蒸汽养护技术在大体积现浇混凝土中的应用
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摘 要：为提高东海大桥现浇梁的施工速度，通过蒸汽养护技术可以迅速提高砼的强度，大大减少养护时间。在升降温阶段温差控制至
关重要，通过改善蒸汽养护的条件，加强蒸汽养护的监控等确保温度梯度在10～15度范围内可以有效避免裂缝的发生。
关键词：东海大桥 蒸汽养护技术 现浇混凝土施工
在预制构件的施工中已广泛采用了蒸汽养护技术，通过蒸汽养护技术可以迅速提高砼的强度，大大减少养护时间。我们在东海大桥的施工中大胆将蒸汽养护技术应用在了现浇箱梁的施工中，并取得了良好的效果。
工程概述
东海大桥是洋山深水港一期工程的重要配套工程。单幅箱梁宽为15.25m；跨径组合为50m×5孔一联和50m×7孔三联；梁高为3m，箱梁单边挑翼板宽为4m，采用移动支架逐孔，现浇砼一次浇筑完成的施工工艺。当砼强度、弹性模量达到设计要求80%后，先进行预应力张拉，然后再落架（卸载），移动支架到下一孔进行循环施工。一孔箱梁砼体积为530m3。
现浇箱梁采用高性能砼，该砼在胶凝材料中添加掺合料，并选用低活性骨料，具有阻抗氯离子渗透的能力（渗透系数为1.5×10-12m2/s）。采用高性能砼早期收缩量比普通砼要大得多，且流淌性不佳，泵送困难。
移动模架施工每次施工长度50m，按着常规的施工工期每跨要15天，冬季由于养护时间长每跨要20多天。为了加快施工进度，我们采用了蒸汽养护技术进行养护。
工程中蒸汽养护的难度体现在如下几个方面：①环境恶劣。箱梁位于海面上，箱梁养护期内直接受风、雨、气温、日晒的影响。②材料保温性能相差悬殊。我们在造桥机外模外侧喷涂了约3cm厚的塑料层，其保温性能相当好，而箱梁顶板采用隔热油布搭设的保温蓬则相差较远。③结构复杂且体量太大。箱梁混凝土结构的厚度不一，最薄处40cm，最厚处达1.5m；且箱梁顶板面积600至900m2不等，梁高3m。④温场的均匀控制难度极高。箱孔因密封，孔内温度上升极快，而又极难降温；箱梁顶板上的养护蓬内，却是升温时升不上去，降温极快。⑤高性能混凝土的收缩量大。
蒸汽养护的准备工作
1、蒸汽养护温度的确定
试验结果表明在采用蒸汽养护在三天内强度可以达到80%，弹性模量可以达到3.0以上，将蒸汽温度设在40℃左右完全能够满足施工要求。
2、保温措施
每次施工的梁段长度根据不同的情况为40m，50m和60m，断面为顶面宽15.25m，底面宽7.25m，高3m的梯形。底模、外模采用钢模板，并与造桥机的主梁和横梁固定连接，不宜进行包裹保温。海上气温变化快，风大做好保温工作至关重要，为此我们采用了如下保温措施：
箱梁表面用30cm高木搁栅满堂搁空铺设，上铺隔热油布，箱梁端头同样用隔热油布封没，油布周边与造桥机底模连接封没，以防漏汽，以达到箱梁顶面和端头保温的效果。另外，整台造桥机外模上均现喷3cm厚的聚氨脂泡沫塑料保温层，以达到梁底保温的目的。
3、蒸汽养护系统
蒸汽养生锅炉能量预估计算：
箱梁孔内容积：60×2.5×6.45=967.5m3
箱孔顶棚面积：60×15.25=915m2
顶棚容积：915×0.3=274.5m3
蒸汽最高温度（恒温）：40℃
大气温度最低：-5℃
单位空间热能系数200Kcal/m3hr
帆布热传系数0.25 Kcal/m2hr℃
热能损失=0.25×（915+2×2.5×6.45）×（40-（-5））=10657Kcal/hr
基本热能需求=200×（274.5+967.5）=248400 Kcal/hr
蒸汽需求量为：248400+10657=259057 Kcal/hr
锅炉能量计算=259057×（1+0.25+0.25）/539=721.0kg/hr
考虑到以上计算未考虑蒸汽泄漏因素，故实际锅炉能量须考虑3～4倍以上。
根据能量的估算及现场的状况，针对锅炉燃料的选择、比较，从易取、便捷、环保方面考虑，最终采用额定蒸发量为4.0t/h的燃煤锅炉一台。
由锅炉接出一根Φ133mm的蒸汽压力总管，总管在进入箱梁养护覆盖区域前设1个总阀门及4个接头分别与4根支管连接。每根支管起始处各设1个控制阀门。支管直径为Φ75mm。分别在箱孔内设置2根，箱梁表面设置2根。每根支管上每隔一定间距并排开设2个Φ6mm喷汽孔（喷汽孔具体打设间距控制如下：①起始：10档。@2.4m。②中间：10档@1.8m。③过渡：10档@1.2m。④10档@0.6m）。蒸汽管材料为一般的镀锌钢管，每根支管端头处均用钢板电焊封没。
蒸汽养护的过程
蒸气养护分四个阶段，使混凝土在较高湿度和温度下养护。
静停阶段：混凝土浇筑完毕，静停4小时，在梁体外覆盖油布，初凝后施放蒸汽。
升温阶段：控制上升温速度不得大于10度/小时，混凝土由初始温度上升到45度（具体用注入蒸气来达到，用放置的a来控制恒温时间（具体根据放置的Cu50铜电阻温Cu50铜电阻温度应变片接温度读数仪表来控制；假如箱孔内由于砼本身的水化热产生的温度较高的话，蒸气造样注入，再结合配置的4台空压机注入空气，不断排出热汽，以达到既能保持温度，又能保持湿度的效果）。
恒温阶段：温度控制在40度～50度内，以同条件养护，混凝土试块达到40MPa和弹性模量达到3.0MP度应变片读数，每降低5度后注入一次蒸气，以使养护温度在50度～60度内波动，基本保持恒温状态）。
降温阶段：由45度降到外界温度，控制降温速度为5度/小时（具体根据放置的Cu50铜电阻温度应变片读数，结合4台空压机注入空气，不断排出热汽来达到降温的目的）。
降温顺序：箱室内停气？邛横梁透气？邛悬臂段透气？邛悬臂段停气？邛顶板停气？邛打开横梁模板？邛打开悬臂段封堵？邛拆除顶蓬油布？邛结束。
注意：蒸气管呈搁空纵向铺设，在施放蒸汽时不直接对着梁体和模板，避免产生局部高温；在冬季蒸气注入管外包裹专用保温套，以确保蒸气正常供应（即用管状硬质泡沫塑料外裹银色返热布制成）
蒸气养护监控措施
在蒸气养护阶段，为使结构砼不产生裂缝，准备在箱梁的不同结构厚度砼内埋设Cu50铜电阻温度应变片（共35个点位），接温度读数仪表来测定不同阶段结构砼内的温度变化（接近外模，距砼外表面2cm处也埋设Cu50铜电阻温度应变片，以测定外模在喷涂聚氨脂泡沫塑料保温层后的保温效果）。另外在箱孔内放置4个Cu50铜电阻温度应变片，箱梁表面覆盖层内同样放置4个Cu50铜电阻温度应变片，以测定养护的温度。根据不同阶段测出的砼内平均温度来随时调整蒸气养护温度，温差控制在≤15度内，以有效控制结构砼温差裂缝的产生。另外，通过箱孔内外各放置的4个测温点读数可以控制各蒸气注入支管在注入蒸气时的阀门控制，以使箱孔内外的养护温度基本保持一致。
施工结果
1、 在施工过程中部分箱梁发生裂缝
砼的裂缝集中出现在箱室的顶部，也是横向分布，长度不进入腹板，最长为6m，短的也有2～3m。裂缝深度从顶部渗水到箱室内的现象看已贯穿顶板厚度（板厚26cm），缝宽为0.2mm，裂缝的数量：第一孔现浇箱梁面裂缝多达24条，第二孔减少到17条，第三孔6条，之后大幅度地减少，直至消失，但在后续施工时仍有3孔箱梁出现了1～3条小裂缝。裂缝位置在顶板人孔和前端悬臂段居多，我们分析认为，是由于砼降温不均匀或太快引起的。采取了控制蒸养温度的均匀性和延长降温时间的措施。经过采取温控措施之后，箱顶砼裂缝也逐步消失。汇总如下：
总结
蒸汽养护的成败关键是控制好升降温过程，特别是降温阶段，由于在高温下混凝土的早期抗压强度增长较快，但其抗拉强度没有做到同比例增长，强度低。若降温梯度过大容易产生在砼结构中产生较大的温度拉应力，从而产生裂缝。在升降温阶段温差控制至关重要，通过改善蒸汽养护的条件，加强蒸汽养护的监控等确保温度梯度在10～15度范围内可以有效避免裂缝的发生。