摘要:地鐵混凝土管片,一般要求對管片進行浸泡養護和長期淋水養護,這種養護制度增加了建廠投資和水的消耗。筆者在管片預制的生產實踐中進行了大量的對比試驗,提出了取消浸泡養護、縮短管片保濕時間或不保濕的養護方法。
關鍵詞:地鐵 盾構管片 養護制度 開裂 試驗
中圖分類號:TU528.79 文獻標識碼:B
隨著盾構技術的推廣,各城市在非巖石地段大都采用了盾構掘進的成洞方式,混凝土管片的預制也隨著地鐵建設的熱潮進入了高峰期。地鐵盾構混凝土預制管片一般使用C50 高強度混凝土,管片是在鋼模里預制的,為了提高模板周轉率,一般在混凝土澆搗結束后進行蒸汽養護,混凝土強度達到20 MPa 之后從模具中吊出,放置在車間降溫4 h 后吊入水池浸泡養護,此時混凝土強度已經達到了25 MPa 。
一般甲方對管片的養護工藝作出了明確的要求:管片出模后,必須在水中浸泡養護7 d ,再淋水養護14d ,然后進入存放區永久保濕。國內有關文獻也顯示其它管片預制廠的養護要求也大同小異[1～3 ] 。看來,浸泡養護、淋水養護和長期保濕這種養護模式已經成為了一種行業習慣,究其原因,據說是擔心混凝土強度不夠和管片出現裂縫。但在蒸汽養護并降溫之后進行長期的水養護會增加管片預制成本,增大用水量,若不進行浸泡養護和長期保濕是否可行,本文結合實際情況做了大量對比試驗并進行詳細討論和分析。
1 施工情況
1.1 原材料
P.O42.5 水泥;中粗砂,細度模數2.5～3.1 ;5～25mm連續粒級碎石; Ⅱ級粉煤灰,燒失量7 % ,需水比103 %;SP401 高效減水劑,減水率20 %。
1.2 混凝土配合比(見表1)
1.3 蒸汽養護制度
蒸汽養護分靜停、升溫、恒溫、蒸養罩內降溫、出模后車間內降溫五個階段。管片澆筑完成后蓋上蒸養罩,靜停一段時間(10 ℃以下時靜停2 h ,10 ℃～20 ℃時靜停1.5 h ,20 ℃以上時靜停1 h) ;靜停結束后向蒸養罩內通入水蒸汽升溫,升溫速度為20 ℃Ph ;升溫至55 ℃后進入恒溫階段,恒溫時間一般在0.5～1 h 之間;恒溫結束后打開蒸養罩的通風口降溫,降溫速度為30 ℃Ph ;罩內溫度降至與車間溫差≤20 ℃時,揭開蒸養罩將管片脫模吊出,放在車間內自然降溫,當管片內部溫度與養護池水溫溫差≤20 ℃時將管片吊入養護池浸泡養護。
2 試驗研究
2.1 養護制度對強度的影響(見圖1)
取抗壓試件80 組,蒸汽養護到抗壓強度25 MPa后轉入室內養護,一部分浸泡在飽和的Ca (OH) 2 水溶液中,一部分淋水保濕。室溫、水溶液和噴淋水均為(20 ±2) ℃。每種養護方式、每一齡期10 組試件,對10組試件的抗壓強度取算術平均值后進行比較。
圖1 表明,混凝土蒸養至25 MPa 后,淋水養護和浸泡養護方式對混凝土強度影響不大。這主要是因為浸泡養護和淋水養護的主要區別在于前者存在一定的水壓力,更利于外界水向混凝土內滲透,而后者主要依賴于毛細管作用對混凝土保濕和補水。從結果可看出外界主動的水壓力對混凝土養護意義不大,沒有必要進行浸泡養護。
2.2 保濕時間對混凝土強度的影響
取抗壓試件75 組,分成5 批,每批15 組。蒸汽養護到抗壓強度25 MPa 后,先放到標養室養護,再放到溫度為(20 ±2) ℃,相對濕度為(45 ±5) %的養護室里養護28 d。比較這五批試件的28 d 平均強度,看有效水養護期為幾天。具體安排見表2。
圖2 顯示,混凝土蒸養至25 MPa 后,如果不保濕,混凝土28 d 強度略低(與其它各組試塊的平均強度相比,低3 MPa) ,保濕時間超過3 d 后混凝土強度相差不大。可見,長期的水養護對管片混凝土的強度發展并無意義,這是因為蒸汽養護到25 MPa 的管片混凝土已形成較為致密的結構,水很難滲透進去。采用蒸養促凝后的管片,水養護3 d 即可,如果混凝土強度富余量足夠,也可取消水養護。
2.3 養護制度對管片抗裂性能的影響
取15 塊管片,分成3 批,每批5 塊。蒸養后分別不保濕、保濕3 d、保濕7 d ,然后放置在相對濕度為(45±5) %的車間進行自然養護。保濕養護和自然養護累計60 d 后發現所有管片均未出現裂縫,這個試驗說明水養護時間不是管片產生裂縫的主要因素。
在上面的試驗中管片沒有裂縫,但為確定水養護對管片開裂的趨勢的影響,又做了這樣的試驗:取25塊管片,在蒸養階段進行迅速升溫和迅速降溫的極端處理,增加管片的開裂傾向,然后將管片分成5 批,每批5 塊,分別進行不保濕、保濕3 d、保濕7 d、保濕15d、保濕28 d 的養護,然后放置在相對濕度為(45 ±5) %的車間,進行自然養護,累計60 d 后檢查管片的裂縫情況,發現所有管片的外弧面均出現了樹枝狀的干縮裂縫,裂縫寬度為0.04 mm 左右,裂縫密度統計結果見表3。
圖3 顯示,隨水養護時間的延長,管片干縮開裂越來越嚴重?？梢娬羝B護至一定強度后,長期的水養護容易導致管片干縮開裂。這個結果可能出乎許多人的預料,一般習慣性地認為,混凝土澆筑結束后如果不加強養護,很容易開裂,而在管片生產中卻出現了相反的結果,具體分析可能有以下原因:
1) 水養護對避免混凝土早期開裂非常關鍵,對預防混凝土后期開裂并沒有明顯的效果。管片已經蒸養至25 MPa ,具有了較高的強度,早期養護已經完成,不會發生一般混凝土早期保濕不充分而發生塑性開裂的情況。
2) 充分的水養護使表層混凝土水泥充分水化,水化產物增多,水化產物的結合水量增大,而對穩定水泥石體積起到關鍵作用的未水化水泥核變小、變少,這使得混凝土更易失水收縮,形成裂縫。
3) 充分的水養護會提高管片表層混凝土強度和彈性模量,增加混凝土的脆性,降低混凝土的抗裂能力;而不充分水養護的管片表層混凝土強度和彈性模量都較低,脆性較小,管片如同覆蓋了一層柔韌的外殼,具有較強的抗裂能力。
3 結論
1) 在蒸汽養護并降溫之后,進行長期的浸泡養護和淋水養護對管片混凝土強度發展效果相同;
2) 管片經蒸汽養護后,可少保濕(3 d) 或不保濕;
3) 管片經蒸汽養護至一定的強度后,長期的水養護容易增加干縮裂紋。
參考文獻
[1 ]孫宗軍,李永利,吳京榮. 地鐵襯砌混凝土管片防溫裂試驗研究及有限元分析[J ] . 特種結構,2003 , (11) :45-47.
[2 ]劉寧,汪恭勝. 北京地鐵5 號線混凝土盾構管片預制技術[J ] . 混凝土,2003 , (6) :42-45.
[3 ]秦漢禮. 盾構隧道鋼筋混凝土管片制作技術[J ] . 混凝土,2006 ,26(增刊) :28-31.
[4 ]吳中偉,廉慧珍. 高性能混凝土[M] . 北京:中國鐵道出版社,1999.
