蒸汽養護技術在大體積現澆混凝土中的應用

王中貴

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

關重要，通過改善蒸汽養護的條件，加強蒸汽養護的監控等確保溫度梯度在10～15度范圍內可以有效避免裂縫的發生。

關鍵詞：東海大橋 蒸汽養護技術 現澆混凝土施工

在預制構件的施工中已廣泛采用了蒸汽養護技術，通過蒸汽養護技術可以迅速提高砼的強度，大大減少養護時間。我們在東海大橋的施工中大膽將蒸汽養護技術應用在了現澆箱梁的施工中，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孔一聯和50m×7孔三聯；梁高為3m，箱梁單邊挑翼板寬為4m，采用移動支架逐孔，現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施工。一孔箱梁砼體積為530m3。

現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，按著常規的施工工期每跨要15天，冬季由于養護時間長每跨要20多天。為了加快施工進度，我們采用了蒸汽養護技術進行養護。

工程中蒸汽養護的難度體現在如下幾個方面：①環境惡劣。箱梁位于海面上，箱梁養護期內直接受風、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結構復雜且體量太大。箱梁混凝土結構的厚度不一，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，孔內溫度上升極快，而又極難降溫；箱梁頂板上的養護蓬內，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。

蒸汽養護的準備工作

1、蒸汽養護溫度的確定

試驗結果表明在采用蒸汽養護在三天內強度可以達到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、蒸汽養護系統

蒸汽養生鍋爐能量預估計算：

箱梁孔內容積：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200Kcal/m3hr

帆布熱傳系數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。

根據能量的估算及現場的狀況，針對鍋爐燃料的選擇、比較，從易取、便捷、環保方面考慮，最終采用額定蒸發量為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，總管在進入箱梁養護覆蓋區域前設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。

蒸汽養護的過程

蒸氣養護分四個階段，使混凝土在較高濕度和溫度下養護。

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（具體根據放置的Cu50銅電阻溫Cu50銅電阻溫度應變片接溫度讀數儀表來控制；假如箱孔內由于砼本身的水化熱產生的溫度較高的話，蒸氣造樣注入，再結合配置的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，以同條件養護，混凝土試塊達到40MPa和彈性模量達到3.0MP度應變片讀數，每降低5度后注入一次蒸氣，以使養護溫度在50度～60度內波動，基本保持恒溫狀態）。

降溫階段：由45度降到外界溫度，控制降溫速度為5度/小時（具體根據放置的Cu50銅電阻溫度應變片讀數，結合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（即用管狀硬質泡沫塑料外裹銀色返熱布制成）

蒸氣養護監控措施

在蒸氣養護階段，為使結構砼不產生裂縫，準備在箱梁的不同結構厚度砼內埋設Cu50銅電阻溫度應變片（共35個點位），接溫度讀數儀表來測定不同階段結構砼內的溫度變化（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）。另外在箱孔內放置4個Cu50銅電阻溫度應變片，箱梁表面覆蓋層內同樣放置4個Cu50銅電阻溫度應變片，以測定養護的溫度。根據不同階段測出的砼內平均溫度來隨時調整蒸氣養護溫度，溫差控制在≤15度內，以有效控制結構砼溫差裂縫的產生。另外，通過箱孔內外各放置的4個測溫點讀數可以控制各蒸氣注入支管在注入蒸氣時的閥門控制，以使箱孔內外的養護溫度基本保持一致。

施工結果

1、 在施工過程中部分箱梁發生裂縫

砼的裂縫集中出現在箱室的頂部，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的現象看已貫穿頂板厚度（板厚26cm），縫寬為0.2mm，裂縫的數量：第一孔現澆箱梁面裂縫多達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，但在后續施工時仍有3孔箱梁出現了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。采取了控制蒸養溫度的均勻性和延長降溫時間的措施。經過采取溫控措施之后，箱頂砼裂縫也逐步消失。匯總如下：

總結

蒸汽養護的成敗關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生在砼結構中產生較大的溫度拉應力，從而產生裂縫。在升降溫階段溫差控制至關重要，通過改善蒸汽養護的條件，加強蒸汽養護的監控等確保溫度梯度在10～15度范圍內可以有效避免裂縫的發生。