預制箱梁冬季施工養護技術

劉虎

摘要：本文根據甘肅隴南地區所處地區的氣候特性，結合預制箱梁冬季施工實例，詳細闡述預制箱梁蒸汽養生的試驗方案、技術措施、保溫措施，進行預制混凝土箱梁的養生工藝。該法養護施工的箱梁外觀無裂紋，混凝土強度形成快速、穩定，確保了工期的進度，預制效果良好。該技術方案及工藝對北方氣溫較低的冬季施工及養生方案提供可靠的理論，可大規模推廣實施。

【關鍵詞】箱梁；成熟度；蒸氣養生

在我國西北地區冬季氣溫寒冷，為了滿足工程進度的要求，需要在冬季進行混凝土工程施工，由于過低的溫度經常造成混凝土結構的早期凍害，極大的降低了工程的安全性和耐久性，所以，對混凝土工程采取冬季施工措施勢在必行，這也是確保混凝土構件使用功能的關鍵所在。

1.工程概況

渭武高速隴南段位于宕昌縣和武都區境內，概算總投資約185億元；主線全長133.9公里，其中宕昌縣內109.4公里，武都區境內24.5公里。隴南段主線工程量包括：特大橋13座21493米、大橋49座31593米、中橋32座2287米、小橋7座182米、通道47座、涵洞111道、天橋10座；連接線主要包括：大橋13座3343米、中橋3座238米、小橋9座234米。項目箱梁預制量較大，為確保箱梁預制施工進度，為進一步提高混凝土品質，有效減少渭武高速公路通車運營后，各種裂縫及混凝土質量通病的發生，保證后期運營橋梁的穩定性，經試驗驗證，最終確定箱梁冬季養生方案，并得以實施和推廣。

2.冬季施工的基本情況

2.1項目冬季氣候特點

受高山深谷地形影響，項目所處地區在氣候上有明顯的區域特征。

2.2冬季施工的溫度界定

《公路橋涵施工技術規范》24.2.1規定：根據當地多年氣溫資料，室外晝夜日平均氣溫連續5d穩定低于5℃時，鋼筋、預應力、混凝土及砌體等工程應采取冬季施工措施，嚴寒期嚴禁施工。

美國混凝土協會ACI C306將寒冷氣候定義為連續3天的日平均氣溫低于5℃，且一天內氣溫在10℃以下持續時間不少于12h。在氣候嚴寒情況下，開始澆筑混凝土之前，材料和設備需要進行合理的防護，必須隨時準備養護。當一天的氣溫在10℃以上超過12h，可以恢復正常的混凝土澆筑。

3.預應力箱梁冬季養護方案及控制要點

根據項目氣候特征、結構物特點及其他規定，初步確定選用蒸汽加熱方法進行預應力箱梁冬季養護。

3.1箱梁的基本特點

（1）表面系數大

根據《公路橋涵施工技術規范》24.2.9規定：采用蒸汽加熱法養護混凝土時，混凝土的升、降溫速度不得超過下表規定。

根據上表規定，分別計算出項目需養護箱梁跨中斷面的全表面系數和外表面系數均大于6 m-1，確定蒸汽養護的升降溫速率分別為15℃/h和10℃/h。

（2）早期強度要求高

一般7天進行預應力張拉，需達到設計強度的90-100%。

（3）早期彈性模量要求高

普遍認為，混凝土抗壓強度增長速率要高于彈性模量，但多長的混凝土齡期彈性模量能達到設計值（34500MPa），需進行試驗確定。

3.2預應力箱梁蒸汽養護的試驗原理

混凝土從澆筑結束到強度和彈性模量達到設計要求經歷了很多道施工工序，混凝土各個階段的發展情況怎么樣？每個階段保持怎樣的養護溫度和濕度才能保證在一定的時限內達到設計強度，進行下一道工序，需要在保持預設養護條線的同時進行混凝土成熟度試驗去確定。

⑴混凝土成熟度的概念

混凝土成熟度基于混凝土強度發展是養護時間與溫度的函數關系的原理，美國混凝土協會ACI 306R-88和美國材料試驗學會ASTM C1074對成熟度的概念進行了解釋。當混凝土的養護沒有按照所要求的溫度時間維持，和養護溫度有波動時，成熟度對于核查混凝土的養護及根據養護溫度和時間來估計強度，評估混凝土強度的發展情況非常有用。成熟度可用以下公式表達：

M=Σ（C+10） △t

M-成熟度因子；

Σ-求和；

C-混凝土溫度，℃；

△t-在某溫度下持續養護的時間，h。

這個公式是假定在-10℃的低溫下混凝土強度能發展（也就是說水泥仍能繼續水化）的基礎上建立起來的。

（2）成熟度試驗計劃

試驗儀器采用北京耐爾得儀器設備有限公司NEL-WTR型混凝土溫度無線監測儀，分別記錄在蒸養、標養、露天養護三種環境下混凝土的成熟度。在所試驗箱梁錨下螺旋筋、腹板、頂板、底板預先埋設溫度傳感器，用以記錄梁體溫度，為蒸養環境成熟度試驗提供溫度數據。箱梁澆筑過程，根據試件成型計劃，分別制取抗壓強度試件和彈性模量試驗試件，并在有代表性試件中埋設溫度傳感器用以記錄標準養護及露天養護情況下的混凝土成熟度。三種環境的成熟度在到達200℃/h、600℃/h、1200℃/h、2400、3600℃/h、5000℃/h、7000℃/h分別進行抗壓強度和彈性模量試驗。彈性模量需要在混凝土抗壓強度達到45-50MPa時，再進行測試，前期不予測量。

3.3各環節溫度限值

混凝土蒸汽養生工藝一般包括靜停、升溫、恒溫和降溫四個階段。靜停階段是指混凝土澆筑完畢至升溫前在室溫下放置的階段，一般需2～6 h，它能增強混凝土在升溫階段對結構破壞的抵抗能力；升溫階段是指混凝土由室溫上升到恒定溫度的階段，為避免混凝土表面因溫度急速上升，體積膨脹太快而產生裂縫。恒溫階段是混凝土強度增長最快的階段；降溫階段，混凝土已經硬化，如降溫過快，混凝土會產生表面裂縫。

根據冬季施工要求，配備1.5t/h熱水鍋爐2臺、保溫大棚3個，小棚30個，蒸汽鍋爐3套（2t/ h），電加熱蒸汽養生設備3套，確保各個階段的養生溫度有所保障。

各環節溫度限制值：混凝土澆筑完成并進入預蒸養階段，蒸養棚內溫度控制在10-20℃范圍內；預蒸養階段結束并松動內模螺栓，蒸養棚內溫度控制在15-25℃范圍內；拆內模結束并進入帶外模蒸養階段、帶外模蒸養結束并松動外模螺栓及拆外模結束并進入蒸養升溫階段，蒸養棚內溫度控制在15-20℃范圍內；蒸養升溫結束并進入恒溫蒸養階段和恒蒸養階段，蒸養棚內溫度控制在20-35℃范圍內；封堵梁端外側與油布間隙保持梁溫、穿鋼絞線并進入預應力張拉及預應力張拉結束并準備孔道壓漿，蒸養棚內溫度控制在15-20℃范圍內；孔道壓漿結束并進入逐漸升溫階段，蒸養棚內溫度控制在30-20℃范圍內；恒溫蒸養結束并逐漸關停蒸汽到關停蒸汽并準備移梁，蒸養棚內溫度控制在30-20℃范圍內；關停蒸汽并準備移梁，蒸養棚內溫度控制在20℃-環境溫度范圍內。

3.4梁體溫度變化

根據混凝土溫度無線監測儀在所試驗箱梁錨下螺旋筋、腹板、頂板、底板預先埋設溫度傳感器，記錄梁體各部位溫度變化如下：

溫度監測結果表明，在蒸養至3d-4d齡期時，梁體各處溫度趨于一致，可適時減少蒸養。

3.5強度、彈性模量發展規律

經試驗發現，箱梁經蒸汽養護到達4000℃·h以上時（從澆筑結束開始，對應養護天數為5天），抗壓強度和彈性模量均達到設計要求，可以進行下一道工序進行預應力張拉?？椎缐簼{在蒸養條件下養護達到48h強度穩定達到40MPa以上（設計圖紙要求：漿體強度達到40MPa以上時，箱梁方可吊裝），可以停止蒸汽養護至環境溫度，進行提梁吊裝作業。

3.6各環節的時間限值

根據工序安排及施工工藝，綜合考慮確定各環節時間限值。（表6所示）

3.7全過程工序管理

根據相應每片箱梁的澆筑結束時間，套用各環節溫度限值和各環節的時間限值，做到按時間點，到什么時間干什么工作，確保箱梁蒸汽養護程序化管理高標準高效率執行。下面以2016年11月18澆筑拉界溝大橋左幅4-3箱梁為例，確定全工程工序管理。（表7所示）

3.8混凝土蓄熱及保溫措施

混凝土在澆筑前，禁止接觸負溫模板，混凝土在澆筑完成后，經歷帶外模蓄熱養護、暫停蒸養脫外模、脫外模后正式養生及停止蒸養等幾個升溫降溫階段，在此工程中要控制好鍋爐總閥門及每個臺座的小閥門，避免升溫過快、溫度過高、降溫太快以及蒸養時間不足等情況的發生，確保蒸養質量及梁體質量。

為保證箱梁梁體溫度及蒸汽量的均勻性，蒸汽管道采用長管道（管道通至箱梁遠端端頭）打眼措施，蒸汽管道入口位置排氣眼間距可適當放大，管道遠端排氣眼間距可適當縮小間距。

為保證箱梁蒸汽養生溫度及濕度及時可控，3個梁場各安排溫控員一名，并采用精創RCW-400A型溫濕度記錄儀，關聯各溫控員手機卡實時報警監控各臺座的溫濕度情況，確保溫度在25-35℃、濕度在90%的控制范圍內。

4.結束語

預應力箱梁冬季養生以蓄熱保溫為主，重點控制混凝土入模溫度、各工序引起的升溫降溫速率、蒸養環境的穩定、蒸養持續時間等。項目試驗室經歷近20天的冬季蒸汽養生試驗，得到物資部、拌合站、箱梁預制場等部門的大力配合，并將試驗結果用于現場生產。為渭武高速乃至甘肅地區預應力箱梁冬季施工提供了有力的理論依據和實踐經驗。

【參考文獻】

[1]中華人民共和國交通部. JTG F50-2011公路橋涵施工技術規范[S]北京：人民交通出版社，2011.

[ 2 ] S t e v e n H . K o s m a t k a ， B e a t r i x Kerkhoff，William C.Panarese（錢覺時，唐祖全，盧忠遠，王智 譯）.《混凝土設計與控制》[M].重慶大學出版社，2005.