石武客运专线砼箱梁蒸养技术

石武客运专线砼箱梁蒸养技术

遂平梁场位于石武铁路客运专线罗扎特大桥上，采用630个预制混凝土箱梁预制工程。其中,梁长32m的为624片;梁长24m的为6片。32m箱梁,梁长32.60m,梁高3.05m,顶宽12.28m,采用C50高性能耐久性砼,每片梁砼方量为325m3,梁重约900t。由于场地限制,设置制梁台座12个,根据总工期和施工计划安排,平均月需浇筑箱梁48片,每个台座月生产4片,工期安排十分紧张。梁场所在区域属暖温带亚湿润大陆性季风气候,四季明显,冬季寒冷干燥,夏季炎热多雨。年平均气温为14.5℃,冬季最冷月(一月)平均气温为-3℃,最低气温为-19.1℃,夏季最热月(七月)平均气温为27.5℃,最高气温为41.1℃。分析当地气候情况,为保证工程进度,确定冬期施工采用蒸汽养生技术,夏季高温时段采用降低梁芯温度措施。本文重点介绍冬期蒸养技术。1蒸汽健康方案1.1温高于-3施工技术规范规定,当工地昼夜平均气温连续5d低于+5℃,或最低气温低于-3℃时,需要采取冬期施工措施。气候资料表明,驻马店地区12月份部分天气时段连续5d气温平均低于5℃,已属冬期施工。为保证箱梁浇筑后内外温差不超过15℃,冬期必须采用专门的保温养生技术。1.2冬期蒸汽养生技术表1为同类施工项目统计资料。春、秋季采用自然养护,每片梁养护时间为108h,完成一片箱梁时间为180h;冬期采用蒸汽养护,每片梁养护时间为48h,完成一片箱梁时间为120h。按相同条件比较,砼浇筑和养生,冬期施工比春、秋季施工技术难度大,如果不采用蒸养,养生时间将远超108h。试算得出,春、秋季每片梁施工周期为7.5d,每台座月生产4片;冬期蒸养每片梁施工周期为5d,每台座月生产6片。冬期进行箱梁蒸养施工,为施工计划和整体工期完成提供了充分保证,由此确定箱梁冬期采用蒸汽养生技术。箱梁施工及养护计划安排见表1。2清洗工艺要点箱梁蒸汽养护采用结构表面蒸养和结构内部蒸养相结合的办法。采用温度无线自动采集仪,系统记录养护温度,实施分段多点控制,严格控制砼升温速率、降温速率及梁体内外温差,确保砼养护质量。养护工艺要点为:长预养、缓升温、低恒温、慢冷却。参考已有客运专线砼箱梁蒸养资料和有关蒸养规范、标准,梁场砼箱梁蒸养制度为:6+5+24(40℃)+12,即静停6h,升温5h,恒温24h,再用12h的时间降至环境温度。3建成储水设备梁场蒸养设备由锅炉、蒸养管道、蒸养罩和监测仪器组成。梁场蒸养平面布置见图1。3.1蒸汽管道布设相关规范要求,砼出罐温度不低于10℃,罐车运输400m后,泵送入模,才能保证入模温度不低于5℃。计算砼出罐温度时,参考有关计算方法,假设砂、石料温度为5℃,水泥温度为-l0℃。当水温为40℃时,砼的出罐温度可以达到11.2℃,即能满足施工方案要求。冬期施工耗热量主要由搅拌站和养护的基本耗热量,风力等自然因素产生的附加耗热量,输热管道热量损失,以及加热拌和用水所有制需热量四大部分构成。计算搅拌站与砼养护的耗热量,取它们的最大耗热量作为选择锅炉的依据。3.1.1搅拌站基本耗热量Q1的计算Q1=F(ta-tb)/(δ/λ+1/as)式中:Q1——单位时间内的耗热量(kcal/h);δ——保温材料厚度(m),取0.01m;λ——热传导系数(W/m·℃),λ=0.041W/m·℃;F——放热表面积(m2);ta——生产区棚内温度(℃);计算得:1/(δ/λ+1/as)=3.56W/m2·℃,砼生产区需用热量Q砼≈850kcal/h,砼浇筑处养护所需热量Q箱梁≈600kcal/h,因此有:Q1=Q砼+Q箱梁=1450kcal/h各因素影响下的附加耗热量分别为:b)高度影响的附加耗热量取Q1×2%;c)因窗门开启而增加耗热量取Q1×10%;d)冷材料及人的进入增加耗热量取Q1×10%;附加耗热量Q2等于以上各项之和,即:Q2=0.4×Q1=580kcal/h3.1.3输热管道热量损失计算q=πD2QQ=(ta-tb)/[D2/2λ1ln(D1/D0)+D2/2λ2ln(D2/D1)+1/as]式中:q——输热管道热量损失;D0——输热管道外径;D1、D2——两层保温层外径,采用双层防寒毡保暖。由D0=0.26m,D1=0.46m,D2=0.66m,可得:q=πD2Q≈0.45kcal/m输热管道总长按1050m考虑,则:Q3=1050q=472.5kcal/h3.1.4蒸汽量计算加热水所需的热量按每小时100m3砼,小时用水量0.15×100=15t,原水温5℃,蒸汽加热水到50℃计算,每小时需用蒸汽量W1为:W1=15/(50-5)=0.333(t/h)材料保暖及砼养生需用蒸汽量W2按以下两式计算:Q=Q箱梁+Q附加+Q管道+Q拌和站=3102.5kcal/hW2=Q/640=4.848t/h总蒸汽量为:W=W1+W2=5.181t/h选用2台4t/h锅炉,其蒸汽利用率为70%,小时产蒸汽5.6t,可满足施工要求。3.2蒸汽管道布设管道包括蒸汽输送管道和蒸养管道(DN42,ue78832mm),送汽管由主管道(DN159,ue788260mm)和支管道(DN108,ue78837mm)组成。支管道和蒸养管道直接相连,主管道上由4个DN159阀门控制主管道蒸汽输送,每个制梁台座由14个DN42阀门控制蒸养管道出汽量。蒸养管道布置为:箱梁顶板2道,腹板每侧1道,底板和台座之间2道,箱梁腔内1道,共计7道蒸养管。蒸养管中间封堵,两端进汽,管上开间距为50cm的ue7885mm出汽孔。蒸养开始时,DN108与DN42相连接。蒸养管布置位置见图2。配设管道有以下注意事项:a)蒸汽避免直接喷射砼;b)杜绝管线漏气;c)管线应架设牢固、稳定,结合紧密。3.3型钢蒸养棚骨架材料蒸养罩由篷布和蒸养棚骨架组成。为使罩内形成封闭的蒸养空间,篷布选择密封性能好、导热系数小、耐高温、不吸水的材料;蒸养棚骨架是型钢焊接杵架结构。借助梁场60t门式起重机,将蒸养棚骨架连同其上面固定的篷布,一起吊至模板护栏上并固定,侧模处用篷布从上(护栏顶)到下(地面)围住,并将篷布上边缘固定到护栏上,下边缘压实;梁端保温材料用相同的方法围住,篷布之间搭接紧密,不留空隙。蒸养罩布置见图3。3.4无线传输系统的组成监测仪器以普通悬挂式温度计为主,温度测量无线传输系统为辅。无线传输系统由温度数据采集无线传输器、PC机接收器以及接收软件和数据处理软件等部分组成。系统采用温度信号有线采集、数据无线传送的办法进行温度测量。4准备工作4.1蒸养锅炉及相关设备准备蒸养施工准备工作如下:a)施工前,对作业人员实施蒸养技术、工艺、设备、测试方法等技术培训,并进行技术交底;b)覆盖蒸养篷布,箱梁两端头各一幅、梁中部两幅,完全遮蔽箱梁;c)检查供气系统各个部位,包括锅炉、管道、阀门等设施,泄尽冷凝水,预热暖管,关闭泄水管后开炉供气;d)调试蒸养锅炉,确定正常状态;e)蒸养管线安装应符合要求。4.2叠箱梁温度变化规律蒸养棚内侧模外、箱内、顶板上部各布置3个热耦温度传感器。根据由12个热耦温度传感器所测得的梁端部(距梁端1.2m)、跨中截面温度数据,以及红外测温仪所测得的温度数据,分析试验阶段砼箱梁温度变化规律,对养护温度进行修正。温控点位布设见图4。4.3蒸养棚架的吊装蒸养前,用绳子或铁丝将各幅篷布固定在钢筋蒸养架上,箱梁砼浇筑完成后,龙门吊吊装蒸养棚架,吊上棚架后,将篷布横向接缝缝合严密,用绳子拴在地面的锚钉上。5蒸发和喂食蒸汽养护分静停、升温、恒温、降温四个阶段。浇筑砼收面时,养护罩要及时跟进,做到收面与覆盖基本同步。5.1抽拔橡胶棒静停养护梁体砼浇筑完毕至砼初凝之前的养护期为静停期。砼表面收浆后,及时用蒸汽罩覆盖养护,静停期间保持棚温不低于5℃。静停时间长短取决于抽拔橡胶棒对梁体强度的要求,一般是浇筑完4h~6h。静停期棚内供给少量蒸汽,将棚内温度控制在20℃以内。5.2温度调控及控制升温是砼定型阶段,原则为“缓慢升温、高湿低温”。关键是温度与湿度的协调,升温速率控制以及钢模板与梁体砼间的温差控制。这阶段温度上升过快,会使砼表面体积膨胀太快而产生裂缝。因此,升温速度宜控制在6℃/h~10℃/h,升温时间为5h,蒸汽温度升到40℃,最大不超过45℃。如环境温度低于5℃,先通汽低温(15℃~20℃)养护1h~2h,然后再按规定升温。温度调控通过制梁台座两端14个DN42阀门,对蒸养管道出汽量加以控制。升温前测量环境温度,作为本阶段控制点。升温过程通过温度传感器监控。温度传感器电线连接到8通道温度数据采集无线传输器上,电线引直,每隔1m用轧丝固定,8通道温度数据采集无线传输器安装在保护箱内,与小吸盘天线连接,小吸盘天线由制梁台座两端引到蒸养棚顶固定,发射信号到大吸盘天线,大吸盘天线与PC机接收器连接,由接收及数据处理软件分析温度变化情况。升温期间有专人观察升温情况。5.3出汽量调节恒温是砼强度和刚度增长的主要阶段,蒸汽罩内温度控制在40℃左右,不超过45℃,恒温时梁体芯部砼温度不超过60℃,个别最大处不超过65℃。温度降低或升高时,通过制梁台座两端14个DN42阀门,对蒸养管道出汽量进行调节。恒温时间24h。5.4蒸养池及箱梁的养护管理降温是蒸养的关键阶段,要严格控制。按规定的恒温时间,取出随梁养护的砼试件,试件达到脱模强度后,停汽降温,降温速度控制在6℃/h~10℃/h。若试件达不到强度要求,则通知试验室延长恒温时间,直至达到脱模强度方能降温。降温控制是通过制梁台座两端14个DN42阀门对蒸养管道出汽量进行控制调节,直至关闭阀门停汽。停汽后不可马上吊走蒸汽罩,待梁体砼芯部与表层、表层与环境温差不超过15℃时,方可移去蒸汽罩。梁体和棚内温度较高且温度降不下来时,可在蒸养棚逆风向位置(有风时),缓缓地掀开蒸养罩篷布降温。切忌梁体砼芯部与表层、表层与环境温差大于15℃时,一次性地吊走蒸养罩。移走蒸养罩后,覆盖砼外露面,防止砼表面冷却过快产生收缩裂纹。箱梁蒸汽养护结束后,立即进行自然养护和喷涂养护。降温阶段的注意事项如下:a)顶表面系数大,降温迅速,易发生收缩裂纹;b)箱内热能不易散耗,不宜过早开放,以免降温迅速,与环境温差过大;c)外侧模表面系数较大,钢模蓄热系数小,导热率高,梁体结构截面尺寸变化大,若降温时不加控制,易导致温度不均及腹板外侧砼表面承受较大剪应力;d)当蒸养恒温结束时,若突然停汽,蒸养棚内湿度急剧变化,易引起干裂。5.5蒸养及养护蒸养过程中应注意以下几点:a)砼施工过程中,保护好埋设的传感头,待箱内底板砼浇筑完成后,立即封闭两端;b)养护棚架尽量密闭,保证棚内各个部分温度均匀,避免造成梁体砼强度不均匀;c)取抽拔棒或脱模时,一端取,一端覆盖,避免穿膛风进入,内模小型杆件一次性取在端头后,统一打开篷布运送出,完毕后立即封闭两端;d)蒸汽养生时,制取随梁同条件蒸养试块时,注意同条件性,施加预应力前,试块试压,确定是否张拉,蒸养的砼强度、弹模的形成受很多因素影响,不同水灰比、坍落度的砼,经过相同条件的蒸养,其强度、弹模量离散性较大,因此,进行同条件养护试块的试压是关键工序;e)蒸养结束后,降温幅度一定不能大,禁止蒸养结束后,立即将梁体暴露在外,这样会使梁体表面温度急剧下降,失水过快,砼表面产生温度应力,有产生裂缝的危险;f)施加预应力一般待梁体温度基本降至室外温度时进行,避免钢绞线预应力损失。6清洗后养护施工规范规定,当昼夜平均气温高于5℃、最低温度不低于0℃时,可采用自然养护,即潮湿养护。养护时,梁体砼必须包裹严实。养生材料为500g/m2的土工布(严禁用草帘或草袋覆盖,造成梁面污染),养生过程中要保证砼表面湿润。注意养护水温度与梁体温差不得小于15℃。洒水频数应使砼表面保持充分潮湿,养护时间不少于14d。7梁体芯部温度分布在箱梁预制过程中,随着夏季高温的来临,梁体养护温度控制出现困难,主要体现在:梁体芯部最高温度及各部位温差出现阶段性超标现象。为保证箱梁质量,力争控制箱梁各部位温度、温差,梁场通过“预应力孔道循环注水降温”措施配合自然养护,在控制箱梁水化热及温差方面有一定的效果。7.1清洗、养护,保湿夏季温度高,为防止阳光直射砼表面,使砼表层温度过高,表层水蒸发过快,在砼浇筑完毕、砼表面用人工二次收浆后,及时遮盖遮阳棚。在气温高、气候干燥时加强砼表面的保湿工作,采用喷壶洒水保湿,不允许水管直接冲砼表面。砼接近初凝时(砼面不粘手、不粘土工布),梁面用土工布覆盖,注意不得污染桥面。土工布间应设10cm左右的搭接宽度。保证砼表面湿润,设专人浇水养护,养护用水与拌制梁体砼用水相同,养护用水温度低于砼表面温度时,温差不得大于15℃。洒水次数以保证表面湿润状态为度,白天1h~2h一次,晚上4h一次。注意事项有:a)梁体洒水养护的同时,对随梁养护的砼试件进行养护,使试件与梁体砼强度同步增长;b)砼初凝后,转动通风孔处的成孔器,在终凝后拔出,成孔器拔出后,立即用湿润棉纱堵塞通风孔进行保温,防止在腹板通风孔处出现大温差,形成温度裂纹;c)当气温在10℃以下时,梁体采取塑料膜覆盖保温保湿;d)日平均气温低于5℃时,不得进行洒水养护。7.2土壤保护底板砼浇筑完毕,用篷布或土工布将箱梁箱室两端封闭,避免箱室内形成风道。砼初凝后,蓄水养护。7.3自蓄气通精神养护砼终凝后,对预应力孔道N4、N5、N8、N9循环注水,以降低芯部水化热,降低砼芯部高温及芯部与表层的温差。循环用水水温与梁体芯部温度之差宜控制在15℃以内,在终凝完成后及时实施。在箱梁内腔,空气不流通,不易散热,温度较高,自蓄水养护开始立即采用两台大功率鼓风机通风散热。前期不使用内腔通风,孔道注循环水时,箱梁砼芯部最高温度曾在71.9℃,高温段为60℃~71℃,持续时间在20h~24h;芯部与表层的最大温差为28℃;表层与环境的最大温差为26.4℃。通过此项措施,砼芯部最高温度降为64.8℃,高温段为60℃~6