混凝土智能養生設備在預應力箱梁冬季施工中的應用分析

王文強，劉秀珍，王大凱

(中國建筑土木建設有限公司，北京 100071)

0 引 言

現在工程建設中橋梁數量越來越大，其中上部構造的梁板數量也越多，施工周期必然跨越冬季[1]。由于水分結冰會破壞混凝土的內部結構，即使氣溫回升延長養護時間，但由于混凝土內部有水分結冰產生的裂紋不會愈合，箱梁混凝土也很難達到設計強度[2]。為此，應用預應力箱梁冬季施工中混凝土智能養生設備成為施工重點。

1 預制箱梁蒸汽保溫養生設備的應用

1.1 預制箱梁蒸汽保溫養生設備的安裝過程

鍋爐安裝以后需經勞動部門展開權威驗收，將鍋爐安置在箱梁預制區域外，鍋爐的蒸汽量為0.2 m2/h，再用50 mm規格的鋼管作為主管道并沿預制臺座鋪開，配備閥門。預制箱梁蒸汽保溫養生設備使用情況見表1。

表1 預制箱梁蒸汽保溫養生設備使用情況

管道和鍋爐具體安裝部位及步驟如下所示：

(1)蒸養鍋爐。鍋爐使用步驟為，先烘爐、煮爐，之后再生火、供氣，鍋爐正常運行。

(2)蒸養管道。主管道采用50 mm鋼管，支管道采用32 mm鋼管，蒸發管采用25 mm鋼管，供氣量和蒸發量平穩通過內桿式楔形閥調節。

(3)測溫計。使用前應先檢查溫度計的檢定有效期限，使用環境為-30 ℃～+100 ℃，相對濕度5%～95%，避免碰撞和沖擊。

(4)蒸養罩。需要進行蒸汽養護時直接采用移動式蒸汽罩，蒸汽罩為鋼管焊制拼裝式拱架，拱頂用防水保濕篷布覆蓋嚴實。

1.2 設備的應用過程

設備的應用過程分為靜停、升溫、恒溫和降溫四個階段：

(1)靜停階段。停歇期一般為4～6 h，停歇期主要是為了保證混凝土在完成澆筑后能夠進行一定的水化反應，具有一定的強度，避免因溫度的劇烈變化而對混凝土結構強度產生不利影響。詳細操作是在箱梁澆筑完成后，安裝活動鋼管棚架，蓋住箱梁保溫并盡可能在棚架周圍保持密封，防止大風或雨雪直接影響箱梁，有效地利用混凝土因自身凝結而產生的水化熱[3]。

(2)升溫階段。拆下模板后，接好鍋爐管路，將溫控器的感應棒放入篷蓋并打開溫控器，將兩個溫度計、兩個濕度計放在暖棚中。普通通汽管分三道，兩側腹板各設一道，另一道通汽管置于箱內。尤其要注意的是，通汽管道不宜過長，且不可與地面直接接觸，否則蒸汽會冷凝為回流，影響產氣量和蒸養效果。根據多次調試經驗，在預制場中，每條通氣管設5～6 長，并采用支架懸置支承，保證管道與箱梁腹板之間50 cm的距離。升溫過程如圖1所示。

圖1 升溫過程

準備好之后，打開鍋爐，進入升溫階段。升溫速度控制在10 ℃/h以內。施工過程中對溫度的調節與控制是通過調節蒸汽量以及定時量溫兩部分進行的，以閥門控制調節量，并記錄調節后的溫濕度。蒸汽鍋爐需要在蒸汽閥門關閉的狀態下才能啟動鍋爐，當鍋爐內壓力達到0.6 MPa時，才能打開閥門，使鍋爐內保持充足的蒸汽量，以免因鍋爐內受熱不均勻產生梁體強度有較大偏差。

在正常加熱條件下，現場使用的鍋爐額定功率為30 kW，閥門出口蒸汽溫度可達165～170 ℃。經多次記錄和總結，一般情況下，暖棚溫度每小時遞增5～6 ℃，一般5 h后暖棚溫度將高于室外溫度，濕度也達到飽和狀態。

這一階段決定了箱梁的蒸汽保溫層質量，是強度和整體性能形成階段。在靜停階段結束后，啟動端放置好蒸汽發生器，調整養護參數。混凝土箱梁養護試件在箱梁澆筑完成后12 h左右進行抗壓強度試驗。它的強度達到10.3 MPa的設計強度的20%，完全可以用于模板的拆除工作。

(3)恒溫階段。這一階段為箱梁混凝土穩定生長階段，具體操作是模板拆除后繼續蒸汽保溫養護。為了確保箱梁內外受熱均勻，蒸汽輸送管道兩端均伸進1/4管內，蒸汽出口位置離箱梁梁體約30cm，避免高溫蒸汽直接噴射到箱梁體內，影響混凝土強度，安排人員定時巡視箱梁內溫度。在施工前多做6組混凝土試件，放在箱梁內同條件養護，第一組12 h試驗，確定強度是否符合拆模條件，以后每24 h試驗一組，與現場回彈強度資料比較，確定拉伸時間，抗壓強度見表2。

表2 不同拉伸時間下的抗壓強度(單位：MPa)

由表2可知，梁板在拆除模板四天左右即達到混凝土設計強度的90%，可以進行張拉工作。

(4)降溫階段。該階段表示蒸汽保溫養生已經基本結束，但還是要避免急劇降溫影響箱梁混凝土強度。具體操作是緩慢關閉蒸汽發生器，記錄溫度降低速度，控制鋼管棚架內降溫速度在6℃/h，當鋼管棚架內外溫度基本一致后再移走棚架。

2 混凝土智能養生設備的養護過程

早期養護混凝土，其主要目的是維持適宜的溫濕條件，以達到兩方面的效果：一是使混凝土免于不利的溫度、濕度變形，防止有害的冷縮和干縮；二是使水泥水化過程順利進行，以達到設計的強度和抗裂能力。溫度和濕度的適宜條件是相互聯系的，混凝土保溫措施往往具有保濕作用。從理論上分析了新澆筑混凝土完全可以滿足水泥水化要求，但存在不足。由于蒸發等原因經常會造成水分損失，延遲或阻礙水泥的水化，使表面混凝土最容易也是最直接地受到不利影響。所以混凝土澆筑后的前幾天是養護的關鍵時期，施工中應切實加以注意。混凝土智能養生設備的養護過程如圖2所示。

圖2 混凝土智能養生設備的養護過程

2.1 確定養護試壓時間

蒸氣熱養護的混凝土在使用不合適的水泥時，后期強度會下降，應在與結構同條件養護的基礎上，增加標養至28 d的試件，以檢查并保證其強度。根據標準規定，常溫下至少留置2組與常溫下相同條件的掩護試件，一組用于測定混凝土凍結前的強度即臨界強度，另一組用于檢驗28 d的強度，混凝土試塊應在澆筑現場用已澆結構的混合物制成。試壓前試件應放置在具有正溫條件的室內，解凍后再試壓，試壓時間為4～12 h。

2.2 確定養護溫度

將箱梁用蓬布加以覆蓋，將管道按操作規程在篷布內鋪好，正式啟動閥門，讓飽和的蒸汽進入棚內，對梁體開展蒸養活動。靜停時應保持環境溫度≥5 ℃，澆筑完成四小時后方能再度提高溫度。溫度升速≤10 ℃/h，恒溫時應將溫度控制在50 ℃以下。箱梁蒸汽養護時間，應以梁體混凝土同條件養生試件強度和回彈強度值均達到50 MPa時確定，箱梁蒸汽養護時應不少于七天，并根據梁體混凝土同條件不同方向蓬溫、芯部溫度和表層溫度確定是否還繼續養護，見表3。

表3 兩個周期下設備養護溫度確定

由表3可知，當左側蓬溫超過21 ℃，右側蓬溫超過21 ℃，內側蓬溫超過25 ℃，芯部溫度超過31.6 ℃，表層溫度超過23.4 ℃時，開始養護。

3 結束語

經過整個冬季的箱梁混凝土施工，發現智能保溫養生確實能極大提高了箱梁早期強度，加快梁座及模板的使用率，有效縮短工期并降低了工程的成本，符合項目部的施工要求。發現對梁板數量較多，預制施工相對集中的預制場而言，智能蒸汽保溫養生施工便捷、安全、高效的優越性會被越來越多的人認識。在以后的公路建設工程中冬季智能蒸汽保溫養生會得到更多的應用與推廣。