高速公路工程中的冬季预制箱梁蒸汽养护质量控制

李瑞卿

（中国化学工程重型机械化有限公司，北京102600）

0 引言

在我国西部，公路建设工程逐年增加，由于地理位置和气候的原因导致工程环境处于温度低、温差大、湿度低的状态。早期的混凝土箱梁预制构件施工为提高模板、机具使用率，缩短生产周期，满足早期设计要求、避免裂缝出现等，多数工程项目常采用蒸汽养护进行混凝土短期加热养护。基于此，本文以我国西部某高速公路工程为研究对象，对冬季预制箱梁蒸汽养护的质量控制进行分析。

1 原材料配比和测试方法

1.1 高速工程混凝土配合比

根据《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ 55—2011），结合现场试验数据，采用表1 所示的普通C50混凝土配合比，C50 普通混凝土7d 抗压强度达到适配强度91.8%。

表1 C50 混凝土配合比

1.2 原材料检验

根据《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》（JTG 3420—2020）、《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》（JGJ 52—2006）等进行混凝土原材料检测（见表2）。

表2 水泥检测结果

1.3 试验结果测试方法

1.3.1 抗压强度试验

根据《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T 50081—2019）进行早龄期、试块外耐压性能、后期混凝土箱梁的测试。早期指蒸养后在外界环境下暴露7d、14d、28d、56d；后 期 指 蒸 养 之 后，经 过95d、305d、605d 的外界条件下暴露。箱梁养护至龄期后，用压力试验机和回弹仪测试块对箱梁腹板的抗压强度进行试验研究[1]。用回弹仪测试混凝土抗压强度，用ZC3-A 型混凝土回弹仪测试箱梁腹板的回弹。室内抗压强度选用YAW4306 微机控制电液伺服压力试验机进行试验，测试时加荷应力控制在0.52～0.75MPa/s，位移约为0.21mm/min。

1.3.2 微观孔结构试验

通过钻芯进行试验箱梁取样，切割为φ100mm 的圆柱体，将圆柱体试件和试块用切割机切割成薄片，厚度为10～20mm。采用RapidAir 型硬化混凝土气孔结构分析仪，通过直线导线法测定硬化混凝土气孔参数，通过显微镜对导线切割弦长和气泡个数，计算气泡间距系数等参数[2]。

2 蒸养参数对室内混凝土试块抗压强度的影响

2.1 预养期对混凝土抗压强度的影响

在构件蒸汽养护时，对混凝土影响较重的是升温阶段。升温阶段混凝土中存在内应力，将产生大量的孔隙对混凝土造成损伤。在常温下，混凝土构件经过一定时间的放置叫作预养期。表3 为预养期对混凝土抗压强度的影响。

表3 预养期对混凝土抗压强度的影响

由表3 可知，混凝土强度随着静养时间的增加而增大，混凝土初期结构强度在预养期0～7h 时具有较快增长，在预养期为9h 时，初期结构强度递增速率有所降低。在蒸汽养护前，混凝土预养期可较长，从而将预养期强度提高，改变浆体内部细化孔结构、微裂缝。对混凝土初期结构强度而言，预养时间为4～7h较为适宜。

2.2 升温期对混凝土抗压强度的影响

取预养时间为6h，升温速度取15℃/h、25℃/h 和35℃/h，恒温期恒温时间为19h，恒温温度为55℃，降温时间为4.5h 进行测试，见表4。

表4 不同升温速率对应混凝土抗压强度值

由表4 可知，混凝土抗压强度随蒸汽养护制度的进行随之增加；随着蒸汽养护进行，混凝土抗压强度增长速度有所降低。升温速度越大，混凝土抗压强度的提高幅度越大。整个蒸汽养护过程中的混凝土强度在升温速度为15℃/h 时增长较慢；在升温速度为35℃/h 时混凝土强度比其他升温速度养护条件高，蒸汽养护制度结束时强度趋于稳定；在升温过程中，水泥水化的速度也在加快，在升温期得到一定硬化强度，但升温中有一定的温度应力、热胀变形产生。因此，升温期要注重预养期时间及升温速度[3]。

2.3 恒温期对混凝土抗压强度的影响

水泥水化发生在升温期，混凝土强度是在恒温期测得的，恒温时间和温度为恒温期重要参数。采取恒温温度35℃、55℃、75℃，预养期为6h，降温时间为4.5h 进行试验。

由图1 可知，预养期内混凝土抗压强度呈线性分布；升温期是一条直线；恒温期先是从线性上升，随后上升的速度变得很快，但比预养期要低、比升温期高；降温期趋于平稳。在整个蒸汽养护流程中，应注重预养期、恒温期、升温期、降温期四个阶段。在蒸汽养护流程中，混凝土抗压强度各环节不容忽视。在恒温条件相同时，混凝土所用恒温时间在升温速度越高时越少[4]。

图1 恒温期对混凝土抗压强度值

2.4 降温期对混凝土抗压强度的影响

混凝土构件在蒸养恒温期结束后的降温过程中可能存在内外温差。为预防温度应力，在升温阶段混凝土内水化热放热，减小温差，采用升温器可以加快混凝土养护棚内的温度，升温速度控制在25℃/h，预防升温阶段出现热胀变形。在结束恒温期后，与升温期相比，混凝土内部温度会有明显升高，应严格控制混凝土降温速度，不能有过大温差出现。蒸汽养护后的外部温度会突然降低，蒸汽和空气混合物呈过热状态，导致混凝土构件内部和表面的水分向外蒸发，因此在混凝土构件脱模后，用布满水的毡布全面覆盖。

2.5 蒸汽养护温度对混凝土抗裂性能的影响

试验选择抗裂圆环，试件尺寸为高度100mm、外径425mm、壁厚62.5mm、内径305mm，统计开裂时间、裂缝宽度、裂缝数目、裂缝长度，并对其抗裂性能优劣性进行分析，见图2。

图2 不同蒸汽养护下抗裂性能

由图2 可知，蒸汽养护时间为3d、7d、9d，终止蒸汽养护后抗裂圆环由表面向侧面产生贯通的裂缝，裂缝开裂形态为崩裂且裂缝宽度都大于2.05mm；在自然环境中，抗裂圆环裂缝未出现。在养护温度比较高时，混凝土抵抗开裂的能力下降，而高温养护容易导致混凝土结构出现裂缝现象。

3 预制混凝土箱梁蒸汽养护强度损失分析

高温条件下蒸汽养护存在强度损失的现象，规定两个指标：一是蒸汽养护完成后的混凝土相应龄期抗压强度要大于标准值90%，则养护强度合格；二是混凝土抗压强度在28d 龄期时大于抗压强度标准值，则养护后强度合格。

表5 为28d 龄期时各蒸汽养护条件混凝土强度。由表5 可知，恒温温度为60～65℃，28d 龄期的蒸汽养护下，混凝土强度下降明显，且比早期强度最高值有更大损失，箱梁的强度回弹值均小于抗压强度标准值。混凝土在35～40℃、50～55℃蒸汽养护下，强度随龄期增加随之升高，在28d 龄期时损失非常小。在高温养护下，混凝土在结束养护后具有较高强度，随龄期增长，强度下降。原因是高温养护对混凝土本身有一定损伤，养护后混凝土处于干寒、大温差环境，造成混凝土强度不断损失。试验箱梁由于试块体积较小且受到高温蒸汽的破坏较轻，其强度损失要大于试块。60～65℃养护条件下的试验箱梁28d 龄期时回弹强度损失率超过10%，回弹强度值低于抗压强度标准值，未达到抗压强度标准值要求。在35～40℃养护条件下试验箱梁回弹强度略有损失发生，混凝土强度的发展未受到影响。在50～55℃养护下，未损失混凝土强度。

表5 蒸汽养护混凝土强度损失率分布

4 结论

本文以我国西部某高速公路工程为研究对象，对其在冬季预制箱梁蒸汽养护的质量控制进行了研究，得出结论如下：

第一，预养期时间控制在4～7h，升温期升温速度控制在25℃/h，恒温期的控制时间在6h，温度55℃、降温期降温速度低于升温速度。

第二，恒温温度60～65℃，蒸汽养护时间为3d、7d、9d 时抗裂圆环结束蒸汽养护后表面产生贯通裂缝；恒温温度为50～55℃养护时抗裂圆环无开裂现象。高温养护条件下（60～65℃）容易造成混凝土小孔比例少、孔结构粗糙、气孔间距系数大、孔径分布不均匀等问题。

第三，建议施工采用恒温时间6h、恒温温度50～55℃、预养温度25～30℃、升降温速率低于15℃/h 的蒸汽养护制度。