摘要:地鐵混凝土管片,一般要求對管片進行浸泡養(yǎng)護和長期淋水養(yǎng)護,這種養(yǎng)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(chǎn)實踐中進行了大量的對比試驗,提出了取消浸泡養(yǎng)護、縮短管片保濕時間或不保濕的養(yǎng)護方法。
關鍵詞:地鐵 盾構(gòu)管片 養(yǎng)護制度 開裂 試驗
中圖分類號:TU528.79 文獻標識碼:B
隨著盾構(gòu)技術(shù)的推廣,各城市在非巖石地段大都采用了盾構(gòu)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(gòu)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(zhuǎn)率,一般在混凝土澆搗結(jié)束后進行蒸汽養(yǎng)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(yǎng)護,此時混凝土強度已經(jīng)達到了25 MPa 。
一般甲方對管片的養(yǎng)護工藝作出了明確的要求:管片出模后,必須在水中浸泡養(yǎng)護7 d ,再淋水養(yǎng)護14d ,然后進入存放區(qū)永久保濕。國內(nèi)有關文獻也顯示其它管片預制廠的養(yǎng)護要求也大同小異[1～3 ] ?？磥?浸泡養(yǎng)護、淋水養(yǎng)護和長期保濕這種養(yǎng)護模式已經(jīng)成為了一種行業(yè)習慣,究其原因,據(jù)說是擔心混凝土強度不夠和管片出現(xiàn)裂縫。但在蒸汽養(yǎng)護并降溫之后進行長期的水養(yǎng)護會增加管片預制成本,增大用水量,若不進行浸泡養(yǎng)護和長期保濕是否可行,本文結(jié)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(shù)2.5～3.1 ;5～25mm連續(xù)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(yǎng)護制度
蒸汽養(yǎng)護分靜停、升溫、恒溫、蒸養(yǎng)罩內(nèi)降溫、出模后車間內(nèi)降溫五個階段。管片澆筑完成后蓋上蒸養(yǎng)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(jié)束后向蒸養(yǎng)罩內(nèi)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(jié)束后打開蒸養(yǎng)罩的通風口降溫,降溫速度為30 ℃Ph ;罩內(nèi)溫度降至與車間溫差≤20 ℃時,揭開蒸養(yǎng)罩將管片脫模吊出,放在車間內(nèi)自然降溫,當管片內(nèi)部溫度與養(yǎng)護池水溫溫差≤20 ℃時將管片吊入養(yǎng)護池浸泡養(yǎng)護。
2 試驗研究
2.1 養(yǎng)護制度對強度的影響(見圖1)
取抗壓試件80 組,蒸汽養(yǎng)護到抗壓強度25 MPa后轉(zhuǎn)入室內(nèi)養(yǎng)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(yǎng)護方式、每一齡期10 組試件,對10組試件的抗壓強度取算術(shù)平均值后進行比較。
圖1 表明,混凝土蒸養(yǎng)至25 MPa 后,淋水養(yǎng)護和浸泡養(yǎng)護方式對混凝土強度影響不大。這主要是因為浸泡養(yǎng)護和淋水養(yǎng)護的主要區(qū)別在于前者存在一定的水壓力,更利于外界水向混凝土內(nèi)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(jié)果可看出外界主動的水壓力對混凝土養(yǎng)護意義不大,沒有必要進行浸泡養(yǎng)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(yǎng)護到抗壓強度25 MPa 后,先放到標養(yǎng)室養(yǎng)護,再放到溫度為(20 ±2) ℃,相對濕度為(45 ±5) %的養(yǎng)護室里養(yǎng)護28 d。比較這五批試件的28 d 平均強度,看有效水養(yǎng)護期為幾天。具體安排見表2。
圖2 顯示,混凝土蒸養(yǎng)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(yǎng)護對管片混凝土的強度發(fā)展并無意義,這是因為蒸汽養(yǎng)護到25 MPa 的管片混凝土已形成較為致密的結(jié)構(gòu),水很難滲透進去。采用蒸養(yǎng)促凝后的管片,水養(yǎng)護3 d 即可,如果混凝土強度富余量足夠,也可取消水養(yǎng)護。
2.3 養(yǎng)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(yǎng)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(yǎng)護。保濕養(yǎng)護和自然養(yǎng)護累計60 d 后發(fā)現(xiàn)所有管片均未出現(xiàn)裂縫,這個試驗說明水養(yǎng)護時間不是管片產(chǎn)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(yǎng)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(yǎng)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(yǎng)護,然后放置在相對濕度為(45 ±5) %的車間,進行自然養(yǎng)護,累計60 d 后檢查管片的裂縫情況,發(fā)現(xiàn)所有管片的外弧面均出現(xiàn)了樹枝狀的干縮裂縫,裂縫寬度為0.04 mm 左右,裂縫密度統(tǒng)計結(jié)果見表3。
圖3 顯示,隨水養(yǎng)護時間的延長,管片干縮開裂越來越嚴重?？梢娬羝B(yǎng)護至一定強度后,長期的水養(yǎng)護容易導致管片干縮開裂。這個結(jié)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(jié)束后如果不加強養(yǎng)護,很容易開裂,而在管片生產(chǎn)中卻出現(xiàn)了相反的結(jié)果,具體分析可能有以下原因:
1) 水養(yǎng)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(jīng)蒸養(yǎng)至25 MPa ,具有了較高的強度,早期養(yǎng)護已經(jīng)完成,不會發(fā)生一般混凝土早期保濕不充分而發(fā)生塑性開裂的情況。
2) 充分的水養(yǎng)護使表層混凝土水泥充分水化,水化產(chǎn)物增多,水化產(chǎn)物的結(jié)合水量增大,而對穩(wěn)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(yǎng)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(yǎng)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(jié)論
1) 在蒸汽養(yǎng)護并降溫之后,進行長期的浸泡養(yǎng)護和淋水養(yǎng)護對管片混凝土強度發(fā)展效果相同;
2) 管片經(jīng)蒸汽養(yǎng)護后,可少保濕(3 d) 或不保濕;
3) 管片經(jīng)蒸汽養(yǎng)護至一定的強度后,長期的水養(yǎng)護容易增加干縮裂紋。
參考文獻
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