摘要:地铁混凝土管片,一般要求对管片进行浸泡养护和长期淋水养护,这种养护制度增加了建厂投资和水的消耗。笔者在管片预制的生产实践中进行了大量的对比试验,提出了取消浸泡养护、缩短管片保湿时间或不保湿的养护方法。
关键词:地铁 盾构管片 养护制度 开裂 试验
中图分类号:TU528.79 文献标识码:B
随着盾构技术的推广,各城市在非岩石地段大都采用了盾构掘进的成洞方式,混凝土管片的预制也随着地铁建设的热潮进入了高峰期。地铁盾构混凝土预制管片一般使用C50 高强度混凝土,管片是在钢模里预制的,为了提高模板周转率,一般在混凝土浇捣结束后进行蒸汽养护,混凝土强度达到20 MPa 之后从模具中吊出,放置在车间降温4 h 后吊入水池浸泡养护,此时混凝土强度已经达到了25 MPa 。
一般甲方对管片的养护工艺作出了明确的要求:管片出模后,必须在水中浸泡养护7 d ,再淋水养护14d ,然后进入存放区永久保湿。国内有关文献也显示其它管片预制厂的养护要求也大同小异[1～3 ] 。看来,浸泡养护、淋水养护和长期保湿这种养护模式已经成为了一种行业习惯,究其原因,据说是担心混凝土强度不够和管片出现裂缝。但在蒸汽养护并降温之后进行长期的水养护会增加管片预制成本,增大用水量,若不进行浸泡养护和长期保湿是否可行,本文结合实际情况做了大量对比试验并进行详细讨论和分析。
1 施工情况
1.1 原材料
P.O42.5 水泥;中粗砂,细度模数2.5～3.1 ;5～25mm连续粒级碎石; Ⅱ级粉煤灰,烧失量7 % ,需水比103 %;SP401 高效减水剂,减水率20 %。
1.2 混凝土配合比(见表1)
1.3 蒸汽养护制度
蒸汽养护分静停、升温、恒温、蒸养罩内降温、出模后车间内降温五个阶段。管片浇筑完成后盖上蒸养罩,静停一段时间(10 ℃以下时静停2 h ,10 ℃～20 ℃时静停1.5 h ,20 ℃以上时静停1 h) ;静停结束后向蒸养罩内通入水蒸汽升温,升温速度为20 ℃Ph ;升温至55 ℃后进入恒温阶段,恒温时间一般在0.5～1 h 之间;恒温结束后打开蒸养罩的通风口降温,降温速度为30 ℃Ph ;罩内温度降至与车间温差≤20 ℃时,揭开蒸养罩将管片脱模吊出,放在车间内自然降温,当管片内部温度与养护池水温温差≤20 ℃时将管片吊入养护池浸泡养护。
2 试验研究
2.1 养护制度对强度的影响(见图1)
取抗压试件80 组,蒸汽养护到抗压强度25 MPa后转入室内养护,一部分浸泡在饱和的Ca (OH) 2 水溶液中,一部分淋水保湿。室温、水溶液和喷淋水均为(20 ±2) ℃。每种养护方式、每一龄期10 组试件,对10组试件的抗压强度取算术平均值后进行比较。
图1 表明,混凝土蒸养至25 MPa 后,淋水养护和浸泡养护方式对混凝土强度影响不大。这主要是因为浸泡养护和淋水养护的主要区别在于前者存在一定的水压力,更利于外界水向混凝土内渗透,而后者主要依赖于毛细管作用对混凝土保湿和补水。从结果可看出外界主动的水压力对混凝土养护意义不大,没有必要进行浸泡养护。
2.2 保湿时间对混凝土强度的影响
取抗压试件75 组,分成5 批,每批15 组。蒸汽养护到抗压强度25 MPa 后,先放到标养室养护,再放到温度为(20 ±2) ℃,相对湿度为(45 ±5) %的养护室里养护28 d。比较这五批试件的28 d 平均强度,看有效水养护期为几天。具体安排见表2。
图2 显示,混凝土蒸养至25 MPa 后,如果不保湿,混凝土28 d 强度略低(与其它各组试块的平均强度相比,低3 MPa) ,保湿时间超过3 d 后混凝土强度相差不大。可见,长期的水养护对管片混凝土的强度发展并无意义,这是因为蒸汽养护到25 MPa 的管片混凝土已形成较为致密的结构,水很难渗透进去。采用蒸养促凝后的管片,水养护3 d 即可,如果混凝土强度富余量足够,也可取消水养护。
2.3 养护制度对管片抗裂性能的影响
取15 块管片,分成3 批,每批5 块。蒸养后分别不保湿、保湿3 d、保湿7 d ,然后放置在相对湿度为(45±5) %的车间进行自然养护。保湿养护和自然养护累计60 d 后发现所有管片均未出现裂缝,这个试验说明水养护时间不是管片产生裂缝的主要因素。
在上面的试验中管片没有裂缝,但为确定水养护对管片开裂的趋势的影响,又做了这样的试验:取25块管片,在蒸养阶段进行迅速升温和迅速降温的极端处理,增加管片的开裂倾向,然后将管片分成5 批,每批5 块,分别进行不保湿、保湿3 d、保湿7 d、保湿15d、保湿28 d 的养护,然后放置在相对湿度为(45 ±5) %的车间,进行自然养护,累计60 d 后检查管片的裂缝情况,发现所有管片的外弧面均出现了树枝状的干缩裂缝,裂缝宽度为0.04 mm 左右,裂缝密度统计结果见表3。
图3 显示,随水养护时间的延长,管片干缩开裂越来越严重。可见蒸汽养护至一定强度后,长期的水养护容易导致管片干缩开裂。这个结果可能出乎许多人的预料,一般习惯性地认为,混凝土浇筑结束后如果不加强养护,很容易开裂,而在管片生产中却出现了相反的结果,具体分析可能有以下原因:
1) 水养护对避免混凝土早期开裂非常关键,对预防混凝土后期开裂并没有明显的效果。管片已经蒸养至25 MPa ,具有了较高的强度,早期养护已经完成,不会发生一般混凝土早期保湿不充分而发生塑性开裂的情况。
2) 充分的水养护使表层混凝土水泥充分水化,水化产物增多,水化产物的结合水量增大,而对稳定水泥石体积起到关键作用的未水化水泥核变小、变少,这使得混凝土更易失水收缩,形成裂缝。
3) 充分的水养护会提高管片表层混凝土强度和弹性模量,增加混凝土的脆性,降低混凝土的抗裂能力;而不充分水养护的管片表层混凝土强度和弹性模量都较低,脆性较小,管片如同覆盖了一层柔韧的外壳,具有较强的抗裂能力。
3 结论
1) 在蒸汽养护并降温之后,进行长期的浸泡养护和淋水养护对管片混凝土强度发展效果相同;
2) 管片经蒸汽养护后,可少保湿(3 d) 或不保湿;
3) 管片经蒸汽养护至一定的强度后,长期的水养护容易增加干缩裂纹。
参考文献
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