預(yù)制箱梁冬季施工養(yǎng)護技術(shù)

劉虎

摘要：本文根據(jù)甘肅隴南地區(qū)所處地區(qū)的氣候特性，結(jié)合預(yù)制箱梁冬季施工實例，詳細闡述預(yù)制箱梁蒸汽養(yǎng)生的試驗方案、技術(shù)措施、保溫措施，進行預(yù)制混凝土箱梁的養(yǎng)生工藝。該法養(yǎng)護施工的箱梁外觀無裂紋，混凝土強度形成快速、穩(wěn)定，確保了工期的進度，預(yù)制效果良好。該技術(shù)方案及工藝對北方氣溫較低的冬季施工及養(yǎng)生方案提供可靠的理論，可大規(guī)模推廣實施。

【關(guān)鍵詞】箱梁；成熟度；蒸氣養(yǎng)生

在我國西北地區(qū)冬季氣溫寒冷，為了滿足工程進度的要求，需要在冬季進行混凝土工程施工，由于過低的溫度經(jīng)常造成混凝土結(jié)構(gòu)的早期凍害，極大的降低了工程的安全性和耐久性，所以，對混凝土工程采取冬季施工措施勢在必行，這也是確保混凝土構(gòu)件使用功能的關(guān)鍵所在。

1.工程概況

渭武高速隴南段位于宕昌縣和武都區(qū)境內(nèi)，概算總投資約185億元；主線全長133.9公里，其中宕昌縣內(nèi)109.4公里，武都區(qū)境內(nèi)24.5公里。隴南段主線工程量包括：特大橋13座21493米、大橋49座31593米、中橋32座2287米、小橋7座182米、通道47座、涵洞111道、天橋10座；連接線主要包括：大橋13座3343米、中橋3座238米、小橋9座234米。項目箱梁預(yù)制量較大，為確保箱梁預(yù)制施工進度，為進一步提高混凝土品質(zhì)，有效減少渭武高速公路通車運營后，各種裂縫及混凝土質(zhì)量通病的發(fā)生，保證后期運營橋梁的穩(wěn)定性，經(jīng)試驗驗證，最終確定箱梁冬季養(yǎng)生方案，并得以實施和推廣。

2.冬季施工的基本情況

2.1項目冬季氣候特點

受高山深谷地形影響，項目所處地區(qū)在氣候上有明顯的區(qū)域特征。

2.2冬季施工的溫度界定

《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》24.2.1規(guī)定：根據(jù)當(dāng)?shù)囟嗄隁鉁刭Y料，室外晝夜日平均氣溫連續(xù)5d穩(wěn)定低于5℃時，鋼筋、預(yù)應(yīng)力、混凝土及砌體等工程應(yīng)采取冬季施工措施，嚴寒期嚴禁施工。

美國混凝土協(xié)會ACI C306將寒冷氣候定義為連續(xù)3天的日平均氣溫低于5℃，且一天內(nèi)氣溫在10℃以下持續(xù)時間不少于12h。在氣候嚴寒情況下，開始澆筑混凝土之前，材料和設(shè)備需要進行合理的防護，必須隨時準備養(yǎng)護。當(dāng)一天的氣溫在10℃以上超過12h，可以恢復(fù)正常的混凝土澆筑。

3.預(yù)應(yīng)力箱梁冬季養(yǎng)護方案及控制要點

根據(jù)項目氣候特征、結(jié)構(gòu)物特點及其他規(guī)定，初步確定選用蒸汽加熱方法進行預(yù)應(yīng)力箱梁冬季養(yǎng)護。

3.1箱梁的基本特點

（1）表面系數(shù)大

根據(jù)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》24.2.9規(guī)定：采用蒸汽加熱法養(yǎng)護混凝土?xí)r，混凝土的升、降溫速度不得超過下表規(guī)定。

根據(jù)上表規(guī)定，分別計算出項目需養(yǎng)護箱梁跨中斷面的全表面系數(shù)和外表面系數(shù)均大于6 m-1，確定蒸汽養(yǎng)護的升降溫速率分別為15℃/h和10℃/h。

（2）早期強度要求高

一般7天進行預(yù)應(yīng)力張拉，需達到設(shè)計強度的90-100%。

（3）早期彈性模量要求高

普遍認為，混凝土抗壓強度增長速率要高于彈性模量，但多長的混凝土齡期彈性模量能達到設(shè)計值（34500MPa），需進行試驗確定。

3.2預(yù)應(yīng)力箱梁蒸汽養(yǎng)護的試驗原理

混凝土從澆筑結(jié)束到強度和彈性模量達到設(shè)計要求經(jīng)歷了很多道施工工序，混凝土各個階段的發(fā)展情況怎么樣？每個階段保持怎樣的養(yǎng)護溫度和濕度才能保證在一定的時限內(nèi)達到設(shè)計強度，進行下一道工序，需要在保持預(yù)設(shè)養(yǎng)護條線的同時進行混凝土成熟度試驗去確定。

⑴混凝土成熟度的概念

混凝土成熟度基于混凝土強度發(fā)展是養(yǎng)護時間與溫度的函數(shù)關(guān)系的原理，美國混凝土協(xié)會ACI 306R-88和美國材料試驗學(xué)會ASTM C1074對成熟度的概念進行了解釋。當(dāng)混凝土的養(yǎng)護沒有按照所要求的溫度時間維持，和養(yǎng)護溫度有波動時，成熟度對于核查混凝土的養(yǎng)護及根據(jù)養(yǎng)護溫度和時間來估計強度，評估混凝土強度的發(fā)展情況非常有用。成熟度可用以下公式表達：

M=Σ（C+10） △t

M-成熟度因子；

Σ-求和；

C-混凝土溫度，℃；

△t-在某溫度下持續(xù)養(yǎng)護的時間，h。

這個公式是假定在-10℃的低溫下混凝土強度能發(fā)展（也就是說水泥仍能繼續(xù)水化）的基礎(chǔ)上建立起來的。

（2）成熟度試驗計劃

試驗儀器采用北京耐爾得儀器設(shè)備有限公司NEL-WTR型混凝土溫度無線監(jiān)測儀，分別記錄在蒸養(yǎng)、標養(yǎng)、露天養(yǎng)護三種環(huán)境下混凝土的成熟度。在所試驗箱梁錨下螺旋筋、腹板、頂板、底板預(yù)先埋設(shè)溫度傳感器，用以記錄梁體溫度，為蒸養(yǎng)環(huán)境成熟度試驗提供溫度數(shù)據(jù)。箱梁澆筑過程，根據(jù)試件成型計劃，分別制取抗壓強度試件和彈性模量試驗試件，并在有代表性試件中埋設(shè)溫度傳感器用以記錄標準養(yǎng)護及露天養(yǎng)護情況下的混凝土成熟度。三種環(huán)境的成熟度在到達200℃/h、600℃/h、1200℃/h、2400、3600℃/h、5000℃/h、7000℃/h分別進行抗壓強度和彈性模量試驗。彈性模量需要在混凝土抗壓強度達到45-50MPa時，再進行測試，前期不予測量。

3.3各環(huán)節(jié)溫度限值

混凝土蒸汽養(yǎng)生工藝一般包括靜停、升溫、恒溫和降溫四個階段。靜停階段是指混凝土澆筑完畢至升溫前在室溫下放置的階段，一般需2～6 h，它能增強混凝土在升溫階段對結(jié)構(gòu)破壞的抵抗能力；升溫階段是指混凝土由室溫上升到恒定溫度的階段，為避免混凝土表面因溫度急速上升，體積膨脹太快而產(chǎn)生裂縫。恒溫階段是混凝土強度增長最快的階段；降溫階段，混凝土已經(jīng)硬化，如降溫過快，混凝土?xí)a(chǎn)生表面裂縫。

根據(jù)冬季施工要求，配備1.5t/h熱水鍋爐2臺、保溫大棚3個，小棚30個，蒸汽鍋爐3套（2t/ h），電加熱蒸汽養(yǎng)生設(shè)備3套，確保各個階段的養(yǎng)生溫度有所保障。

各環(huán)節(jié)溫度限制值：混凝土澆筑完成并進入預(yù)蒸養(yǎng)階段，蒸養(yǎng)棚內(nèi)溫度控制在10-20℃范圍內(nèi)；預(yù)蒸養(yǎng)階段結(jié)束并松動內(nèi)模螺栓，蒸養(yǎng)棚內(nèi)溫度控制在15-25℃范圍內(nèi)；拆內(nèi)模結(jié)束并進入帶外模蒸養(yǎng)階段、帶外模蒸養(yǎng)結(jié)束并松動外模螺栓及拆外模結(jié)束并進入蒸養(yǎng)升溫階段，蒸養(yǎng)棚內(nèi)溫度控制在15-20℃范圍內(nèi)；蒸養(yǎng)升溫結(jié)束并進入恒溫蒸養(yǎng)階段和恒蒸養(yǎng)階段，蒸養(yǎng)棚內(nèi)溫度控制在20-35℃范圍內(nèi)；封堵梁端外側(cè)與油布間隙保持梁溫、穿鋼絞線并進入預(yù)應(yīng)力張拉及預(yù)應(yīng)力張拉結(jié)束并準備孔道壓漿，蒸養(yǎng)棚內(nèi)溫度控制在15-20℃范圍內(nèi)；孔道壓漿結(jié)束并進入逐漸升溫階段，蒸養(yǎng)棚內(nèi)溫度控制在30-20℃范圍內(nèi)；恒溫蒸養(yǎng)結(jié)束并逐漸關(guān)停蒸汽到關(guān)停蒸汽并準備移梁，蒸養(yǎng)棚內(nèi)溫度控制在30-20℃范圍內(nèi)；關(guān)停蒸汽并準備移梁，蒸養(yǎng)棚內(nèi)溫度控制在20℃-環(huán)境溫度范圍內(nèi)。

3.4梁體溫度變化

根據(jù)混凝土溫度無線監(jiān)測儀在所試驗箱梁錨下螺旋筋、腹板、頂板、底板預(yù)先埋設(shè)溫度傳感器，記錄梁體各部位溫度變化如下：

溫度監(jiān)測結(jié)果表明，在蒸養(yǎng)至3d-4d齡期時，梁體各處溫度趨于一致，可適時減少蒸養(yǎng)。

3.5強度、彈性模量發(fā)展規(guī)律

經(jīng)試驗發(fā)現(xiàn)，箱梁經(jīng)蒸汽養(yǎng)護到達4000℃·h以上時（從澆筑結(jié)束開始，對應(yīng)養(yǎng)護天數(shù)為5天），抗壓強度和彈性模量均達到設(shè)計要求，可以進行下一道工序進行預(yù)應(yīng)力張拉。孔道壓漿在蒸養(yǎng)條件下養(yǎng)護達到48h強度穩(wěn)定達到40MPa以上（設(shè)計圖紙要求：漿體強度達到40MPa以上時，箱梁方可吊裝），可以停止蒸汽養(yǎng)護至環(huán)境溫度，進行提梁吊裝作業(yè)。

3.6各環(huán)節(jié)的時間限值

根據(jù)工序安排及施工工藝，綜合考慮確定各環(huán)節(jié)時間限值。（表6所示）

3.7全過程工序管理

根據(jù)相應(yīng)每片箱梁的澆筑結(jié)束時間，套用各環(huán)節(jié)溫度限值和各環(huán)節(jié)的時間限值，做到按時間點，到什么時間干什么工作，確保箱梁蒸汽養(yǎng)護程序化管理高標準高效率執(zhí)行。下面以2016年11月18澆筑拉界溝大橋左幅4-3箱梁為例，確定全工程工序管理。（表7所示）

3.8混凝土蓄熱及保溫措施

混凝土在澆筑前，禁止接觸負溫模板，混凝土在澆筑完成后，經(jīng)歷帶外模蓄熱養(yǎng)護、暫停蒸養(yǎng)脫外模、脫外模后正式養(yǎng)生及停止蒸養(yǎng)等幾個升溫降溫階段，在此工程中要控制好鍋爐總閥門及每個臺座的小閥門，避免升溫過快、溫度過高、降溫太快以及蒸養(yǎng)時間不足等情況的發(fā)生，確保蒸養(yǎng)質(zhì)量及梁體質(zhì)量。

為保證箱梁梁體溫度及蒸汽量的均勻性，蒸汽管道采用長管道（管道通至箱梁遠端端頭）打眼措施，蒸汽管道入口位置排氣眼間距可適當(dāng)放大，管道遠端排氣眼間距可適當(dāng)縮小間距。

為保證箱梁蒸汽養(yǎng)生溫度及濕度及時可控，3個梁場各安排溫控員一名，并采用精創(chuàng)RCW-400A型溫濕度記錄儀，關(guān)聯(lián)各溫控員手機卡實時報警監(jiān)控各臺座的溫濕度情況，確保溫度在25-35℃、濕度在90%的控制范圍內(nèi)。

4.結(jié)束語

預(yù)應(yīng)力箱梁冬季養(yǎng)生以蓄熱保溫為主，重點控制混凝土入模溫度、各工序引起的升溫降溫速率、蒸養(yǎng)環(huán)境的穩(wěn)定、蒸養(yǎng)持續(xù)時間等。項目試驗室經(jīng)歷近20天的冬季蒸汽養(yǎng)生試驗，得到物資部、拌合站、箱梁預(yù)制場等部門的大力配合，并將試驗結(jié)果用于現(xiàn)場生產(chǎn)。為渭武高速乃至甘肅地區(qū)預(yù)應(yīng)力箱梁冬季施工提供了有力的理論依據(jù)和實踐經(jīng)驗。

【參考文獻】

[1]中華人民共和國交通部. JTG F50-2011公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S]北京：人民交通出版社，2011.

[ 2 ] S t e v e n H . K o s m a t k a ， B e a t r i x Kerkhoff，William C.Panarese（錢覺時，唐祖全，盧忠遠，王智 譯）.《混凝土設(shè)計與控制》[M].重慶大學(xué)出版社，2005.