高效保濕養(yǎng)護(hù)膜在橋梁墩身混凝土養(yǎng)護(hù)中的應(yīng)用

徐勇 趙鵬鑫 劉戰(zhàn)利 李輝 曹繼濤 栗少清

1.中交第二公路工程局有限公司，西安710000；2.雄安高速鐵路有限公司，河北雄安071800；3.四川鐵科建設(shè)監(jiān)理有限公司，成都611731；4.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司鐵道建筑研究所，北京100081

混凝土養(yǎng)護(hù)是混凝土工程中的重要環(huán)節(jié)。適宜的養(yǎng)護(hù)溫度、養(yǎng)護(hù)濕度和養(yǎng)護(hù)時(shí)間不僅可以促進(jìn)膠凝材料充分水化，使其力學(xué)性能迅速發(fā)展，而且可以抑制混凝土內(nèi)部毛細(xì)水分向外散失，防止混凝土表層水分快速蒸發(fā)而出現(xiàn)收縮干裂、質(zhì)量下降、耐久性降低等問(wèn)題［1-5］。

目前鐵路工程建設(shè)中現(xiàn)澆墩身混凝土的養(yǎng)護(hù)主要采用反復(fù)向混凝土表面澆水、覆蓋土工布或薄膜+灑水、自動(dòng)噴淋等方法，這幾種養(yǎng)護(hù)方式不僅難以確保混凝土表面長(zhǎng)時(shí)間保持高濕度，而且對(duì)用水量和人工作業(yè)有較高的要求，致使養(yǎng)護(hù)質(zhì)量得不到保障［6-8］。新建北京—雄安城際鐵路霸州北站—雄安段全部為橋梁工程，正線長(zhǎng)18.567 km。橋梁下部承臺(tái)及墩身混凝土累計(jì)用量約20.59萬(wàn)m3。由于該項(xiàng)目混凝土工程量較大，所在地區(qū)氣候干燥，多風(fēng)少雨，施工過(guò)程中墩身混凝土灑水保濕養(yǎng)護(hù)較困難。如果采取灑水方式或采用自動(dòng)噴淋系統(tǒng)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，不僅容易出現(xiàn)混凝土表面干濕不一、收縮不均勻等問(wèn)題，而且灑水時(shí)間和均勻性方面難以有效控制［9-10］。為保障鐵路橋墩混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和耐久性能，提升墩身混凝土養(yǎng)護(hù)質(zhì)量，在霸州北站—雄安段對(duì)墩身混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行了高效保濕養(yǎng)護(hù)膜的應(yīng)用試驗(yàn)，并與自然養(yǎng)護(hù)、灑水養(yǎng)護(hù)的保濕效果和養(yǎng)護(hù)質(zhì)量進(jìn)行對(duì)比。

1 高效保濕養(yǎng)護(hù)膜的工作原理

高效保濕養(yǎng)護(hù)膜是由中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司研發(fā)的一種新型保濕養(yǎng)護(hù)材料［11］，具有抑制水分散失和補(bǔ)充水分的雙重功能，由緊貼混凝土表面的親水性無(wú)紡布層、可儲(chǔ)釋水高分子材料層和水蒸氣透過(guò)系數(shù)較低的保水薄膜層組成。

墩身混凝土結(jié)構(gòu)在完成拆模后，須及時(shí)將高效保濕養(yǎng)護(hù)膜纏繞包裹在混凝土表面，然后在墩身混凝土表面與養(yǎng)護(hù)膜的空隙中由上至下一次性充分補(bǔ)水，使養(yǎng)護(hù)膜中間層的可儲(chǔ)釋水高分子材料中水分達(dá)到飽和。在養(yǎng)護(hù)階段可儲(chǔ)釋水高分子材料通過(guò)親水性無(wú)紡布層向混凝土表面緩慢釋放水分。同時(shí)，保水薄膜會(huì)阻止水分向外散失，從而使墩身混凝土表面長(zhǎng)時(shí)間處于高濕度養(yǎng)護(hù)狀態(tài)。

2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

采用高效保濕養(yǎng)護(hù)膜對(duì)墩身混凝土進(jìn)行養(yǎng)護(hù)的試驗(yàn)流程見(jiàn)圖1。具體方法為：①拆除墩身混凝土鋼模板后，將高效保濕養(yǎng)護(hù)膜親水性無(wú)紡布的一面緊貼墩身混凝土表面，從上至下纏繞，搭接寬度為10～15 cm，采用透明膠帶將搭接處粘貼密封。當(dāng)養(yǎng)護(hù)膜纏繞至墩身混凝土底部時(shí)，按照墩身實(shí)際尺寸裁剪養(yǎng)護(hù)膜，再用透明膠帶纏緊固定。在墩身全部包裹養(yǎng)護(hù)膜后，在混凝土與薄膜的空隙中由上至下緩慢均勻地澆水，使養(yǎng)護(hù)膜的可儲(chǔ)釋水高分子材料中間層充分吸水。②在墩身混凝土養(yǎng)護(hù)期間，須定期檢查高效保濕養(yǎng)護(hù)膜有無(wú)損壞情況。如發(fā)現(xiàn)破損，須及時(shí)用透明膠進(jìn)行補(bǔ)漏處理，防止養(yǎng)護(hù)膜灌風(fēng)破壞，導(dǎo)致膜內(nèi)濕氣散失。當(dāng)墩身混凝土達(dá)到養(yǎng)護(hù)時(shí)間要求后，將高效保濕養(yǎng)護(hù)膜拆除。

圖1 采用高效保濕養(yǎng)護(hù)膜養(yǎng)護(hù)墩身混凝土試驗(yàn)流程

3 數(shù)據(jù)采集與分析

3.1 高效保濕養(yǎng)護(hù)膜的保濕效果

在施工現(xiàn)場(chǎng)使用濕度傳感器采集了28 d齡期環(huán)境濕度及膜內(nèi)濕度，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 不同齡期濕度測(cè)試結(jié)果

由表1可知，采用高效保濕養(yǎng)護(hù)膜養(yǎng)護(hù)至28 d齡期時(shí)膜內(nèi)濕度96.10%，而外部環(huán)境濕度在19.15%～68.46%。若僅采用灑水養(yǎng)護(hù)易受外部環(huán)境濕度影響，很難實(shí)現(xiàn)對(duì)墩身混凝土的長(zhǎng)時(shí)間保濕養(yǎng)護(hù)。采用高效保濕養(yǎng)護(hù)膜受外部干燥環(huán)境影響較小，一次性飽水處理后，可較長(zhǎng)時(shí)間維持較高的養(yǎng)護(hù)濕度，為墩身混凝土水化反應(yīng)及強(qiáng)度發(fā)展創(chuàng)造有利條件。

3.2 高效保濕養(yǎng)護(hù)膜對(duì)墩身混凝土結(jié)構(gòu)密實(shí)性和耐久性的影響

在霸州北站—雄安段施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了灑水和高效保濕養(yǎng)護(hù)膜的養(yǎng)護(hù)效果對(duì)比試驗(yàn)。采用Torrent氣體滲透性測(cè)試儀對(duì)28 d齡期墩身混凝土表面進(jìn)行了氣體滲透系數(shù)測(cè)試（圖2）。28 d齡期時(shí)采用灑水養(yǎng)護(hù)的墩身混凝土氣體滲透系數(shù)為0.23×10-16m2，采用高效保濕養(yǎng)護(hù)膜養(yǎng)護(hù)的氣體滲透系數(shù)為0.05×10-16m2，下降了78.3%。可見(jiàn)利用高效保濕養(yǎng)護(hù)膜養(yǎng)護(hù)可以明顯提升混凝土表面密實(shí)性，養(yǎng)護(hù)膜內(nèi)高濕度養(yǎng)護(hù)條件促進(jìn)了混凝土的水化和密實(shí)度發(fā)展。

圖2 28 d齡期墩身混凝土表面氣體滲透系數(shù)測(cè)試

由于混凝土呈堿性，在墩身混凝土表面滴加酚酞試劑，通過(guò)其b顯示的顏色可定性分析混凝土表面碳化程度。28 d齡期時(shí)在墩身底部滴加酚酞試劑，顯色反應(yīng)如圖3所示。可以看出：上部為采用高效保濕養(yǎng)護(hù)膜養(yǎng)護(hù)的混凝土表面，呈紫紅色；下部為未采用高效保濕養(yǎng)護(hù)膜養(yǎng)護(hù)的混凝土表面，呈暗綠色。這說(shuō)明采用高效保濕養(yǎng)護(hù)膜養(yǎng)護(hù)的混凝土呈強(qiáng)堿性，碳化程度較低；而未采用高效保濕養(yǎng)護(hù)膜養(yǎng)護(hù)的混凝土堿性減弱，這是發(fā)生碳化的結(jié)果。

圖3 酚酞在28 d齡期墩身混凝土表面的顯色反應(yīng)

對(duì)比自然養(yǎng)護(hù)、灑水養(yǎng)護(hù)、養(yǎng)護(hù)膜養(yǎng)護(hù)的墩身混凝土表面的碳化深度，結(jié)果見(jiàn)表2。可知：自然養(yǎng)護(hù)和灑水養(yǎng)護(hù)的墩身混凝土表面56 d齡期碳化程度均較高，碳化深度分別為3.5、2.1 mm；與自然養(yǎng)護(hù)和灑水養(yǎng)護(hù)相比，采用高效保濕養(yǎng)護(hù)膜養(yǎng)護(hù)的墩身混凝土表面56 d齡期碳化深度分別降低了62.9%和38.1%。這進(jìn)一步證明采用高效保濕養(yǎng)護(hù)膜養(yǎng)護(hù)可有效抑制墩身混凝土表面碳化的發(fā)展。

表2 不同養(yǎng)護(hù)方式下墩身混凝土表面碳化深度

在28 d齡期墩身混凝土表面采樣，采用掃描電子顯微鏡對(duì)混凝土表面結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察，如圖4所示。可知，灑水養(yǎng)護(hù)的墩身混凝土表面孔隙結(jié)構(gòu)明顯，較為疏松，而采用高效保濕養(yǎng)護(hù)膜養(yǎng)護(hù)的墩身混凝土表面結(jié)構(gòu)比較密實(shí)。

圖4 不同養(yǎng)護(hù)方式下墩身混凝土表面微觀結(jié)構(gòu)

3.3 高效保濕養(yǎng)護(hù)膜對(duì)墩身混凝土表面回彈強(qiáng)度的影響

不同養(yǎng)護(hù)方式下墩身混凝土表面回彈強(qiáng)度見(jiàn)表3。可知：①與自然養(yǎng)護(hù)和灑水養(yǎng)護(hù)相比，采用高效保濕養(yǎng)護(hù)膜養(yǎng)護(hù)的混凝土強(qiáng)度發(fā)展較快。②56 d齡期時(shí)采用養(yǎng)護(hù)膜養(yǎng)護(hù)的混凝土表面回彈強(qiáng)度比自然養(yǎng)護(hù)、灑水養(yǎng)護(hù)分別增加了14.7%、6.3%。這說(shuō)明采用高效保濕養(yǎng)護(hù)膜養(yǎng)護(hù)在改善混凝土養(yǎng)護(hù)濕度的同時(shí)，促進(jìn)了墩身混凝土的水化，有利于混凝土強(qiáng)度的發(fā)展。

表3 不同養(yǎng)護(hù)方式下墩身混凝土表面回彈強(qiáng)度

3.4 社會(huì)效益

對(duì)于高9 m的墩身混凝土結(jié)構(gòu)，保持其表面長(zhǎng)時(shí)間濕潤(rùn)，采用灑水養(yǎng)護(hù)方式用水量約幾十立方米。采用高效保濕養(yǎng)護(hù)膜養(yǎng)護(hù)一次澆水約3 m3，且無(wú)需再次補(bǔ)水。另外，采用灑水養(yǎng)護(hù)方式養(yǎng)護(hù)14 d內(nèi)每天須安排專人灑水，而采用高效保濕養(yǎng)護(hù)膜從開(kāi)始包裹到完成澆水僅需1 h，工人6個(gè)，共6工時(shí)。因此，在鐵路工程中采用高效保濕養(yǎng)護(hù)膜進(jìn)行墩身養(yǎng)護(hù)，在提升養(yǎng)護(hù)效果的同時(shí)，也省時(shí)省工，節(jié)約水資源，具有較好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)論

針對(duì)鐵路工程中墩身混凝土養(yǎng)護(hù)濕度不均，灑水養(yǎng)護(hù)效果得不到保障等問(wèn)題，在北京—雄安城際鐵路工程中進(jìn)行了墩身混凝土高效保濕養(yǎng)護(hù)膜應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。得出以下結(jié)論：

1）28 d齡期墩身混凝土養(yǎng)護(hù)膜內(nèi)濕度為96.1%，膜內(nèi)濕度受外部干燥環(huán)境影響較小。

2）與灑水養(yǎng)護(hù)相比，采用高效保濕養(yǎng)護(hù)膜養(yǎng)護(hù)28 d齡期墩身混凝土氣體滲透系數(shù)下降了78.3%，56 d齡期墩身混凝土表層碳化深度降低了38.1%，回彈強(qiáng)度增加了6.3%。采用掃描電子顯微鏡觀察28 d齡期墩身混凝土表面試樣，其結(jié)構(gòu)比較密實(shí)。說(shuō)明采用高效保濕養(yǎng)護(hù)膜養(yǎng)護(hù)在改善混凝土養(yǎng)護(hù)濕度的同時(shí)，促進(jìn)了墩身混凝土的水化，有利于混凝土密實(shí)度和強(qiáng)度的發(fā)展。

3）采用高效保濕養(yǎng)護(hù)膜易于操作，省工省時(shí)，節(jié)省水資源。

綜上，高效保濕養(yǎng)護(hù)膜不僅可以提升工程的養(yǎng)護(hù)質(zhì)量，還具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，值得推廣。