面图
(1)板式无砟轨道的组成
板式轨道分为普通型和减震型。
普通板式轨道的钢轨,扣件,预制混凝土轨道板(以下简称轨道板),水泥乳化沥青砂浆调整层(简称CA砂浆调整层),混凝土块凸集(简称台湾凸块)和混凝土底座(简称基峰)和其它组件。
填充有树脂材料的表外周凸挡块。
紧固件铁板上设置填充垫。
除了板式轨道的结构组成阻尼轨道板橡胶垫的底面,其他具有相同的通用型板式无砟轨道。
(2)板式轨道的技术要求
1)路基上板式轨道
①轨道板的宽度2550毫米,厚度为200毫米,标准轨道板长度6450毫米,形轨道板(赔偿板)根据段落的合理配置铺设的长度。
②设计的厚度调节层的砂浆为30mm。
③顶面的支撑层宽度2950毫米上,底部宽度3250毫米,厚度为300mm。
④超高表面在基床组。
⑤性能良好的铁路系统应设置防排水系统。
大量使用两个线性排水,排水曲线部分使用了三个。
2)隧道内板式结构
①有很多技术要求,CRTSⅡ型板式无砟轨道,轨道板,砂浆调整层,支撑层路基。
②铁路系统的耐久性混凝土结构,应符合相关监管规定。
③超高的支撑层上。
④隧道区使用中间的排水模式。
3)桥上板式轨道
①混凝土
混凝土强度等级为C30,弹性模量不超过31500MPa。
②钢筋
底板采用HRB500级钢筋一般的区域地段58连胜直径16mm的螺纹钢,大量曲线和特殊的工作场所,根据计算量来确定加固,最大的钢筋直径为20mm,最大直径加固部分为25mm。
③钢中的连接器
直径25mm螺纹钢锚杆螺母和Q345钢制成,直径为25mm的钢板焊接采用HRB500级钢(钢的焊接性能需要验证);
锚板螺母,钢筋使用整理(材料HRB500)。
每手约100m跨梁跨简支梁临时设置。
连接前处理,焊接过程中,焊条,焊接工艺参数等的适用性验证,同时使焊接标本提交。
④肺泡背带钢
螺栓采用HRB335级钢,锚板Q235。
⑤基地建设的光束表面公差和技术要求
建设完成底板宽容:
宽容中线的10毫米的顶面标高误差±
5mm的宽度公差为15,0;
7mm/4m平面度公差。
梁面临着提高平台的表面平整度3mm/4m。
跨度支持的桥桥面标高±
毫米;
两个孔梁桥桥面标高之间的差异为±
3mm。
对于日益增长的底板上桥,根据建设情况,建立一个临时码头建设,包括脊柱脊柱长度约800米长,150米按照传统的混凝土浇筑段钢连接器部分建设使用临时码头。
2.2.2Ⅱ型板式无砟轨道系统技术的构成
Ⅱ型板式无砟轨道施工生产系统技术的角度来看,包括轨道板工厂的生产技术和两大轨道板铺设现场。
轨道板工厂的生产技术,按照工业设计理念,以实现最大程度的机械化作业,设备利用率和高效的周转,充分发挥劳动力资源,运营效率。
包括预制轨道板,轨道板存储和轨道板打磨的轨道板生产。
履带板现场完成铺设轨道,轨道混凝土底板在床上的精确定位和固定钢轨,包括桥梁基础混凝土/混凝土路基支承层和侧向挡块施工,毛坯轨道板店(包括最终确定空间几何现场运输,储存,轨道板精调,沥青水泥砂浆灌注,轨道板张力连接,轨道板剪力连接)。
Ⅱ型板式轨道系统技术,从技术属性点包括:
预制轨道板,轨道板磨床的过程之前,铺设轨道板沉淀评估,精确的测量技术(包括轨道板的生产和抛光的测量和控制,设置标准网络测量和控制(相当于CPⅡ),跟踪参考网络测量和评估(相当于CPⅢ)和轨道板铺在精确的测量评估的粗调,微调后),基混凝土轨道板保温措施长桥预应力混凝土技术的基础上,沥青水泥砂浆搅拌和输液过程。
其中,轨道板生产(预抛光)准确测量和沥青水泥混合和灌注系统Ⅱ板三大核心技术的。
(1)结构组成介绍
标准板和轨道板形板。
标准板结构,如上所示。
标准板长度6.45米,宽2.55米,厚度0.2M,预应力混凝土结构。
标准板纵向点20承的曲目单位,轴承铁路车站设计以适应肩膀块的紧固件(VOSSLOH紧固件),只有这样,才能确定其网上物业的位置,所以他们每个人每个序列号后打磨。
形板包括补偿板,特殊的电路板,电路板和小曲线半径道岔板,其特征在于,补偿板,特殊的板,在船上的标准偏差的基础上,开发了小曲线半径板,标准板也有类似的结构特点,分别围绕过渡曲线半径小于1500米,道岔板单独设计道岔区。
(2)桥梁上轨道结构
桥梁上轨道结构包括:
两布一膜滑动层,底座砼,沥青水泥砂浆联结层,轨道板及侧向挡块。
桥梁上轨道结构特点体现在底座砼施工工艺上。
曲线超高设置通过底座砼断面控制,其次底座砼为钢筋砼连续板带结构,施工方法特殊。
如图2所示
图2桥梁上直线段轨道结构示意图
(3)路基上轨道结构
路基上轨道结构包括路基防冻层、支承层砼(无筋)、沥青水泥砂浆联结层、轨道板。
路基上的曲线超高通过支承层下的防冻层控制。
(4)路桥过渡段轨道结构
为满足桥梁底座砼纵向力平衡,采用了特殊的摩擦板及端刺结构,做为桥梁与路基之间的过渡。
摩擦板上轨道结构与桥梁上略有不同,底座砼与摩擦板之间采用单层土工布,底座板终端与端刺结构剪切联接。
2.2.3Ⅱ型板式无砟轨道系统技术的主要特点
Ⅱ型板式无砟轨道系统在施工技术中主要体现以下几个特点:
(1)精度要求高,工序控制严格
精度高体现在位置几何尺寸、时间、温度等方面,譬如:
现浇梁的顶面平整度控制4m/8mm;
底座板高程精度±
5mm,轨道板粗定位≤10mm,轨道板精确定位控制在≤0.2mm;
CA砂浆从搅拌成品到提升上桥,最终到灌注入板缝控制在30分钟内;
底座混凝土基本浇筑段必须在一天内完成等。
(2)大量使用非标设备及工装,对操作要求提高
为满足Ⅱ型轨道板的生产及施工,必须配置专用非标设备和工装。
设备工装与系统技术密不可分,突破了传统施工中对机具的使用要求。
这些非标设备包括轨道板生产中的模板、布料系统、磨床;
现场铺设所需的沥青水泥砂浆搅拌设备、轨道板精调系统;
以及大量使用专用工具。
专业化的设计增加了设备工装采购、加工和使用难度。
(3)新材料的广泛使用
Ⅱ型板式技术大量使用了新材料,需要与材料供应商共同研制和开发。
譬如用于轨道板生产的高标号早强水泥、预应力钢筋,用于现场铺设的硬泡沫板、两布一膜、沥青水泥砂浆中的干粉材料和乳化沥青等。
伴随着新材料的使用,必然提出一些新检测方法和检测标准。
2.2.4主要施工工艺法
2.2.4.1板厂概况
整个制板场占地面积为80000m2,其中生产车间占地11089m2,全场分厂车间内作业的钢筋加工区、毛坯板预制区、成品板打磨装配区和厂房外的存板区、混凝土拌和站辅助工区等6个工区。
生产车间依据博格板生产工艺流程、工序顺序和物流方便布置设计。
按钢筋原材料进入至预制轨道板出车间的顺序方向,以三条毛坯板生产线为主轴,横向成三跨结构,主厂房设三条预制生产线,全长288米。
车间整体结构采用钢框架结构。
板场设备的制作安装是按照博格公司工艺设计进行制作加工安装的,分直接引进国内研发制造加工以及利用国产设备三种情况,共33种,64台套。
主要设备有:
HZS150混凝土搅拌站,混凝土布料机1台,LDA5T电动单梁桥式起重机2台,LH16T电动双梁桥式起重机3台,LH(8)T16t电动双梁桥式起重机1台,预应力模具(包括张紧单位,装置,液压泵)3套,GDB-VG-K25T/4杯真空吊具,起重力100KN轨道板的翻转机,抛光混凝土轨道板机1台,OGFD-6.3空气压缩机1台龙门MG32/5-50.4DNA03数字水准仪TCA1800高精度全站仪1台吊车2台。
板场设计生产能力为,主厂房分为三个粗板生产线,每条生产线27套模具,24小时最高产量为81块空白板。
抛光研磨机及其配套设备1台,24小时通常可以打磨的成品板为80-100块。
板厂的布置与设计体现以下两个特点:
整套工艺较多使用了计算机数控操作机械化、机电一体化作业,自动化程度很高,实现了工程的高科技施工。
整个制作、加工过程工序衔接合理,物流组织与工艺配套。
2.2.4.2重难点工程介绍
模具制作与安装:
模具制作及安装是建厂过程中工艺难点。
模具加工精度要求高,平面精度±
0.5mm,承轨道模具尺寸精度±
0.3mm。
模具分标准板、小半径曲线板补偿板和特殊板。
标准板模具设计长6.45m宽2.55m,由地脚螺栓及支撑钢板、缓冲橡胶块、支架面板、承轨台、纵向隔模、橡胶端模以及辅助部件组成。
小半径曲线板模具分600-1500m和350-600m两种半径的曲线模具。
由于左右线排水坡方向相反,承轨台在左右线也位置相反,曲线模具又分内外线两种。
特殊模具总长12.5m,专门制造补偿板使用,通过横向端模板的位置变化可调节适应补偿板的不同长度。
模具安装采用徕卡DNA03数字电平,首先用测得张拉台座两端张拉横梁上张拉钢丝钳口的高程,并求出两端的高程平均值,要求张拉池两端张拉横梁的高度应处于同一水平,允许的最大差值为±
1mm,全局模板需要模板的V形缺口中线和Φ5张紧缺口中心Φ5张紧缺口中心对齐,要求的精度达到±
1毫米。
在同一水平面上,误差范围为±
0.3毫米数字高程承受轨道站的电平测量。
钢筋加工及绝缘检测:
轨道板内钢筋由φ10mm、φ5mm预应力丝、φ20mm精扎螺纹钢筋及上下两层钢筋网片组成。
钢筋间纵横节点用绝缘卡连接,或用热缩管隔离。
钢筋网片入模安装顺序为:
φ5mm预应力丝入槽——下层钢筋网片安放——φ10mm预应力丝入模——初张拉(20%)——纵向隔模安装——终张拉(100%)——上层钢筋网片安装的顺序进行。
钢筋网片加工完和入模后均要进行绝缘检测。
轨道板采用整体横向张拉工艺,用大吨位张拉横梁,同时张拉60根预应力丝,张拉力达470吨。
预应力钢筋张拉采取双向双控方法,分两个过程:
先张拉到理论拉力的约20%,用环形螺母锁紧,静停30分钟,在此期间安装纵向模板;
再张拉到理论拉力的100%,并放上支承板,锁紧环形螺母,稳定后停止全部预加应力设备。
要求张拉过程同端千斤顶位移差不大于2mm,两端千斤顶位移差不大于4mm。
张拉完成后,实际张拉力、伸长量读数与理论计算值的误差不得超过5%。
单根实际张拉力与理论张拉力误差不大于15%。
2.2.4.3轨道板混凝土材料选定及其灌注工艺
砼材料选择上与国内指标差别较大的项目主要为水泥,其中水泥比表面积与早期强度要求与国内有较大差异,其中水泥比表面积指标要求为:
500~600m2/㎏。
早期强度要求为:
标准胶砂抗压强度要求2天达到>38MPa。
Ⅱ型板混凝土采用C55混凝土强度等级,要求混凝土的早期强度16小时≥48MPa,28天混凝土抗压强度达到55MPa。
具体量化模板可以投入使用布料机混凝土布料均匀,也能保证混凝土浇筑均匀和底部的表面粗糙度和轨道板厚度可控。
采用模具下安装的附着式振捣器捣固的方法,混凝土的温度应在20-30℃。
混凝土入模温度在15-30℃。
浇筑完毕混凝土初凝并起出侧模板后,应及时在混凝土养护用帆布覆盖。
经过完成浇筑混凝土16H,试件强度为48MPa或更高,然后在画布上,把床单和切割预应力筋开始轨道板剥离的操作。
空白板在车间自然存放24小时后即可运送到车间外堆放。
(1)打磨
1)轨道板翻转:
轨道板存放28天后即可打磨,研磨时由龙门起重机,吊梁抓斗运输空白板机翻转,开始转向机液压装置,夹紧空白板,转动装置到极限位置时,翻转180°
,转动装置滚下轨道板线的位置,解除锁定装置车床。
2)切割漏筋:
轨道板翻转车轮支架电缆轨道板运到钢板切割站,其两侧由圆盘锯切割筋泄漏。
3)轨道板打磨抛光完成轨道板的研磨机,工作过程中需要水,电,气,污水处理系统同时运行,正常情况下,轨道板磨床的时间大约是15分钟。
主要工作如下:
固定轨道板:
托架线将轨道板运送到打磨工位,然后通过设置在轨道板下的6个油缸将毛坯板顶起并进行找平调整,用4个油缸控制,从侧面6个夹紧油缸将轨道板卡紧。
此时即可开始对毛坯板进行测量和磨削加工。
生成子程序:
激光测量系统,通过测量轨道板承轨台的关键点,计算相对的平面板加工面位置的内圆磨床(或传感器测量系统),然后转换为轨道板表面加工,路由控制数据(每个轴承导轨站YZ坐标和倾斜角度)自动生成数控加工板材抛光子程序。
4)轨道板抛光研磨和抛光过程中给定的量,砂磨机,研磨机,两个轮子上的轨道板研磨行程的数目,直到它符合质量标准。
①雕刻编号:
轨道板打磨完成后,测量系统自动跟踪板抛光质量检测,检验合格后,该程序会自动生成轨道板雕刻布板编号刻在轨道板。
②清洗板:
序号在机器上进行雕刻,具有固定冲洗装置冲洗履带板。
后松开夹紧油缸,滚轮支架板放在网上,打开粉碎室有望走出,抛光光洁度轨道板运出,下一个空白板进入磨腔。
(4)扣件安装及整板绝缘检测
轨道扣件在场内安装,打磨完成后轨道板沿滚轮线运至扣件安装工位装,首先利用吸尘器对存满水和杂质的螺栓孔进行清洁并吹干,再用注油机定量注入润滑油脂,人工插螺栓和摆放扣件,最后用气动扳手采用固定力矩(30-50Nm)拧紧每个螺栓。
并经绝缘检测工位对成品板进行整体绝缘性能检测后,将其运至成品板存放区。
3CRTS
型轨道板裂缝问题
3.1裂缝形成的原因分析
3.1.1温度裂缝
温度裂缝主要是由温差造成,即由于混凝土具有热胀冷缩的性质,当外部环境或轨道板结构内部温度发生变化时,混凝土将会发生变形,若变形遭到其他固件限制,则在轨道板内产生应力,若内应力超过混凝土最大抗拉强度时即会产生温度裂缝。
与其他裂缝产生原因不同的是温度裂缝随温度变化而变化。
可将温差为以下三种:
水化热导致的混凝土内外部温差、整体结构的温度升降差、结构从上表面至下表面的温度梯度。
(1)水化热导致的混凝土内外部温差。
在混凝土浇筑初期,水泥水化过程中要产生大量的热量,并且其大部分热量将在3天内释放。
由于混凝土是热的不良导体,使得水化热积聚在混凝土内部不易散发,大多内部的温度会在浇筑后的3至5天达到最高值。
而混凝土表面温度则为环境温度,这就形成了内外温差值,从而产生温度应力、温度变形,使混凝土表面产生拉应力,内部产生压应力。
温度应力与温差成正比,即温差越大,温度应力也就越大。
当混凝土的抗拉强度低于该温度应力时,便将开始产生温度裂缝。
这种温度差一般可达15℃以上,德国雷达轨道在设计时采用了25℃的温度差。
使用初期,混凝土内外应变差可达0.25‰,但在长期的使用过程,考虑到混凝土徐变的影响,这种应变仍将近初始应变的二分之一。
(2)整体结构温度升降差。
在季节性变化与日照的循环变化下,混凝土整体结构发生均匀的温度升降变化,从而使结构发生伸缩。
这种伸缩在没有纵向约束或约束很小的情况下,产生的温度力可以忽略不计。
但事实上无砟轨道混凝土结构纵向受到多方面的约束,如果混凝土结构很长则引起的温度应力就很大,从而导致混凝土出现贯通的温度裂缝。
无砟轨道混凝土结构在炎热夏季日照的循环下,结构的整体温差可以达到25℃~30℃。
由于季节性变化大,混凝