大温差、干燥及大风沙条件下蒸汽养生前停置时间与梁体裂缝和不同蒸汽养生温度与弹性模量、强度的形成关系的研究

大温差、干燥及大风沙条件下蒸汽养生前停置时间与梁体裂缝和不同蒸汽养生温度与弹性模量、强度的形成关系的研究

马世斌

甘肃省酒泉市交通运输局甘肃酒泉735000

摘要：本文主要针对大温差、干燥及大风沙条件下预制箱梁在蒸汽养生条件下产生裂缝的原因进行了分析总结，对蒸汽养生前停置时间长短与裂缝间的关系以及不同蒸汽温度与混凝土强度、弹性模量的形成关系的研究，并通过对肃州至酒泉卫星发射中心一级公路路基五标预应力箱梁蒸汽养生实例，展开各工序关键点的研究进行阐述、制定控制对策，从而杜绝大温差、干燥及大风沙条件下进行蒸汽养生的梁板出现裂缝的可能性。

关键词：大温差；干燥；大风沙

一、现状调查

随着我国交通事业的蓬勃发展，在各项大中型桥梁工程中，箱型梁以其自身轻便、施工简单等优点而被广泛使用，箱梁作为桥梁中的主要承重构件，质量控制尤为重要。由于本项目处于祁连山北麓，河西走廊西段，北山山地以南。该地区气候干燥，多风沙，雨量稀少，蒸发量大。太阳辐射强，气温日差较大，属典型中温带大陆性荒漠气候。区域内气温随海拔高度的增高而递减，年平均气温7.2-7.3℃，极端最高气温41.1℃，极端最低气温-31.6℃。

二、出现裂缝的原因

1、收缩裂缝：大风高温致使混凝土表面快速干燥，出现假凝现象，混凝土内水份的蒸发速率大于其泌水速率，混凝土失水收缩所产生的拉应力大于混凝土本身的抗拉强度而导致裂缝。

2、温差裂缝，即由于混凝土自体的温度变化及混凝土自体温度与环境温度的差异使混凝土自体收缩不均而产生的裂缝。

3、长期干缩裂缝，即混凝土长期暴露于不饱和的空气中，由于物理的、化学的失水使混凝土体积缩小，当缩小受到约束时产生的裂缝。

4、龟裂缝，即混凝土表面形状不规则的微细裂缝。它的产生一般是由于相对湿度低、模板的渗透性低、混凝土中水泥用量过大等原因造成的。

三、实验

1、工程背景：肃州区至酒泉卫星发射中心一级公路SHLJ5标起止桩号为：k60+236.844---k88+000，路线全长27.763km。全标段共计中桥两座，通道6座，涵洞64道。梁板设计采用高性能混凝土，设计年限100年，该标段常年干燥，大风沙，昼夜温差大。

2、试验材料：该标段预制箱梁设计标号为C50普通，设计配合比每立方米水泥用量490kg，中粗砂用量1097kg（5-10mm：10-20mm=3：7），砂率控制在39%，水胶比为33%，设计坍落度为140mm-180mm，为了保证混凝土的可操作性，外掺聚羧酸高效减水剂，掺量为胶凝材料的1.0%-1.2%。

3、试验方案：

（1）主要设备

1）LSH0.9t/h-0.7MPa蒸汽锅炉；

2）配备齐全的水处理装置、水位计、压力表、水泵等；

3）d=50mm，d=30mm无缝钢管、软式胶皮管、各式接头；

4）防透气篷布、温度计、湿度计；

5）实验回弹仪、弹模仪、压力机，试模15*15*30cm数套；

（2）实验条件

锅炉安装及管道布置：在台座与台座之间挖好沟槽，将供气管（d=50mm）提前预埋，并预留好送气接口（d=30mm）。

蒸养室的形成：提前用钢筋加工好骨架（1.8*3.2*22m），并在其上将耐高温、防透气的篷布覆盖，形成单片梁的蒸汽养生室，正式通气养生时，每片箱梁通入三条软式胶皮管，即芯腔内一条，两侧腹板各一条，并在软管上每隔2m布置一出气孔，以保证梁体蒸汽养生湿度、温度的可控性、均衡性、恒定性。

（3）试验一：蒸汽养生前停置时间长短与裂缝出现的关系

试验方案：共制取64组15*15*30cm的弹模、强度试块，其中8组作标准养生，其余的试块制作完成后分别停置2h、4h、8h、12h、18h、24h、30h后再放入50℃±1℃的蒸汽养生室进行养生15h，并依此观察记录试块表面有无裂缝。

数据分析：

①混凝土浇筑完成后停置时间不同放入养生室的试块，对相同养生时间的试块进行观察，根据外表观察记录得出，干缩裂纹的出现跟停置时间的长短存在一定的关系。

②试验结论：

停置时间为2h、4h的试块，再进行15小时的蒸汽养生后，经过蒸汽养生后混凝土表面会出现大量水波纹，并且伴随着少量气泡，试块表面未出现裂缝。

停置时间在8-18小时，再进行15小时的蒸汽养生后，强度增长比较明显，外表无干缩裂缝的出现。

停置时间为24h、30h再进行蒸汽养生15h，各个龄期的强度较标准养护试块来比较，其强度增长很不明显，并且该时段的试块表面均出现大量干缩裂纹。

综上所述：混凝土蒸汽养生最佳时刻应在浇筑完成后静停8h-18h后进行，可有效避免裂缝的产生。混凝土浇筑完成后停置8-18h进行蒸汽养生15h后，其龄期到3d的强度完全满足预应力张拉要求（梁体平均强度达到48Mpa以上），其弹模量分别达到3.44-3.50×104MPa，完全满足预应力张拉的要求。

（4）试验二：不同蒸汽养生温度与弹性模量、强度的形成关系

试验方案：经过前面关于混凝土浇筑完成后停置时间长短对混凝土强度、弹模影响的试验分析以及对比分析裂缝出现的原因及节点试验得出，混凝土浇筑完成后停置8-18h蒸汽养生15h后的梁体，在龄期到达3d时，强度与弹模量完全满足预应力张拉的要求。因为本部为20m箱梁，根据现场实际情况，箱梁浇筑完成后至少要14个小时才能通气养生，因此在进行温度对蒸汽养生混凝土弹性模量与强度的关系这一研究中，我部经讨论决定蒸汽棚温度选取40℃、50℃、60℃三个研究点，然后再试验其6h、12h、18h、24h、36h、48h、60h的弹模量与强度，进行同龄期标准养护试块的弹模与强度的对比试验。

数据分析

①经过数据对比得出：相同的蒸汽养生时间，随着蒸汽养生温度的提高，混凝土强度、弹模量较标准养护试块同龄期的强度、弹模量提高程度不同，蒸汽养生温度越高，提高的程度越大，

②试验结论：40℃恒温，至少要蒸汽养生36h、50℃恒温，至少要蒸汽养生24h、60℃恒温，至少要蒸汽养生18h后，混凝土的即时强度与弹模量基本达到预应力张拉的要求，但从蒸汽养生后混凝土强度的提高程度来看，40℃蒸汽养生36h提高12.1%，50℃蒸汽养生36h提高21.5%，60℃蒸汽养生36h提高26.3%，从中可以看出，当温度在60摄氏度时效果最佳，但又考虑到当地地域气候，蒸养时的温度越高，拆除蒸汽棚后，梁体直接与大气接触所产生的温差越大，很容易产生后期的温差裂缝，因此，蒸汽养生的温度不宜太高，时间不宜太长。

四、结论及应用

本文从出现裂缝的特点进行总结，并针对各工序关键点的研究进行阐述、制定控制对策，从而杜绝大温差、干寒及大风沙条件下进行蒸汽养生的梁板出现裂缝的可能性，并在50℃恒温蒸汽养生下，确保了混凝土构件弹性模量及强度的形成，达到了预期效果。

参考文献

[1]孙照玉.高寒地区预制箱梁裂缝成因及机理分析.兰州交通大学硕士学位论文.2016

[2]刘寒冰.早期混凝土箱梁温度裂缝的数值模拟分析.吉林大学硕士学位论文.2004

[3]赵文斌，刘建勋，张戎令，孙照玉，康健.强风、干寒、大温差地区混凝土箱梁早期抗裂性分析.2016