李瑞卿

（中國(guó)化學(xué)工程重型機(jī)械化有限公司，北京102600）

0 引言

在我國(guó)西部，公路建設(shè)工程逐年增加，由于地理位置和氣候的原因?qū)е鹿こ汰h(huán)境處于溫度低、溫差大、濕度低的狀態(tài)。早期的混凝土箱梁預(yù)制構(gòu)件施工為提高模板、機(jī)具使用率，縮短生產(chǎn)周期，滿足早期設(shè)計(jì)要求、避免裂縫出現(xiàn)等，多數(shù)工程項(xiàng)目常采用蒸汽養(yǎng)護(hù)進(jìn)行混凝土短期加熱養(yǎng)護(hù)。基于此，本文以我國(guó)西部某高速公路工程為研究對(duì)象，對(duì)冬季預(yù)制箱梁蒸汽養(yǎng)護(hù)的質(zhì)量控制進(jìn)行分析。

1 原材料配比和測(cè)試方法

1.1 高速工程混凝土配合比

根據(jù)《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》（JGJ 55—2011），結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用表1 所示的普通C50混凝土配合比，C50 普通混凝土7d 抗壓強(qiáng)度達(dá)到適配強(qiáng)度91.8%。

表1 C50 混凝土配合比

1.2 原材料檢驗(yàn)

根據(jù)《公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》（JTG 3420—2020）、《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ 52—2006）等進(jìn)行混凝土原材料檢測(cè)（見(jiàn)表2）。

表2 水泥檢測(cè)結(jié)果

1.3 試驗(yàn)結(jié)果測(cè)試方法

1.3.1 抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

根據(jù)《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50081—2019）進(jìn)行早齡期、試塊外耐壓性能、后期混凝土箱梁的測(cè)試。早期指蒸養(yǎng)后在外界環(huán)境下暴露7d、14d、28d、56d；后 期 指 蒸 養(yǎng) 之 后，經(jīng) 過(guò)95d、305d、605d 的外界條件下暴露。箱梁養(yǎng)護(hù)至齡期后，用壓力試驗(yàn)機(jī)和回彈儀測(cè)試塊對(duì)箱梁腹板的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行試驗(yàn)研究[1]。用回彈儀測(cè)試混凝土抗壓強(qiáng)度，用ZC3-A 型混凝土回彈儀測(cè)試箱梁腹板的回彈。室內(nèi)抗壓強(qiáng)度選用YAW4306 微機(jī)控制電液伺服壓力試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)試時(shí)加荷應(yīng)力控制在0.52～0.75MPa/s，位移約為0.21mm/min。

1.3.2 微觀孔結(jié)構(gòu)試驗(yàn)

通過(guò)鉆芯進(jìn)行試驗(yàn)箱梁取樣，切割為φ100mm 的圓柱體，將圓柱體試件和試塊用切割機(jī)切割成薄片，厚度為10～20mm。采用RapidAir 型硬化混凝土氣孔結(jié)構(gòu)分析儀，通過(guò)直線導(dǎo)線法測(cè)定硬化混凝土氣孔參數(shù)，通過(guò)顯微鏡對(duì)導(dǎo)線切割弦長(zhǎng)和氣泡個(gè)數(shù)，計(jì)算氣泡間距系數(shù)等參數(shù)[2]。

2 蒸養(yǎng)參數(shù)對(duì)室內(nèi)混凝土試塊抗壓強(qiáng)度的影響

2.1 預(yù)養(yǎng)期對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

在構(gòu)件蒸汽養(yǎng)護(hù)時(shí)，對(duì)混凝土影響較重的是升溫階段。升溫階段混凝土中存在內(nèi)應(yīng)力，將產(chǎn)生大量的孔隙對(duì)混凝土造成損傷。在常溫下，混凝土構(gòu)件經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的放置叫作預(yù)養(yǎng)期。表3 為預(yù)養(yǎng)期對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響。

表3 預(yù)養(yǎng)期對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

由表3 可知，混凝土強(qiáng)度隨著靜養(yǎng)時(shí)間的增加而增大，混凝土初期結(jié)構(gòu)強(qiáng)度在預(yù)養(yǎng)期0～7h 時(shí)具有較快增長(zhǎng)，在預(yù)養(yǎng)期為9h 時(shí)，初期結(jié)構(gòu)強(qiáng)度遞增速率有所降低。在蒸汽養(yǎng)護(hù)前，混凝土預(yù)養(yǎng)期可較長(zhǎng)，從而將預(yù)養(yǎng)期強(qiáng)度提高，改變漿體內(nèi)部細(xì)化孔結(jié)構(gòu)、微裂縫。對(duì)混凝土初期結(jié)構(gòu)強(qiáng)度而言，預(yù)養(yǎng)時(shí)間為4～7h較為適宜。

2.2 升溫期對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

取預(yù)養(yǎng)時(shí)間為6h，升溫速度取15℃/h、25℃/h 和35℃/h，恒溫期恒溫時(shí)間為19h，恒溫溫度為55℃，降溫時(shí)間為4.5h 進(jìn)行測(cè)試，見(jiàn)表4。

表4 不同升溫速率對(duì)應(yīng)混凝土抗壓強(qiáng)度值

由表4 可知，混凝土抗壓強(qiáng)度隨蒸汽養(yǎng)護(hù)制度的進(jìn)行隨之增加；隨著蒸汽養(yǎng)護(hù)進(jìn)行，混凝土抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)速度有所降低。升溫速度越大，混凝土抗壓強(qiáng)度的提高幅度越大。整個(gè)蒸汽養(yǎng)護(hù)過(guò)程中的混凝土強(qiáng)度在升溫速度為15℃/h 時(shí)增長(zhǎng)較慢；在升溫速度為35℃/h 時(shí)混凝土強(qiáng)度比其他升溫速度養(yǎng)護(hù)條件高，蒸汽養(yǎng)護(hù)制度結(jié)束時(shí)強(qiáng)度趨于穩(wěn)定；在升溫過(guò)程中，水泥水化的速度也在加快，在升溫期得到一定硬化強(qiáng)度，但升溫中有一定的溫度應(yīng)力、熱脹變形產(chǎn)生。因此，升溫期要注重預(yù)養(yǎng)期時(shí)間及升溫速度[3]。

2.3 恒溫期對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

水泥水化發(fā)生在升溫期，混凝土強(qiáng)度是在恒溫期測(cè)得的，恒溫時(shí)間和溫度為恒溫期重要參數(shù)。采取恒溫溫度35℃、55℃、75℃，預(yù)養(yǎng)期為6h，降溫時(shí)間為4.5h 進(jìn)行試驗(yàn)。

由圖1 可知，預(yù)養(yǎng)期內(nèi)混凝土抗壓強(qiáng)度呈線性分布；升溫期是一條直線；恒溫期先是從線性上升，隨后上升的速度變得很快，但比預(yù)養(yǎng)期要低、比升溫期高；降溫期趨于平穩(wěn)。在整個(gè)蒸汽養(yǎng)護(hù)流程中，應(yīng)注重預(yù)養(yǎng)期、恒溫期、升溫期、降溫期四個(gè)階段。在蒸汽養(yǎng)護(hù)流程中，混凝土抗壓強(qiáng)度各環(huán)節(jié)不容忽視。在恒溫條件相同時(shí)，混凝土所用恒溫時(shí)間在升溫速度越高時(shí)越少[4]。

圖1 恒溫期對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度值

2.4 降溫期對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

混凝土構(gòu)件在蒸養(yǎng)恒溫期結(jié)束后的降溫過(guò)程中可能存在內(nèi)外溫差。為預(yù)防溫度應(yīng)力，在升溫階段混凝土內(nèi)水化熱放熱，減小溫差，采用升溫器可以加快混凝土養(yǎng)護(hù)棚內(nèi)的溫度，升溫速度控制在25℃/h，預(yù)防升溫階段出現(xiàn)熱脹變形。在結(jié)束恒溫期后，與升溫期相比，混凝土內(nèi)部溫度會(huì)有明顯升高，應(yīng)嚴(yán)格控制混凝土降溫速度，不能有過(guò)大溫差出現(xiàn)。蒸汽養(yǎng)護(hù)后的外部溫度會(huì)突然降低，蒸汽和空氣混合物呈過(guò)熱狀態(tài)，導(dǎo)致混凝土構(gòu)件內(nèi)部和表面的水分向外蒸發(fā)，因此在混凝土構(gòu)件脫模后，用布滿水的氈布全面覆蓋。

2.5 蒸汽養(yǎng)護(hù)溫度對(duì)混凝土抗裂性能的影響

試驗(yàn)選擇抗裂圓環(huán)，試件尺寸為高度100mm、外徑425mm、壁厚62.5mm、內(nèi)徑305mm，統(tǒng)計(jì)開裂時(shí)間、裂縫寬度、裂縫數(shù)目、裂縫長(zhǎng)度，并對(duì)其抗裂性能優(yōu)劣性進(jìn)行分析，見(jiàn)圖2。

圖2 不同蒸汽養(yǎng)護(hù)下抗裂性能

由圖2 可知，蒸汽養(yǎng)護(hù)時(shí)間為3d、7d、9d，終止蒸汽養(yǎng)護(hù)后抗裂圓環(huán)由表面向側(cè)面產(chǎn)生貫通的裂縫，裂縫開裂形態(tài)為崩裂且裂縫寬度都大于2.05mm；在自然環(huán)境中，抗裂圓環(huán)裂縫未出現(xiàn)。在養(yǎng)護(hù)溫度比較高時(shí)，混凝土抵抗開裂的能力下降，而高溫養(yǎng)護(hù)容易導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象。

3 預(yù)制混凝土箱梁蒸汽養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度損失分析

高溫條件下蒸汽養(yǎng)護(hù)存在強(qiáng)度損失的現(xiàn)象，規(guī)定兩個(gè)指標(biāo)：一是蒸汽養(yǎng)護(hù)完成后的混凝土相應(yīng)齡期抗壓強(qiáng)度要大于標(biāo)準(zhǔn)值90%，則養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度合格；二是混凝土抗壓強(qiáng)度在28d 齡期時(shí)大于抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，則養(yǎng)護(hù)后強(qiáng)度合格。

表5 為28d 齡期時(shí)各蒸汽養(yǎng)護(hù)條件混凝土強(qiáng)度。由表5 可知，恒溫溫度為60～65℃，28d 齡期的蒸汽養(yǎng)護(hù)下，混凝土強(qiáng)度下降明顯，且比早期強(qiáng)度最高值有更大損失，箱梁的強(qiáng)度回彈值均小于抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值?；炷猎?5～40℃、50～55℃蒸汽養(yǎng)護(hù)下，強(qiáng)度隨齡期增加隨之升高，在28d 齡期時(shí)損失非常小。在高溫養(yǎng)護(hù)下，混凝土在結(jié)束養(yǎng)護(hù)后具有較高強(qiáng)度，隨齡期增長(zhǎng)，強(qiáng)度下降。原因是高溫養(yǎng)護(hù)對(duì)混凝土本身有一定損傷，養(yǎng)護(hù)后混凝土處于干寒、大溫差環(huán)境，造成混凝土強(qiáng)度不斷損失。試驗(yàn)箱梁由于試塊體積較小且受到高溫蒸汽的破壞較輕，其強(qiáng)度損失要大于試塊。60～65℃養(yǎng)護(hù)條件下的試驗(yàn)箱梁28d 齡期時(shí)回彈強(qiáng)度損失率超過(guò)10%，回彈強(qiáng)度值低于抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，未達(dá)到抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值要求。在35～40℃養(yǎng)護(hù)條件下試驗(yàn)箱梁回彈強(qiáng)度略有損失發(fā)生，混凝土強(qiáng)度的發(fā)展未受到影響。在50～55℃養(yǎng)護(hù)下，未損失混凝土強(qiáng)度。

表5 蒸汽養(yǎng)護(hù)混凝土強(qiáng)度損失率分布

4 結(jié)論

本文以我國(guó)西部某高速公路工程為研究對(duì)象，對(duì)其在冬季預(yù)制箱梁蒸汽養(yǎng)護(hù)的質(zhì)量控制進(jìn)行了研究，得出結(jié)論如下：

第一，預(yù)養(yǎng)期時(shí)間控制在4～7h，升溫期升溫速度控制在25℃/h，恒溫期的控制時(shí)間在6h，溫度55℃、降溫期降溫速度低于升溫速度。

第二，恒溫溫度60～65℃，蒸汽養(yǎng)護(hù)時(shí)間為3d、7d、9d 時(shí)抗裂圓環(huán)結(jié)束蒸汽養(yǎng)護(hù)后表面產(chǎn)生貫通裂縫；恒溫溫度為50～55℃養(yǎng)護(hù)時(shí)抗裂圓環(huán)無(wú)開裂現(xiàn)象。高溫養(yǎng)護(hù)條件下（60～65℃）容易造成混凝土小孔比例少、孔結(jié)構(gòu)粗糙、氣孔間距系數(shù)大、孔徑分布不均勻等問(wèn)題。

第三，建議施工采用恒溫時(shí)間6h、恒溫溫度50～55℃、預(yù)養(yǎng)溫度25～30℃、升降溫速率低于15℃/h 的蒸汽養(yǎng)護(hù)制度。