浅谈低温大温差环境下预制梁蒸气养生技术.docx
《浅谈低温大温差环境下预制梁蒸气养生技术.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《浅谈低温大温差环境下预制梁蒸气养生技术.docx（8页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
浅谈低温大温差环境下预制梁蒸气养生技术
浅谈低温、大温差环境下预制梁蒸气养生技术
浅谈低温、大温差环境下预制梁蒸汽养生技术
陈柏刚
（中铁二局第五工程有限公司）
【摘要】预制箱梁的蒸汽养生技术，虽然已在行业中得到普及，但本文就全自动电蒸汽锅炉在预制箱梁中的使用，让蒸汽养生更加简单可行，为在低温、大温差的西北地区推广蒸汽养生施工提供了参考。
【关键词】大温差预制箱梁电蒸汽锅炉养生
1前言
目前，工程建设中混凝土预制件采用蒸汽养生能收到较好的经济及社会效益已得到大家的共识，其工艺也已普及，最早在日本道路协会编制的《预应力混凝土公路桥涵施工手册》可以找到施工依据，对于预制箱梁的蒸汽养生，在最近的文献当中，比较典型的有《浙江交通科技》2005年03期“预应力混凝土小箱梁蒸汽养生施工工艺研究”、《铁道建筑》2006年第01期“铁路混凝土箱型梁现场蒸汽养生工艺探讨”……。
但都没有详细阐述蒸汽养生张拉压浆前后的衔接，即压浆后都不再实施蒸汽养生。
在西北甘南地区，通过压浆后出现的问题分析，重新实践了蒸汽养生，伴随着全自动电蒸汽锅炉的出现，让蒸汽养生工艺更加完善。
2工程概述及问题的引出
我部承建的兰州至郎木寺高速公路（S2）临夏到合作段LH14标段，地处在西北甘南地区，属寒冷湿润气候，气候干燥，长冬无夏，温度较低，年平均气温为1.5~4.8℃，昼夜温差较大，且伴有大风雨雪，尤其在接近冬季时，上述气候特点尤其明显。
我标段共有216片20米的小箱梁，2012年9月份至10月初，采用覆盖土工布并喷淋养生的方式施工了11片，过了一个冬季，在2013年初检查发现，有7片箱梁的腹板处，沿预应力管道走向的位置，存在不同程度的裂纹，大部分箱梁顶板位置也有不规则的裂纹。
临合高速公路共16个标段，经业主的检查统计，每个标段都存在这种情况，虽然有些标段采用了蒸汽养生，但是在2012年施
作性等方面调查比较，全自动电蒸汽锅炉相比普通的燃煤蒸汽锅炉有以下优点：
3.1设计独特，在国家的锅炉免检范围内，即无须办理锅炉使用证，省去了办理锅炉使用证的麻烦，更不需要锅炉上岗特种作业操作证；
3.2操作简单方便，全自动按键控制，多重连锁安全保护功能，使用起来更加安全；
3.3小巧灵活，移动方便，可以逐台控制蒸汽养生过程中的升温和降温过程，机器的效能能充分发挥；
3.4利用电能更环保更节约，更减少了锅炉房的建设和长管路的设置费用；
3.5购置成本较低，电蒸汽锅炉8500元/台，普通锅炉125000元/台，12台电蒸汽锅炉就能达到一台普通锅炉的使用效果。
缺点有两点：
一是所需的电能较大，需要周围有对应的变压器；二是锅炉靠近箱梁附近，需要进行一定的保护，避免箱梁施工作业时其它物件碰撞锅炉。
通过综合比较，我们的方案最后选定使用全自动电蒸汽锅炉设备实施蒸汽养生。
3方案实施
4.1施工准备
4.1.1梁场附近有一台600KVA变压器，电力能够满足，在梁场设置了6个二级配电箱，每个配电箱拟供2台电蒸汽锅炉使用。
每个锅炉放置在一个专门制作的钢筋框内，方便吊装，也起到了保护锅炉的作用。
4.1.2设计了12个养生棚，养生棚由养生支架和厚棉被两大部分组成，详见箱梁断面及养生棚示意图。
支架成人字形，骨架用钢筋及钢管焊接而成，上面设吊环；厚棉被根据支架大小定做，里层加防透气的塑料膜，具有良好的保温性，防潮性。
4.1.3每个锅炉配置长度30米Φ20mm的耐高温软管，使用时分别放置在箱梁台座两侧的地上，箱梁的一半位置处，方便蒸汽在中间散开。
4.1.4计划于7月初开始施工，10月10号以前完工，水温一般在25℃左右，不考虑水和骨料加热的问题，混凝土为C50强度等级，水泥采用P.II52.5祁连山水泥，施工配合比为：
C:
S:
G:
W:
GK-3000（减水剂）=486:
646:
1148:
155:
4.86，坍落度为120~160mm，根据人民交通出版社出版的公路施工手册《桥涵》下册第232页，计算出混凝土的出机温度平均为14.8℃（计算过程略）。
4.1.5每片箱梁现场配置温湿度计6支，左右对称设置在箱梁两端及中间，在升温、恒温及降温过程中，每1个小时做一次温湿度记录。
4.1.6现场混凝土强度试模按标养3组，同条件6组共配置强度试模9组，弹模也按3+6共配置9组。
4.1.7做好机器的调试及技术交底工作。
4.2工艺实施
4.2.1蒸汽养生工艺流程为：
静停养生拆除内模第一次蒸汽养生拆除外模第二次蒸汽养生张拉钢束、压浆、封锚第三次蒸汽养生验梁、存梁。
4.2.2过程控制
（1）静停养生
混凝土浇筑后，顶面立即覆盖土工布并洒水保湿，然后用养生篷将其覆盖包裹。
由于混凝土水化热过程中释放热量，一定程度上可以提升温度供自身养生需要，环境温度在6~8℃时，内箱内温度一般在12℃左右，如果是夜间环境温度较低时时，内箱温度低于10℃，这时少量供给蒸汽，保持棚内的温度不低于10℃。
静停时间以4~6h为宜，通过试验，混凝土强度一般能达到7MPa左右，静停结束后开始拆除内模，拆模时间4h左右。
（2）第一次蒸汽养生
内模拆除后，内箱注水，开始第一次蒸汽养生工作，直至达到拆除外模条件，时间为12h左右。
升温时间控制在3~4h，升温速率控制在8℃/h以内，升温结束时温度控制在25℃~35℃之间。
恒温时间控制在4~5h，温度控制在25℃~35℃之间，湿度控制在90%以上。
降温时间控制在3~4h，降温速率控制在5℃/h以内，降温结束时温度控制在与环境温度差10℃以内。
降温结束后拆除外模，拆模时间6~8h，通过试验，此时混凝土强度一般能达到20.8MPa左右。
（3）第二次蒸汽养生
外模拆除后，顶板和腹板洒水，开始第二次蒸汽养生，直至混凝土强度和弹性模量达到设计值90%以上，具备钢束张拉条件。
时间一般为60~72h左右，具体以回弹强度满足设计张拉要求控制，其中，升温阶段和降温阶段的控制时间和方法与第一次蒸汽养生相同，恒温时的温度控制在40℃左右，时间控制在52~64h，控制方法与第一次蒸汽养生相同。
蒸汽养生棚的空间为116m3左右，经实践，采用两台电蒸汽锅炉同时工作，并将机器开到最大档位（2档）时，蒸养棚内温度刚好按8℃的升温速率升温，恒温时可保持在40~42℃，湿度则保持在90%~93%。
从浇筑完混凝土到第二次蒸养结束，共计96h左右，此时混凝土的强度在45~46PMa之间，满足张拉条件。
（4）孔道压浆
张拉压浆在24h内完成，为保证孔道压浆的密实性，防止低温大温差环境下浆体冻胀引起混凝土的开裂，特提出以下三个要求：
1）压浆料必须采用专用压浆剂或压浆混合料，我们采用的是GR-300压浆剂；
2）浆体的试验、制备、存储和压浆等工艺必须满足规范要求，不得出现泌水现象；
3）浆体需制备同养试件，强度必须满足设计要求后方可移梁。
（5）第三次蒸汽养生
在全线施工的箱梁中，孔道压浆结束后，箱梁的强度采用喷淋或自然养生的方式进行存放增长，到了28d，通过同条件试块的试验，大部分箱梁的强度增长缓慢，只能达到设计值的97%左右，要到了56d才能增长到设计值的100%以上。
为保证孔道浆体的强度发展，避免低温大温差环境下浆体冻胀引起混凝土的开裂，也为了进一步提高混凝土强度的发展速率，我标提出了进行第三次蒸汽养生，直至混凝土强度和弹性模量达到设计值100%以上，浆体强度满足设计要求。
时间一般为48小时左右，具体以浆体强度满足移梁要求控制。
其中，升温阶段和降温阶段的控制时间和方法与第二次蒸汽养生相同，恒温时间控制在40小时左右，控制方法与第二次蒸汽养生相同。
蒸养后通过同条件试块的试验及现场开孔检查，混凝土的强度一般都能达到设计值的100%以上，孔道内虽然存在少量游离态的水，但浆液凝固效果较好，成板状。
下表是2013年9月份所施工的箱梁蒸汽养生的记录统计表：
记录项目
养生工序
工作时间h
环境平均温度℃
环境平均湿度%
恒温时棚内平均温度℃
恒温时棚内平均湿度%
同条件试块的平均抗压强度MPa
同条件试块的平均弹性模量Ec
静停养生（包括拆内模）
8~10
8
61
12
67
7
/
第一次蒸汽养生
12
4
62
32
90
20.8
2.43
拆除外模
6~8
6
64
/
/
/
/
第二次蒸汽养生
60~72
5
63
42
93
45.8
3.47
张拉压浆
24
6
/
/
/
/
/
第三次蒸汽养生
48
5
63
41
92
50.9
3.52
备注：
9月份的环境温度最能体现当地特点，以上所有的数值均为当月记录值的平均值，施工时基本按每天上午和下午各浇筑一片箱梁，故静停时间时的平均温度较高。
（6）验梁和存梁
当混凝土强度及浆体强度均满足设计要求后，由中心试验室、监理单位对成品梁进行验收，包括尺寸、外观、强度等，合格后由三方签字确认后方可移入存梁区。
（7）不同龄期的强度及弹模检测
考虑到第二次蒸汽养生结束后时间为4天，因此，我们以4、7、14、28天为检测时间点统计了部分试件的强度及弹模变化情况，详见下表：
不同龄期的强度及弹模量统计表
龄期
强度及弹模量
4d
7d
14d
28d
同条件试件强度MPa
45.8
50.9
52.1
52.9
同条件试件弹模量Ec
3.47
3.52
3.56
3.61
标养试件强度MPa
37.8
43.9
49.5
54.7
标养试件弹模量Ec
2.88
3.15
3.48
4.18
备注：
以上数据为9月中上旬至下旬共10多片箱梁的检测平均值。
从以上统计表可以看出，前期通过蒸汽养生的混凝土强度及弹模值增长较快，随着龄期的增长，差异趋于缩小，到了后期，增长速率基本停止，最终被标养件反超。
这与相关文献的资料记载相符。
其它注意事项在相关文献中也有说明，本文就不再重复叙述。
4结语
通过使用该技术，我们实现了如下目的：
（1）箱梁混凝土早期强度发展速率得到明显提高。
未实施蒸汽养生的箱梁，要7~8天才能达到张拉条件，而实施蒸汽养生后只要3~4天就能张拉，从而有效缩短了养生时间，实现了加快预制梁生产循环周期，按期完成了所有箱梁的预制；
（2）箱梁混凝土的外观质量明显好转，避免了大温差环境引起的混凝土外表收缩裂缝的产生；
（3）保证预应力孔道浆体强度及硬化程度，减少了游离态的水存在。
通过对压浆管道的开孔检查及对比，压浆后未采用蒸汽养生的箱梁，其压浆液要7天左右才能完全凝固，更重要的是采用蒸汽养生后的箱梁孔道内，游离态水大量减少，其详细机理尚未清楚，这样减少了波纹管因冻胀开裂的现象。
（4）混凝土的养护成本得到降低，相比以前用普通锅炉的养护成本，不计算购置费、安装费的减少，仅电费和煤炭费用的比较，每方混凝土的养护成本就降低80~90元，既环保又节约！
本次实施采用的水灰比为0.32，在有些文献里提到水灰比小于0.4的，蒸汽养生温度控制在60℃最为经济，限于我们采用的设备机型无法将温度提高到45℃以上，所以其效果尚未清楚，混凝土超过28d以后的变化情况也未进行跟踪，箱梁经过一个冬季以后还会不会出现裂纹，也未得到检验，给本文留下了一些遗憾，如有机缘，请业内同志给予补充。
参考文献
⑴JTG_TF50-2011《公路桥涵施工技术规范》.人民交通出版社出版，2011.
⑵张贵先译.《预应力混凝土公路施工手册》.日本道路协会编，1988.
⑶《混凝土冬季施工》.水利水电出版社出版.2001.
⑷公路施工手册《桥涵》下册.人民交通出版社出版.1999.
⑸《浙江交通科技》2005年03期“预应力混凝土小箱梁蒸汽养生施工工艺研究”
⑹《铁道建筑》2006年第01期“铁路混凝土箱型梁现场蒸汽养生工艺探讨”
2014年01月08日
升级会员 