西北干旱地區橋墩混凝土保溫保濕養護

張家鵬

（中鐵二十二局集團第二工程有限公司， 北京 100000）

1 研究背景

混凝土養護對保證結構工程的耐久性至關重要，養護工作不到位會引起混凝土表面龜裂，后期導致工程結構過早劣化，影響鐵路工程的耐久性。基于養護對混凝土質量的重要性，我國在《鐵路混凝土結構耐久性設計規范》（TB10005-2010）、《鐵路混凝土工程施工技術規程》（Q/CR9207-2017）等多個標準中對新澆筑混凝土的養護進行限制，實現及時養護，以提高混凝土質量[1-3]。西北干旱地區氣候的相互、交替影響，構成了氣候多變、雨量較少以及年、日溫差較大等特點。低谷地帶，夏季最高氣溫可達35～40℃，高山臺地冬季最低氣溫可降至-15～-20℃，有的晝夜溫差達30～35℃，在如此嚴酷環境下對混凝土的養護顯得尤為重要[4]。

對于鐵路混凝土結構，傳統養護方法主要有人工灑水養護和噴灑養護劑養護，但這兩種方法在實際應用中均存在較大不足，難以實現對鐵路混凝土結構的有效養護。人工灑水養護存在的不足主要體現在灑水養護的頻次和水量難以保證，導致混凝土的養護濕度難以滿足規范要求。在西北嚴重缺水的地區這一問題體現得愈發突出[5]。此外，在早期剛澆筑的混凝土表面直接噴灑冷水易加劇現澆混凝土結構表面與內部的溫差，增大開裂風險。噴灑養護劑養護雖然規避了人工灑水養護時補水不及時、加劇溫差、適用范圍有限的問題，但養護劑在實際施工中往往難以保證噴灑的均勻性，易發生漏刷、漏噴等現象。經測試，使用養護劑養護的混凝土實際失水率大多在20%以上，保濕養護效果仍有待提升，同時，其對混凝土尚無保溫養護效果。

針對目前鐵路工程中混凝土養護存在的問題，中蘭鐵路漫灣特大橋橋墩在混凝土養護中使用中國鐵道科學研究院開發的保溫保濕養護膜，這種養護膜是一種使用便捷、可牢固緊密粘貼于不同形狀混凝土表面，在平原地區使用時無需后續補水，對混凝土有較好的養護效果，并且完成養護后方便揭開取下收走，不會留下殘留污染。這種保溫保濕養護膜在西北干旱地區對混凝土養護效果尚無相關研究應用。

2 工程應用

2.1 工程概況

中蘭鐵路漫灣特大橋共有78個墩臺，最高橋墩高達54m，傳統養護方式難以實現對混凝土有效養護。混凝土的配合比如表1所示。保溫保濕養護膜主要由三層結構組成，靠近混凝土一側為一層無紡布，主要起到與混凝土面貼合作用，保證養護材料與混凝土有較好的附著力，中間層為保水層，可保證養護過程中有足夠的水分，最外側為保濕層，保證在養護過程中水分子不散失。

表1 橋墩混凝土配合比 kg/m3

2.2 施工工藝

保溫保濕養護膜的施工工藝流程為：材料準備→施工準備→養護膜纏繞→養護→養護膜拆除→墩身表面清理。

混凝土拆模后，復合養護膜纏繞前，用配套試劑均勻噴灑濕潤墩身表面，然后將保溫保濕復合養護膜按照整卷寬幅，按墩身從上至下的順序一層疊一層進行螺旋纏繞包裹完成。每層養護膜纏繞時需貼緊密，排出膜內空氣，下層需與已纏繞完成的上層養護膜搭接長度10～15cm，再輔以寬幅在5～10cm透明膠帶進行上下兩層養護膜的粘貼。纏繞養護膜工人與粘貼透明膠帶工人及時跟進，避免養護膜下滑致使搭接長度不足或無搭接。在纏繞過程中發現養護膜與墩身表面存在粘貼不緊密的情況時，采用乳粘膠局部進行粘貼加強。

3 結果與討論

3.1 養護效果

墩身混凝土的濕度數據通過無線傳感器采集，結果如圖1所示。由于包裹上保溫保濕養護膜時內部水分很多，濕度為100%，隨著時間的延長，膜內的水分由于重力作用向下流失，但膜內吸水材料已經充分保水，緩慢向膜內空間釋放水分子，維持濕度在95%以上，保證表面混凝土充分水化。混凝土養護14d時膜內仍然呈濕漉漉狀態，表明外側的保濕膜有很好的阻隔水分子散失的作用。

圖1 養護不同時間混凝土表面濕度

用氣體滲透系數儀和表面電阻率儀對混凝土表面進行無損檢測。采用傳統養護方式的橋墩混凝土，其表面氣體滲透系數為1.04×10-16m2，采用保溫保濕膜養護的橋墩混凝土表面氣體滲透系數為0.21×10-16m2，降低了79.8%。采用傳統養護方式的橋墩混凝土，表面電阻為32.5kΩ，采用保溫保濕技術養護的混凝土表面電阻為48.7kΩ。上述結果表明，保溫保濕養護技術可以顯著提高混凝土表面的密實性，降低空氣分子在混凝土中的擴散速率。

測試不同養護方式下所得橋墩混凝土的表面回彈強度，可以看出在保溫保濕養護方式下，混凝土強度發展速率較快，平均回彈強度為33MPa，采用傳統養護方式所得的混凝土的平均回彈強度為29.3MPa。這是因為保溫保濕養護膜養護的混凝土表面濕度一直＞95%，混凝土水化程度高，并且保溫保濕養護膜有保溫作用，在較高的環境溫度下混凝土的強度發展快。而傳統養護方法所得的橋墩混凝土表面濕度得不到保障，表面溫度與環境溫度相當，在西北大風干旱地區晝夜溫差大，混凝土強度發展緩慢。

3.2 微觀結構分析

為了進一步研究不同養護方式對橋墩混凝土微觀結構的影響，分別用壓汞分析儀、電子掃描顯微鏡、X射線衍射等分析了材料的微觀結構，以期深入研究保溫保濕養護技術對混凝土表面結構的影響。在傳統養護條件下，混凝土的最可幾孔徑為110.8nm，孔隙率為25.4%，采用保溫保濕養護膜養護的混凝土，最可幾孔徑為60nm左右，孔隙率為21.9%，說明保溫保濕養護可以細化孔徑，分析原因是在保溫保濕養護條件下，混凝土的水化速率快，水化程度高，使表面更密實。

用掃描電子顯微鏡觀察表面混凝土的形貌，如圖2所示，可以發現采用保溫保濕養護的混凝土密實，幾乎看不到孔洞，傳統養護方式所得混凝土內部有小的裂紋或孔洞，表現出有孔洞的不非常密實的結構，上述結構與壓汞分析結果一致。

圖2 不同方式養護14d表面混凝土微觀形貌

為了研究不同養護方式對混凝土水化產物的影響，用X射線衍射表征水化產物，如圖3所示，可以看出不同養護方式下混凝土的水化產物的X射線衍射譜圖相同，意味著保溫保濕養護只改變了混凝土的水化進程和形貌，并未改變混凝土水化產物的組成。

圖3 不同方式養護14d表面混凝土X射線衍射譜圖

4 結束語

為提高西北大風干旱地區鐵路混凝土結構的耐久性，本文采用了新型保溫保濕養護技術對橋墩混凝土進行了養護，并與傳統養護方式下橋墩混凝土性能做了對比。采用保溫保濕養護的橋墩混凝土表面濕度始終大于95%，混凝土強度發展快，表面回彈強度為33MPa，并且強度值離散性低，傳統養護方式的橋墩混凝土表面回彈強度為29.3MPa。保溫保濕養護技術可以顯著提高混凝土表面的密實性，表面氣體滲透系數由1.04×10-16m2降低到0.21×10-16m2。采用壓汞分析、掃描電鏡、X射線衍射等手段分析了不同養護方式下所得混凝土的微觀結構，表明保溫保濕養護方式可以促進混凝土水化，降低混凝土的孔隙率，但不會改變混凝土水化產物，使混凝土獲得了更佳的性能。