预制箱梁冬季施工养护技术

摘要：本文根据甘肃陇南地区所处地区的气候特性，结合预制箱梁冬季施工实例，详细阐述预制箱梁蒸汽养生的试验方案、技术措施、保温措施，进行预制混凝土箱梁的养生工艺。该法养护施工的箱梁外观无裂纹，混凝土强度形成快速、稳定，确保了工期的进度，预制效果良好。该技术方案及工艺对北方气温较低的冬季施工及养生方案提供可靠的理论，可大规模推广实施。

【关键词】箱梁；成熟度；蒸气养生

在我国西北地区冬季气温寒冷，为了满足工程进度的要求，需要在冬季进行混凝土工程施工，由于过低的温度经常造成混凝土结构的早期冻害，极大的降低了工程的安全性和耐久性，所以，对混凝土工程采取冬季施工措施势在必行，这也是确保混凝土构件使用功能的关键所在。

1.工程概况

渭武高速陇南段位于宕昌县和武都区境内，概算总投资约185亿元；主线全长133.9公里，其中宕昌县内109.4公里，武都区境内24.5公里。陇南段主线工程量包括：特大桥13座21493米、大桥49座31593米、中桥32座2287米、小桥7座182米、通道47座、涵洞111道、天桥10座；连接线主要包括：大桥13座3343米、中桥3座238米、小桥9座234米。项目箱梁预制量较大，为确保箱梁预制施工进度，为进一步提高混凝土品质，有效减少渭武高速公路通车运营后，各种裂缝及混凝土质量通病的发生，保证后期运营桥梁的稳定性，经试验验证，最终确定箱梁冬季养生方案，并得以实施和推广。

2.冬季施工的基本情况

2.1项目冬季气候特点

受高山深谷地形影响，项目所处地区在气候上有明显的区域特征。

2.2冬季施工的温度界定

《公路桥涵施工技术规范》24.2.1规定：根据当地多年气温资料，室外昼夜日平均气温连续5d稳定低于5℃时，钢筋、预应力、混凝土及砌体等工程应采取冬季施工措施，严寒期严禁施工。

美国混凝土协会ACI C306将寒冷气候定义为连续3天的日平均气温低于5℃，且一天内气温在10℃以下持续时间不少于12h。在气候严寒情况下，开始浇筑混凝土之前，材料和设备需要进行合理的防护，必须随时准备养护。当一天的气温在10℃以上超过12h，可以恢复正常的混凝土浇筑。

3.预应力箱梁冬季养护方案及控制要点

根据项目气候特征、结构物特点及其他规定，初步确定选用蒸汽加热方法进行预应力箱梁冬季养护。

3.1箱梁的基本特点

（1）表面系数大

根据《公路桥涵施工技术规范》24.2.9规定：采用蒸汽加热法养护混凝土时，混凝土的升、降温速度不得超过下表规定。

根据上表规定，分别计算出项目需养护箱梁跨中断面的全表面系数和外表面系数均大于6 m-1，确定蒸汽养护的升降温速率分别为15℃/h和10℃/h。

（2）早期强度要求高

一般7天进行预应力张拉，需达到设计强度的90-100%。

（3）早期弹性模量要求高

普遍认为，混凝土抗压强度增长速率要高于弹性模量，但多长的混凝土龄期弹性模量能达到设计值（34500MPa），需进行试验确定。

3.2预应力箱梁蒸汽养护的试验原理

混凝土从浇筑结束到强度和弹性模量达到设计要求经历了很多道施工工序，混凝土各个阶段的发展情况怎么样？每个阶段保持怎样的养护温度和湿度才能保证在一定的时限内达到设计强度，进行下一道工序，需要在保持预设养护条线的同时进行混凝土成熟度试验去确定。

⑴混凝土成熟度的概念

混凝土成熟度基于混凝土强度发展是养护时间与温度的函数关系的原理，美国混凝土协会ACI 306R-88和美国材料试验学会ASTM C1074对成熟度的概念进行了解释。当混凝土的养护没有按照所要求的温度时间维持，和养护温度有波动时，成熟度对于核查混凝土的养护及根据养护温度和时间来估计强度，评估混凝土强度的发展情况非常有用。成熟度可用以下公式表达：

M=Σ（C+10） △t

M-成熟度因子；

Σ-求和；

C-混凝土温度，℃；

△t-在某温度下持续养护的时间，h。

这个公式是假定在-10℃的低温下混凝土强度能发展（也就是说水泥仍能继续水化）的基础上建立起来的。

（2）成熟度试验计划

試验仪器采用北京耐尔得仪器设备有限公司NEL-WTR型混凝土温度无线监测仪，分别记录在蒸养、标养、露天养护三种环境下混凝土的成熟度。在所试验箱梁锚下螺旋筋、腹板、顶板、底板预先埋设温度传感器，用以记录梁体温度，为蒸养环境成熟度试验提供温度数据。箱梁浇筑过程，根据试件成型计划，分别制取抗压强度试件和弹性模量试验试件，并在有代表性试件中埋设温度传感器用以记录标准养护及露天养护情况下的混凝土成熟度。三种环境的成熟度在到达200℃/h、600℃/h、1200℃/h、2400、3600℃/h、5000℃/h、7000℃/h分别进行抗压强度和弹性模量试验。弹性模量需要在混凝土抗压强度达到45-50MPa时，再进行测试，前期不予测量。

3.3各环节温度限值

混凝土蒸汽养生工艺一般包括静停、升温、恒温和降温四个阶段。静停阶段是指混凝土浇筑完毕至升温前在室温下放置的阶段，一般需2～6 h，它能增强混凝土在升温阶段对结构破坏的抵抗能力；升温阶段是指混凝土由室温上升到恒定温度的阶段，为避免混凝土表面因温度急速上升，体积膨胀太快而产生裂缝。恒温阶段是混凝土强度增长最快的阶段；降温阶段，混凝土已经硬化，如降温过快，混凝土会产生表面裂缝。

根据冬季施工要求，配备1.5t/h热水锅炉2台、保温大棚3个，小棚30个，蒸汽锅炉3套（2t/ h），电加热蒸汽养生设备3套，确保各个阶段的养生温度有所保障。

各环节温度限制值：混凝土浇筑完成并进入预蒸养阶段，蒸养棚内温度控制在10-20℃范围内；预蒸养阶段结束并松动内模螺栓，蒸养棚内温度控制在15-25℃范围内；拆内模结束并进入带外模蒸养阶段、带外模蒸养结束并松动外模螺栓及拆外模结束并进入蒸养升温阶段，蒸养棚内温度控制在15-20℃范围内；蒸养升温结束并进入恒温蒸养阶段和恒蒸养阶段，蒸养棚内温度控制在20-35℃范围内；封堵梁端外侧与油布间隙保持梁温、穿钢绞线并进入预应力张拉及预应力张拉结束并准备孔道压浆，蒸养棚内温度控制在15-20℃范围内；孔道压浆结束并进入逐渐升温阶段，蒸养棚内温度控制在30-20℃范围内；恒温蒸养结束并逐渐关停蒸汽到关停蒸汽并准备移梁，蒸养棚内温度控制在30-20℃范围内；关停蒸汽并准备移梁，蒸养棚内温度控制在20℃-环境温度范围内。

3.4梁体温度变化

根据混凝土温度无线监测仪在所试验箱梁锚下螺旋筋、腹板、顶板、底板预先埋设温度传感器，记录梁体各部位温度变化如下：

温度监测结果表明，在蒸养至3d-4d龄期时，梁体各处温度趋于一致，可适时减少蒸养。

3.5强度、弹性模量发展规律

经试验发现，箱梁经蒸汽养护到达4000℃·h以上时（从浇筑结束开始，对应养护天数为5天），抗压强度和弹性模量均达到设计要求，可以进行下一道工序进行预应力张拉。孔道压浆在蒸养条件下养护达到48h强度稳定达到40MPa以上（设计图纸要求：浆体强度达到40MPa以上时，箱梁方可吊装），可以停止蒸汽養护至环境温度，进行提梁吊装作业。

3.6各环节的时间限值

根据工序安排及施工工艺，综合考虑确定各环节时间限值。（表6所示）

3.7全过程工序管理

根据相应每片箱梁的浇筑结束时间，套用各环节温度限值和各环节的时间限值，做到按时间点，到什么时间干什么工作，确保箱梁蒸汽养护程序化管理高标准高效率执行。下面以2016年11月18浇筑拉界沟大桥左幅4-3箱梁为例，确定全工程工序管理。（表7所示）

3.8混凝土蓄热及保温措施

混凝土在浇筑前，禁止接触负温模板，混凝土在浇筑完成后，经历带外模蓄热养护、暂停蒸养脱外模、脱外模后正式养生及停止蒸养等几个升温降温阶段，在此工程中要控制好锅炉总阀门及每个台座的小阀门，避免升温过快、温度过高、降温太快以及蒸养时间不足等情况的发生，确保蒸养质量及梁体质量。

为保证箱梁梁体温度及蒸汽量的均匀性，蒸汽管道采用长管道（管道通至箱梁远端端头）打眼措施，蒸汽管道入口位置排气眼间距可适当放大，管道远端排气眼间距可适当缩小间距。

为保证箱梁蒸汽养生温度及湿度及时可控，3个梁场各安排温控员一名，并采用精创RCW-400A型温湿度记录仪，关联各温控员手机卡实时报警监控各台座的温湿度情况，确保温度在25-35℃、湿度在90%的控制范围内。

4.结束语

预应力箱梁冬季养生以蓄热保温为主，重点控制混凝土入模温度、各工序引起的升温降温速率、蒸养环境的稳定、蒸养持续时间等。项目试验室经历近20天的冬季蒸汽养生试验，得到物资部、拌合站、箱梁预制场等部门的大力配合，并将试验结果用于现场生产。为渭武高速乃至甘肃地区预应力箱梁冬季施工提供了有力的理论依据和实践经验。

【参考文献】

[1]中华人民共和国交通部. JTG F50-2011公路桥涵施工技术规范[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（钱觉时，唐祖全，卢忠远，王智 译）.《混凝土设计与控制》[M].重庆大学出版社，2005.

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