蒸汽養(yǎng)護技術(shù)在大體積現(xiàn)澆混凝土中的應用

王中貴

摘 要：為提高東海大橋現(xiàn)澆梁的施工速度，通過蒸汽養(yǎng)護技術(shù)可以迅速提高砼的強度，大大減少養(yǎng)護時間。在升降溫階段溫差控制至

關(guān)重要，通過改善蒸汽養(yǎng)護的條件，加強蒸汽養(yǎng)護的監(jiān)控等確保溫度梯度在10～15度范圍內(nèi)可以有效避免裂縫的發(fā)生。

關(guān)鍵詞：東海大橋 蒸汽養(yǎng)護技術(shù) 現(xiàn)澆混凝土施工

在預制構(gòu)件的施工中已廣泛采用了蒸汽養(yǎng)護技術(shù)，通過蒸汽養(yǎng)護技術(shù)可以迅速提高砼的強度，大大減少養(yǎng)護時間。我們在東海大橋的施工中大膽將蒸汽養(yǎng)護技術(shù)應用在了現(xiàn)澆箱梁的施工中，并取得了良好的效果。

工程概述

東海大橋是洋山深水港一期工程的重要配套工程。單幅箱梁寬為15.25m；跨徑組合為50m×5孔一聯(lián)和50m×7孔三聯(lián)；梁高為3m，箱梁單邊挑翼板寬為4m，采用移動支架逐孔，現(xiàn)澆砼一次澆筑完成的施工工藝。當砼強度、彈性模量達到設計要求80%后，先進行預應力張拉，然后再落架（卸載），移動支架到下一孔進行循環(huán)施工。一孔箱梁砼體積為530m3。

現(xiàn)澆箱梁采用高性能砼，該砼在膠凝材料中添加摻合料，并選用低活性骨料，具有阻抗氯離子滲透的能力（滲透系數(shù)為1.5×10-12m2/s）。采用高性能砼早期收縮量比普通砼要大得多，且流淌性不佳，泵送困難。

移動模架施工每次施工長度50m，按著常規(guī)的施工工期每跨要15天，冬季由于養(yǎng)護時間長每跨要20多天。為了加快施工進度，我們采用了蒸汽養(yǎng)護技術(shù)進行養(yǎng)護。

工程中蒸汽養(yǎng)護的難度體現(xiàn)在如下幾個方面：①環(huán)境惡劣。箱梁位于海面上，箱梁養(yǎng)護期內(nèi)直接受風、雨、氣溫、日曬的影響。②材料保溫性能相差懸殊。我們在造橋機外模外側(cè)噴涂了約3cm厚的塑料層，其保溫性能相當好，而箱梁頂板采用隔熱油布搭設的保溫蓬則相差較遠。③結(jié)構(gòu)復雜且體量太大。箱梁混凝土結(jié)構(gòu)的厚度不一，最薄處40cm，最厚處達1.5m；且箱梁頂板面積600至900m2不等，梁高3m。④溫場的均勻控制難度極高。箱孔因密封，孔內(nèi)溫度上升極快，而又極難降溫；箱梁頂板上的養(yǎng)護蓬內(nèi)，卻是升溫時升不上去，降溫極快。⑤高性能混凝土的收縮量大。

蒸汽養(yǎng)護的準備工作

1、蒸汽養(yǎng)護溫度的確定

試驗結(jié)果表明在采用蒸汽養(yǎng)護在三天內(nèi)強度可以達到80%，彈性模量可以達到3.0以上，將蒸汽溫度設在40℃左右完全能夠滿足施工要求。

2、保溫措施

每次施工的梁段長度根據(jù)不同的情況為40m，50m和60m，斷面為頂面寬15.25m，底面寬7.25m，高3m的梯形。底模、外模采用鋼模板，并與造橋機的主梁和橫梁固定連接，不宜進行包裹保溫。海上氣溫變化快，風大做好保溫工作至關(guān)重要，為此我們采用了如下保溫措施：

箱梁表面用30cm高木擱柵滿堂擱空鋪設，上鋪隔熱油布，箱梁端頭同樣用隔熱油布封沒，油布周邊與造橋機底模連接封沒，以防漏汽，以達到箱梁頂面和端頭保溫的效果。另外，整臺造橋機外模上均現(xiàn)噴3cm厚的聚氨脂泡沫塑料保溫層，以達到梁底保溫的目的。

3、蒸汽養(yǎng)護系統(tǒng)

蒸汽養(yǎng)生鍋爐能量預估計算：

箱梁孔內(nèi)容積：60×2.5×6.45=967.5m3

箱孔頂棚面積：60×15.25=915m2

頂棚容積：915×0.3=274.5m3

蒸汽最高溫度（恒溫）：40℃

大氣溫度最低：-5℃

單位空間熱能系數(shù)200Kcal/m3hr

帆布熱傳系數(shù)0.25 Kcal/m2hr℃

熱能損失=0.25×（915+2×2.5×6.45）×（40-（-5））=10657Kcal/hr

基本熱能需求=200×（274.5+967.5）=248400 Kcal/hr

蒸汽需求量為：248400+10657=259057 Kcal/hr

鍋爐能量計算=259057×（1+0.25+0.25）/539=721.0kg/hr

考慮到以上計算未考慮蒸汽泄漏因素，故實際鍋爐能量須考慮3～4倍以上。

根據(jù)能量的估算及現(xiàn)場的狀況，針對鍋爐燃料的選擇、比較，從易取、便捷、環(huán)保方面考慮，最終采用額定蒸發(fā)量為4.0t/h的燃煤鍋爐一臺。

由鍋爐接出一根Φ133mm的蒸汽壓力總管，總管在進入箱梁養(yǎng)護覆蓋區(qū)域前設1個總閥門及4個接頭分別與4根支管連接。每根支管起始處各設1個控制閥門。支管直徑為Φ75mm。分別在箱孔內(nèi)設置2根，箱梁表面設置2根。每根支管上每隔一定間距并排開設2個Φ6mm噴汽孔（噴汽孔具體打設間距控制如下：①起始：10檔。@2.4m。②中間：10檔@1.8m。③過渡：10檔@1.2m。④10檔@0.6m）。蒸汽管材料為一般的鍍鋅鋼管，每根支管端頭處均用鋼板電焊封沒。

蒸汽養(yǎng)護的過程

蒸氣養(yǎng)護分四個階段，使混凝土在較高濕度和溫度下養(yǎng)護。

靜停階段：混凝土澆筑完畢，靜停4小時，在梁體外覆蓋油布，初凝后施放蒸汽。

升溫階段：控制上升溫速度不得大于10度/小時，混凝土由初始溫度上升到45度（具體用注入蒸氣來達到，用放置的a來控制恒溫時間（具體根據(jù)放置的Cu50銅電阻溫Cu50銅電阻溫度應變片接溫度讀數(shù)儀表來控制；假如箱孔內(nèi)由于砼本身的水化熱產(chǎn)生的溫度較高的話，蒸氣造樣注入，再結(jié)合配置的4臺空壓機注入空氣，不斷排出熱汽，以達到既能保持溫度，又能保持濕度的效果）。

恒溫階段：溫度控制在40度～50度內(nèi)，以同條件養(yǎng)護，混凝土試塊達到40MPa和彈性模量達到3.0MP度應變片讀數(shù)，每降低5度后注入一次蒸氣，以使養(yǎng)護溫度在50度～60度內(nèi)波動，基本保持恒溫狀態(tài)）。

降溫階段：由45度降到外界溫度，控制降溫速度為5度/小時（具體根據(jù)放置的Cu50銅電阻溫度應變片讀數(shù)，結(jié)合4臺空壓機注入空氣，不斷排出熱汽來達到降溫的目的）。

降溫順序：箱室內(nèi)停氣？邛橫梁透氣？邛懸臂段透氣？邛懸臂段停氣？邛頂板停氣？邛打開橫梁模板？邛打開懸臂段封堵？邛拆除頂蓬油布？邛結(jié)束。

注意：蒸氣管呈擱空縱向鋪設，在施放蒸汽時不直接對著梁體和模板，避免產(chǎn)生局部高溫；在冬季蒸氣注入管外包裹專用保溫套，以確保蒸氣正常供應（即用管狀硬質(zhì)泡沫塑料外裹銀色返熱布制成）

蒸氣養(yǎng)護監(jiān)控措施

在蒸氣養(yǎng)護階段，為使結(jié)構(gòu)砼不產(chǎn)生裂縫，準備在箱梁的不同結(jié)構(gòu)厚度砼內(nèi)埋設Cu50銅電阻溫度應變片（共35個點位），接溫度讀數(shù)儀表來測定不同階段結(jié)構(gòu)砼內(nèi)的溫度變化（接近外模，距砼外表面2cm處也埋設Cu50銅電阻溫度應變片，以測定外模在噴涂聚氨脂泡沫塑料保溫層后的保溫效果）。另外在箱孔內(nèi)放置4個Cu50銅電阻溫度應變片，箱梁表面覆蓋層內(nèi)同樣放置4個Cu50銅電阻溫度應變片，以測定養(yǎng)護的溫度。根據(jù)不同階段測出的砼內(nèi)平均溫度來隨時調(diào)整蒸氣養(yǎng)護溫度，溫差控制在≤15度內(nèi)，以有效控制結(jié)構(gòu)砼溫差裂縫的產(chǎn)生。另外，通過箱孔內(nèi)外各放置的4個測溫點讀數(shù)可以控制各蒸氣注入支管在注入蒸氣時的閥門控制，以使箱孔內(nèi)外的養(yǎng)護溫度基本保持一致。

施工結(jié)果

1、 在施工過程中部分箱梁發(fā)生裂縫

砼的裂縫集中出現(xiàn)在箱室的頂部，也是橫向分布，長度不進入腹板，最長為6m，短的也有2～3m。裂縫深度從頂部滲水到箱室內(nèi)的現(xiàn)象看已貫穿頂板厚度（板厚26cm），縫寬為0.2mm，裂縫的數(shù)量：第一孔現(xiàn)澆箱梁面裂縫多達24條，第二孔減少到17條，第三孔6條，之后大幅度地減少，直至消失，但在后續(xù)施工時仍有3孔箱梁出現(xiàn)了1～3條小裂縫。裂縫位置在頂板人孔和前端懸臂段居多，我們分析認為，是由于砼降溫不均勻或太快引起的。采取了控制蒸養(yǎng)溫度的均勻性和延長降溫時間的措施。經(jīng)過采取溫控措施之后，箱頂砼裂縫也逐步消失。匯總?cè)缦拢?/p>

總結(jié)

蒸汽養(yǎng)護的成敗關(guān)鍵是控制好升降溫過程，特別是降溫階段，由于在高溫下混凝土的早期抗壓強度增長較快，但其抗拉強度沒有做到同比例增長，強度低。若降溫梯度過大容易產(chǎn)生在砼結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生較大的溫度拉應力，從而產(chǎn)生裂縫。在升降溫階段溫差控制至關(guān)重要，通過改善蒸汽養(yǎng)護的條件，加強蒸汽養(yǎng)護的監(jiān)控等確保溫度梯度在10～15度范圍內(nèi)可以有效避免裂縫的發(fā)生。