淺談溫度控制對管片質量的影響

王 浩

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

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淺談溫度控制對管片質量的影響

王 浩

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

預制管片襯砌是雙護盾TBM掘進中的重要施工環(huán)節(jié)。為了確保TBM的正常掘進，應有足量、合格的預制管片儲備，介紹了在管片生產過程中溫度對管片質量的影響，從所需要的設施布置、蒸養(yǎng)室內溫度的控制和管片成型后堆放靜養(yǎng)等方面闡述了溫度對管片質量的影響以及所采取的相應的質量保障措施，使管片生產日產量最大化。

管片質量；溫度控制；脫模強度

1 工程概況

Coca Codo Sinclair水電站項目位于厄瓜多爾共和國Napo和Sucumbios省內，總裝機容量為1 500 MW。主要建筑物包括首部樞紐、輸水隧洞、調蓄水庫、壓力管道、廠房發(fā)電系統(tǒng)等。輸水隧洞工程線路全長24.8 km，其中調節(jié)水庫施工區(qū)TBM2管片襯砌段約13 km，隧洞開挖直徑為9.1 m，一次襯砌采用豆粒石回填并灌漿，二次襯砌采用管片襯砌，管片襯砌后內徑為8.2 m，管片厚30 cm。管片混凝土強度等級根據圍巖類別分為B、C、D三種類型，其中B型管片設計強度為C40，C型管片和D型管片設計強度為C50。因隧洞斷面較大，一環(huán)管片襯砌需由七片管片組合安裝。

C40、C50高標號混凝土密實度高、抗?jié)B性能好、耐久性強，但其早期收縮大，若控制措施不當，容易產生裂縫，所以，在施工過程中要嚴格控制混凝土養(yǎng)護室的溫度和濕度。

2 設施布置

(1) 供熱設施布置。在預制廠內合適的位置設置一套鍋爐系統(tǒng)，鍋爐容量、型號按需求蒸汽量配置。采用管路供熱方法為蒸養(yǎng)室內供送蒸汽，主供熱管在分支供熱回路上安裝專業(yè)的自動供氣閥，以控制蒸汽的輸送速度和輸送量。

(2)蒸汽養(yǎng)護室的布置。蒸汽養(yǎng)護室采用整體式養(yǎng)護室，外形美觀且易于安裝。在蒸養(yǎng)棚安裝時需保證接縫處的密封性，以形成密閉氣室，避免因蒸養(yǎng)棚漏氣造成室內溫度、濕度達不到設計要求進而影響管片質量。

(3)低溫條件下生產時，若有必要的話應對砂石骨料進行加熱保溫，以保證混凝土的拌和質量(如當地有低溫季節(jié)時)。

(4)夏季施工應采取搭涼棚、灑水、噴霧、加大骨料堆高或地垅取料的方式以降低砂石料等原材料的溫度。

3 蒸汽養(yǎng)護室的溫度控制

管片混凝土蒸汽養(yǎng)護分為靜停階段(預養(yǎng)階段)、升溫階段、恒溫階段、預降溫階段和降溫階段五部分。CCS項目管片蒸養(yǎng)室布置有三條生產線，每條線上有11個模具，共有33個模具，每條蒸養(yǎng)線上按照 4∶4∶3的模具比例劃分，即4個升溫區(qū)模具，4個恒溫區(qū)模具，3個降溫區(qū)模具。以每小時澆筑5個管片為例，管片在升溫區(qū)的時間為144 min，然后管片進入恒溫區(qū)，時間同樣為144 min，之后進入降溫區(qū)的時間為108 min，管片即完成了整個蒸養(yǎng)過程。蒸養(yǎng)時，要保證恒溫區(qū)溫度在50 ℃至60 ℃范圍內，同時濕度要不小于80%。這是兩個重要的外部條件，同時，管片的澆筑應均衡有序的進入蒸養(yǎng)線，并同時控制升溫速度和降溫速度在15°/h左右，防止管片不均衡進入和不均衡升降溫對管片的質量造成不利影響。

3.1 靜停階段(預養(yǎng)階段)

靜停階段又稱預養(yǎng)階段，是指管片混凝土在入倉振搗結束至管片即將進入蒸養(yǎng)室升溫區(qū)的養(yǎng)護階段。通過靜停(預養(yǎng))可增加混凝土在升溫期對結構破壞作用的抵抗能力。靜停期(預養(yǎng)期)的長短取決于混凝土性能、外界溫度和恒溫溫度等，厄瓜多爾常年氣溫在18℃～25 ℃，故此階段預養(yǎng)時間較短，約為20 min。

3.2 升溫階段

混凝土的結構破壞主要發(fā)生在升溫階段，該階段主要表現為粗孔體積增大，氣、液相數量增多。若升溫速度過快，由于粗骨料與終凝后的水泥砂漿的熱膨脹系數差別較大，將會導致熱應力的產生，當熱拉應力和剪應力大于混凝土的抗拉抗剪強度時就會出現裂紋，因此，應將升溫速度控制在15 ℃/h左右。該工程實際按升溫階段50 ℃左右控制。

3.3 恒溫階段

恒溫期是混凝土強度的主要增長期?；炷猎诤銣貢r的硬化速度取決于水泥品種、水灰比和恒溫溫度等。影響升溫時間的因素有水泥品種、強度等級、升溫速度等。為避免養(yǎng)護溫度與環(huán)境溫度相差太大，使管片在出模時溫度過高，對環(huán)境溫度變化過于敏感而造成裂縫現象的出現，該工程在實際生產施工中將恒溫階段的溫度控制在60 ℃，恒溫時間控制在144 min左右。

3.4 預降溫階段

在混凝土強度達到要求后，即可開始降溫。若降溫速度過快會導致管片內外表面因溫差過大產生裂縫，所以，在降溫階段要緩慢、均勻降溫。該工程實際將降溫階段分為兩部分：預降溫階段和降溫階段。該工程在實際生產施工中將預降溫階段的溫度控制在50 ℃左右。

3.5 降溫階段

經過預降溫階段后的管片溫度與環(huán)境溫度依然存在較大的溫差，故該工程在預降溫階段后又設置了降溫區(qū)，該區(qū)域只設置保溫蒸汽管路而未設置加熱管路，以便管片能夠緩慢均勻地降溫，以免產生因降溫過快、管片產生過大的收縮應力，導致管片表面出現龜裂及疏松等結構損傷現象。該工程在實際生產施工中將降溫階段的溫度控制在35 ℃左右。

混凝土管片蒸汽養(yǎng)護室各區(qū)域蒸養(yǎng)溫度和蒸養(yǎng)時間的確定影響著管片的生產質量和管片生產效率。合理的設計和確定蒸養(yǎng)制度既能提高混凝土管片質量，也能提高生產效率，節(jié)約成本。表1 為CCS項目管片蒸養(yǎng)后脫模強度表。

綜合生產系統(tǒng)的運行速度并結合隧洞的地質情況，CCS項目需要大量的B型管片、且當地規(guī)范要求脫模強度不得低于12 MPa(圓柱體試模)，故B型管片(C40)采用6 h蒸養(yǎng)時間，從而使每天的產量平均可達112片，即16環(huán)，能夠滿足TBM掘進要求。

表1 CCS項目管片蒸養(yǎng)后脫模強度表

4 管片室內靜養(yǎng)間的溫度控制

混凝土管片成型后的表面溫度約為38 ℃～43 ℃，出倉強度約為12～14 MPa(圓柱體試模),故需在室內靜養(yǎng)間進行后期養(yǎng)護。

為避免因環(huán)境溫度與管片表面溫差較大而造成管片表面龜裂的出現，需在室內靜養(yǎng)幾小時，然后灑水養(yǎng)護，從而使管片溫度能夠緩慢的降至環(huán)境溫度。

對于成型管片的養(yǎng)護一般為噴淋養(yǎng)護、浸泡養(yǎng)護和噴淋養(yǎng)護劑養(yǎng)護等。該工程采用水噴淋養(yǎng)護方法，在室內、外靜養(yǎng)間設置養(yǎng)護水噴淋設備，定期進行噴淋養(yǎng)護。

5 分析與總結

要充分認識到管片成型的每個階段對管片質量的影響，重視管片生產的每個環(huán)節(jié)，針對每個階段制定相應的應對措施。

(1)管片靜停期(預養(yǎng)期)的作用在于提高水泥在蒸氣養(yǎng)護開始前的水化程度，使混凝土具有必要的初始結構強度，以增強混凝土對升溫期結構破壞的抵御力?；炷凉芷念A養(yǎng)時間越長，混凝土的初始結構強度就越大，混凝土蒸養(yǎng)后，管片內部的損傷就減小。但靜停(預養(yǎng))時間越長，則其管片生產周期就越長，導致其無法滿足施工現場要求，因此，應結合當地實際環(huán)境情況確定具體的靜停時間。

(2)管片蒸養(yǎng)最主要的影響階段是升溫和降溫階段，這是減少管片表面龜裂紋和管片內在質量的重要階段。以該工程為例，若將蒸養(yǎng)室升溫區(qū)溫度設置為55 ℃、恒溫區(qū)溫度設置為65 ℃時，則管片出倉的表面溫度為43℃～48 ℃，管片外表面易出現龜裂或脫皮現象。在控制溫度的同時，不能忽略蒸養(yǎng)室內的濕度，應保證其濕度不小于80%。

(3)管片室內靜養(yǎng)間養(yǎng)護是非常關鍵的生產工序，管片蒸養(yǎng)制度和后期的養(yǎng)護方法將直接對混凝土的物理力學性能、體積穩(wěn)定性能和耐久性能產生影響，一旦控制不當，就有可能造成混凝土產生裂紋和耐久性能下降。因此，對室內靜養(yǎng)間的溫度控制和養(yǎng)護用水水溫都應引起重視。噴淋養(yǎng)護用水水溫與管片溫度溫差不超過15 ℃，避免管片產生裂縫。

6 結 語

為了保證管片施工質量，必須充分了解和認識管片生產中的各個環(huán)節(jié)溫度對管片質量的影響。根據現場實際情況，布置加熱保溫蒸汽管路，選擇合適有效的蒸養(yǎng)密封措施。嚴格控制蒸養(yǎng)階段的溫度和濕度，保證管片能夠均勻的升降溫度且恒溫溫度不能過高。要充分監(jiān)測環(huán)境溫度變化對管片質量的影響，做好管片成型后的后續(xù)養(yǎng)護工作。

(責任編輯：李燕輝)

2016-08-15

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王 浩(1973-)，男，四川成都人，工程師，從事建設工程施工技術與管理工作.