高效保濕養(yǎng)護膜在橋梁墩身混凝土養(yǎng)護中的應用

徐勇 趙鵬鑫 劉戰(zhàn)利 李輝 曹繼濤 栗少清

1.中交第二公路工程局有限公司，西安710000；2.雄安高速鐵路有限公司，河北雄安071800；3.四川鐵科建設監(jiān)理有限公司，成都611731；4.中國鐵道科學研究院集團有限公司鐵道建筑研究所，北京100081

混凝土養(yǎng)護是混凝土工程中的重要環(huán)節(jié)。適宜的養(yǎng)護溫度、養(yǎng)護濕度和養(yǎng)護時間不僅可以促進膠凝材料充分水化，使其力學性能迅速發(fā)展，而且可以抑制混凝土內部毛細水分向外散失，防止混凝土表層水分快速蒸發(fā)而出現(xiàn)收縮干裂、質量下降、耐久性降低等問題［1-5］。

目前鐵路工程建設中現(xiàn)澆墩身混凝土的養(yǎng)護主要采用反復向混凝土表面澆水、覆蓋土工布或薄膜+灑水、自動噴淋等方法，這幾種養(yǎng)護方式不僅難以確?；炷帘砻骈L時間保持高濕度，而且對用水量和人工作業(yè)有較高的要求，致使養(yǎng)護質量得不到保障［6-8］。新建北京—雄安城際鐵路霸州北站—雄安段全部為橋梁工程，正線長18.567 km。橋梁下部承臺及墩身混凝土累計用量約20.59萬m3。由于該項目混凝土工程量較大，所在地區(qū)氣候干燥，多風少雨，施工過程中墩身混凝土灑水保濕養(yǎng)護較困難。如果采取灑水方式或采用自動噴淋系統(tǒng)進行養(yǎng)護，不僅容易出現(xiàn)混凝土表面干濕不一、收縮不均勻等問題，而且灑水時間和均勻性方面難以有效控制［9-10］。為保障鐵路橋墩混凝土結構的強度和耐久性能，提升墩身混凝土養(yǎng)護質量，在霸州北站—雄安段對墩身混凝土結構進行了高效保濕養(yǎng)護膜的應用試驗，并與自然養(yǎng)護、灑水養(yǎng)護的保濕效果和養(yǎng)護質量進行對比。

1 高效保濕養(yǎng)護膜的工作原理

高效保濕養(yǎng)護膜是由中國鐵道科學研究院集團有限公司研發(fā)的一種新型保濕養(yǎng)護材料［11］，具有抑制水分散失和補充水分的雙重功能，由緊貼混凝土表面的親水性無紡布層、可儲釋水高分子材料層和水蒸氣透過系數較低的保水薄膜層組成。

墩身混凝土結構在完成拆模后，須及時將高效保濕養(yǎng)護膜纏繞包裹在混凝土表面，然后在墩身混凝土表面與養(yǎng)護膜的空隙中由上至下一次性充分補水，使養(yǎng)護膜中間層的可儲釋水高分子材料中水分達到飽和。在養(yǎng)護階段可儲釋水高分子材料通過親水性無紡布層向混凝土表面緩慢釋放水分。同時，保水薄膜會阻止水分向外散失，從而使墩身混凝土表面長時間處于高濕度養(yǎng)護狀態(tài)。

2 現(xiàn)場試驗

采用高效保濕養(yǎng)護膜對墩身混凝土進行養(yǎng)護的試驗流程見圖1。具體方法為：①拆除墩身混凝土鋼模板后，將高效保濕養(yǎng)護膜親水性無紡布的一面緊貼墩身混凝土表面，從上至下纏繞，搭接寬度為10～15 cm，采用透明膠帶將搭接處粘貼密封。當養(yǎng)護膜纏繞至墩身混凝土底部時，按照墩身實際尺寸裁剪養(yǎng)護膜，再用透明膠帶纏緊固定。在墩身全部包裹養(yǎng)護膜后，在混凝土與薄膜的空隙中由上至下緩慢均勻地澆水，使養(yǎng)護膜的可儲釋水高分子材料中間層充分吸水。②在墩身混凝土養(yǎng)護期間，須定期檢查高效保濕養(yǎng)護膜有無損壞情況。如發(fā)現(xiàn)破損，須及時用透明膠進行補漏處理，防止養(yǎng)護膜灌風破壞，導致膜內濕氣散失。當墩身混凝土達到養(yǎng)護時間要求后，將高效保濕養(yǎng)護膜拆除。

圖1 采用高效保濕養(yǎng)護膜養(yǎng)護墩身混凝土試驗流程

3 數據采集與分析

3.1 高效保濕養(yǎng)護膜的保濕效果

在施工現(xiàn)場使用濕度傳感器采集了28 d齡期環(huán)境濕度及膜內濕度，結果見表1。

表1 不同齡期濕度測試結果

由表1可知，采用高效保濕養(yǎng)護膜養(yǎng)護至28 d齡期時膜內濕度96.10%，而外部環(huán)境濕度在19.15%～68.46%。若僅采用灑水養(yǎng)護易受外部環(huán)境濕度影響，很難實現(xiàn)對墩身混凝土的長時間保濕養(yǎng)護。采用高效保濕養(yǎng)護膜受外部干燥環(huán)境影響較小，一次性飽水處理后，可較長時間維持較高的養(yǎng)護濕度，為墩身混凝土水化反應及強度發(fā)展創(chuàng)造有利條件。

3.2 高效保濕養(yǎng)護膜對墩身混凝土結構密實性和耐久性的影響

在霸州北站—雄安段施工現(xiàn)場進行了灑水和高效保濕養(yǎng)護膜的養(yǎng)護效果對比試驗。采用Torrent氣體滲透性測試儀對28 d齡期墩身混凝土表面進行了氣體滲透系數測試（圖2）。28 d齡期時采用灑水養(yǎng)護的墩身混凝土氣體滲透系數為0.23×10-16m2，采用高效保濕養(yǎng)護膜養(yǎng)護的氣體滲透系數為0.05×10-16m2，下降了78.3%?？梢娎酶咝П耩B(yǎng)護膜養(yǎng)護可以明顯提升混凝土表面密實性，養(yǎng)護膜內高濕度養(yǎng)護條件促進了混凝土的水化和密實度發(fā)展。

圖2 28 d齡期墩身混凝土表面氣體滲透系數測試

由于混凝土呈堿性，在墩身混凝土表面滴加酚酞試劑，通過其b顯示的顏色可定性分析混凝土表面碳化程度。28 d齡期時在墩身底部滴加酚酞試劑，顯色反應如圖3所示。可以看出：上部為采用高效保濕養(yǎng)護膜養(yǎng)護的混凝土表面，呈紫紅色；下部為未采用高效保濕養(yǎng)護膜養(yǎng)護的混凝土表面，呈暗綠色。這說明采用高效保濕養(yǎng)護膜養(yǎng)護的混凝土呈強堿性，碳化程度較低；而未采用高效保濕養(yǎng)護膜養(yǎng)護的混凝土堿性減弱，這是發(fā)生碳化的結果。

圖3 酚酞在28 d齡期墩身混凝土表面的顯色反應

對比自然養(yǎng)護、灑水養(yǎng)護、養(yǎng)護膜養(yǎng)護的墩身混凝土表面的碳化深度，結果見表2?？芍鹤匀火B(yǎng)護和灑水養(yǎng)護的墩身混凝土表面56 d齡期碳化程度均較高，碳化深度分別為3.5、2.1 mm；與自然養(yǎng)護和灑水養(yǎng)護相比，采用高效保濕養(yǎng)護膜養(yǎng)護的墩身混凝土表面56 d齡期碳化深度分別降低了62.9%和38.1%。這進一步證明采用高效保濕養(yǎng)護膜養(yǎng)護可有效抑制墩身混凝土表面碳化的發(fā)展。

表2 不同養(yǎng)護方式下墩身混凝土表面碳化深度

在28 d齡期墩身混凝土表面采樣，采用掃描電子顯微鏡對混凝土表面結構進行觀察，如圖4所示?？芍?，灑水養(yǎng)護的墩身混凝土表面孔隙結構明顯，較為疏松，而采用高效保濕養(yǎng)護膜養(yǎng)護的墩身混凝土表面結構比較密實。

圖4 不同養(yǎng)護方式下墩身混凝土表面微觀結構

3.3 高效保濕養(yǎng)護膜對墩身混凝土表面回彈強度的影響

不同養(yǎng)護方式下墩身混凝土表面回彈強度見表3。可知：①與自然養(yǎng)護和灑水養(yǎng)護相比，采用高效保濕養(yǎng)護膜養(yǎng)護的混凝土強度發(fā)展較快。②56 d齡期時采用養(yǎng)護膜養(yǎng)護的混凝土表面回彈強度比自然養(yǎng)護、灑水養(yǎng)護分別增加了14.7%、6.3%。這說明采用高效保濕養(yǎng)護膜養(yǎng)護在改善混凝土養(yǎng)護濕度的同時，促進了墩身混凝土的水化，有利于混凝土強度的發(fā)展。

表3 不同養(yǎng)護方式下墩身混凝土表面回彈強度

3.4 社會效益

對于高9 m的墩身混凝土結構，保持其表面長時間濕潤，采用灑水養(yǎng)護方式用水量約幾十立方米。采用高效保濕養(yǎng)護膜養(yǎng)護一次澆水約3 m3，且無需再次補水。另外，采用灑水養(yǎng)護方式養(yǎng)護14 d內每天須安排專人灑水，而采用高效保濕養(yǎng)護膜從開始包裹到完成澆水僅需1 h，工人6個，共6工時。因此，在鐵路工程中采用高效保濕養(yǎng)護膜進行墩身養(yǎng)護，在提升養(yǎng)護效果的同時，也省時省工，節(jié)約水資源，具有較好的社會效益和經濟效益。

4 結論

針對鐵路工程中墩身混凝土養(yǎng)護濕度不均，灑水養(yǎng)護效果得不到保障等問題，在北京—雄安城際鐵路工程中進行了墩身混凝土高效保濕養(yǎng)護膜應用現(xiàn)場試驗。得出以下結論：

1）28 d齡期墩身混凝土養(yǎng)護膜內濕度為96.1%，膜內濕度受外部干燥環(huán)境影響較小。

2）與灑水養(yǎng)護相比，采用高效保濕養(yǎng)護膜養(yǎng)護28 d齡期墩身混凝土氣體滲透系數下降了78.3%，56 d齡期墩身混凝土表層碳化深度降低了38.1%，回彈強度增加了6.3%。采用掃描電子顯微鏡觀察28 d齡期墩身混凝土表面試樣，其結構比較密實。說明采用高效保濕養(yǎng)護膜養(yǎng)護在改善混凝土養(yǎng)護濕度的同時，促進了墩身混凝土的水化，有利于混凝土密實度和強度的發(fā)展。

3）采用高效保濕養(yǎng)護膜易于操作，省工省時，節(jié)省水資源。

綜上，高效保濕養(yǎng)護膜不僅可以提升工程的養(yǎng)護質量，還具有較好的經濟效益和社會效益，值得推廣。