混凝土养生工艺设计

1.混凝土温度控制的相关规定及研究

1.1.《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》中对蒸汽养护方面的规定：

1.1.1.混凝土预制构件的蒸汽养护分静停、升温、恒温、降温四个阶段。静停期间应保持棚温不低于5℃，灌筑完4~6h后方可升温，升温速度不得大于15℃/h，恒温养护期间混凝土内部温度不宜超过60℃，最大不得超过65℃，恒温养护时间应根据构件脱模强度要求、混凝土配合比情况以及环境条件等通过试验确定，降温速度不得大于15℃/h。

1.1.2.混凝土在冬季和炎热季节拆模后，若天气产生骤然变化时，应采取适当的保温（寒季）隔热（夏季）措施，防止混凝土表面温度受环境因素影响（如曝晒、气温骤降等）而发生剧烈变化，保证养护期间混凝土的芯部与表层、表层与环境之间的温差不得超过15℃，直至混凝土强度达到设计要求为止。

1.1.3.在任意养护时间，淋注于混凝土表面的养护水温度低于混凝土表面温度时，二者间温差不得大于15℃。

1.1.4.混凝土养护期间，应对有代表性的结构进行温度监控，定时测定混凝土芯部温度、表层温度以及环境气温、相对湿度、风速等参数，并根据混凝土温度和环境参数的变化情况及时调整养护制度，严格控制混凝土的内外温差满足要求。

1.1.5.混凝土养护期间，施工和监理单位应各自对混凝土的养护过程作详细的记录，并建立严格的岗位责任制。

1.2.《客运专线预应力混凝土预制梁暂行技术条件》中对蒸汽养护方面的规定：

1.2.1.混凝土蒸汽养护分静停、升温、恒温、降温四个阶段。静停期间应保持棚温不低于5℃，灌筑完4h后方可升温，升温速度不得大于10℃/h，恒温养护期间蒸汽温度不宜超过45℃，混凝土芯部温度不宜超过60℃，最大不得超过65℃；降温速度不得大于10℃/h。恒温养护时间应根据梁体拆模（放张）强度要求、混凝土配合比及环境等通过试验确定。

1.2.2.梁体养护期间及撤除保温设施时，应采取措施保证梁体混凝土芯部与表层、表层与环境温差不应超过15℃。

1.2.3.当环境温度低于5℃时，预制梁表面宜喷涂养护剂，采取保温措施；禁止对混凝土洒水。

1.3.铁科院专家对秦沈客运专线箱梁混凝土养护控制方面的研究经验

1.3.1.混凝土的水化热发展规律

根据箱梁混凝土水化热温度随时间变化的测试结果，水化热温度在混凝土完浇筑成后16～20小时左右后达到最高，考虑各箱梁浇筑时间不同等因素后，箱梁混凝土水化热出现最高温度时间平均约为混凝土入模后24小时。图示见图1.3.1。

图1.3.1:沙河桥箱梁混凝土水化热发展规律图

1.3.2.混凝土的水化热下降规律

梁跨中及端部截面底板每小时降温约0.45～0.55℃，顶板每小时降温约0.35～0.45℃，腹板每小时降温约0.30～0.35℃，图示见图1.3.2。

图1.3.2:沙河桥箱梁混凝土水化热下降规律图

1.3.2.自然状态下箱梁混凝土与环境的温差变化规律

停止蒸养48小时后，箱梁内外空气温度差在10℃之内；除端部腹板及跨中腹板上部变截面处与环境温度差在17～20℃外，箱梁其他部位与环境的温差基本在15℃之内。同时，梁体混凝土表面与芯部的温差不大。因此，可选择此时进行箱梁模板的拆除，以防止梁体由于温差过大出现早期裂缝，图示见图1.3.3。

图1.3.3:沙河桥箱梁混凝土与环境温度变化规律图

2.养护参数的确定

2.1.升温时间计算

假设环境温度为t1=5℃，混凝土养生恒温温度为t0=45℃，升温速度v1=10℃/h，根据相关规定，升温时间为T1=（t0-t1）/v1=（45-5）/10=4h，取4小时。

2.2.降温时间计算

拆模允许温度t2=t1+10=15℃，降温速度v2=10℃/h，根据相关规定，降温时间为T2=（t0-t2）/v2=（60-15）/10=4.5h，结合对秦沈客运专线箱梁混凝土研究的结果，取降温时间为12小时。

2.3.恒温时间确定

查《建筑施工计算手册》（中国建筑工业出版社）P1页表10-48，对于采用硅酸盐水泥的混凝土，当在60℃恒温时、水灰比等于0.4、蒸养混凝土强度达70%时，恒温时间为9小时；结合我公司混凝土试验结果，加静停及升温时间达用8小时即可达到设计强度的60%，故恒温时间采用8小时。

2.3.蒸汽养护制度表达式的确定

4（静停）+4（升温）+8（60℃恒温）+12（降温）

3.锅炉及主管道选择

2.1.一片32m梁养生所需日热量Q计算

升温时间为4小时，钢模起始温度因静停4小时后与混凝土温度相同，根据《预制梁技术条件》及《高性能混凝土技术条件》规定，灌筑时预制梁混凝土拌和物入模温度宜在5～30℃，模板温度宜在5～35℃钢模，故按最低温度控制计算，取升温起始温度为5℃；公式：Q=m*c*t/h

2.1.1.钢模需热量

Q1= m1*c1*t/h=（100+60+40）*1000*0.63*（45-5）/4=1260000  kJ/h

其中m1------钢模(外模、内模、底模)总重

    C1------钢板比热，查《建筑施工计算手册》P1001表17-20，c1=0.63 kJ/kg*h

    t---------温度变化值

    h---------升温时间

2.1.2.混凝土升温需热量

Q2= m2*c2*t/h=328.2*2.5*1000*1.05*（45-17-5）/4=4953769  kJ/h

其中m2------混凝土总重

    C2------混凝土比热，查《建筑施工计算手册》P1001表17-20，c1=1.05 kJ/kg*h

    t---------温度变化值，因混凝土水化热的影响，计算在28小时(按一天计算)内因水化热而使混凝土温度升高的数值tc，t=45-tc-5

根据《建筑施工计算手册》P653公式11-15：tc=mcQ（1-e-mt）/C2ρ计算

其中：mc------每立方米混凝土水泥用量，取360kg/m3

      Q-------每千克水泥水化热量 ，取Q=461   J/kg

      e---------常数，取2.718

      ρ-------混凝土的质量密度，取2400kg/m3

      m--------与水泥品种比表面、浇注时温度有关的经验系数，取0.2

      t----------龄期

      故tc=mcQ（1-e-mt）/C2ρ=360*461*(1-e-(0.2*1))/(1.05*2400)

                            =17℃

2.1.3.蒸养蓬罩内部采暖耗热量计算

《建筑施工计算手册》P1086公式18-31：Q3=3.6ΣF*K(Tn-Ta)w计算

其中: F-----围护结构的表面积，按33*（5*2+15*3*2）计算

     K-----围护结构的传热系数，根据公式因缺少相关参数无法计算，估计按K=1.46计算

     Td-----室内计算温度，按45℃计算

     Ta------室外计算温度，按5℃计算  

     w-------透风系数，按1.5计算

故:Q3=3.6*33*（5*2+15*3*2）*1.46*(45-5)*1.5=1040688   kJ/h

Q=Q1+Q2+Q3=7254457   kJ/h

2.2.一片32m梁养生蒸汽用量计算

《建筑施工计算手册》P10公式18-33：W=Q/(I*H)

其中：I-------在一定压力下蒸汽的含热量，根据制梁场台座及锅炉房布置，蒸汽输送距离为1000m以内，故蒸汽压力取0.2N/mm2，故I=2706 kJ/kg

      H------有效利用系数，一般为0.4～0.5，取0.45

故：W=Q/(I*H)=7254457/（2706*0.45）=5957.51kg/h=5.96t/h

2.3.锅炉型号及数量选择

根据制梁场生产计划，最高日生产箱梁2片，因混凝土浇筑时间为6小时，而升温时间为4小时，2片梁不同时生产，故整个制梁场配置2台蒸汽蒸发量为4t/h的锅炉即可。

2.4.蒸汽管径计算

《建筑施工计算手册》P1091公式18-34：d=

其中d--------蒸汽管道内径（m）    

 W--------蒸汽用（流）量（kg/h）

μ--------蒸汽的比容（m3/kg），取μ=0.9088 m3/kg

v---------蒸汽的速度，取v=50m/s

故d===0.1957m

考虑计算时综合因素及以往施工经验和锅炉厂家建议，场内主管道采用φ200mm的供气主管道。

4.蒸汽管道布置

4.1.管道布置

主蒸汽管DN200mm，支蒸汽管DN100mm。制梁台座里的蒸汽管为DN60mm，模型两侧、内腔及顶板的蒸汽管道为DN50mm，蒸养管上每隔30cm斜向打一直径为2mm的喷孔。其中2根布置在制梁台座基础上，箱梁内布置2根，腹板、翼缘板两侧各布置1根，顶板布置6根（距离混凝土表面不小于30cm），共14根。详见图4.1：蒸汽管道位置分布图。

4.1 蒸汽管道位置分布图

4.2.管道保温

为了减少蒸汽输送过程中的热损失，主蒸汽管道及支蒸汽管道均加设保温层， 以减少蒸汽的损失。

5.  温控系统

5.1 测点位置的布置

针对32m箱型混凝土梁在一次性浇筑完成后的蒸汽养护，为了观察和控制其养护效果需要，在箱型梁的内部混凝土和外部空气中布置相应的温度传感器。温度传感器的布置位置主要考虑的因素有：蒸汽流动方向、混凝土箱型梁的厚度、是否有模板、空气流动是否畅通、养护罩的密封效果、混凝土的水解热。

每片箱梁的测温点按三个断面布置，梁端+跨中+梁端，每个断面各布置6个内部、外部测温点，具体布置见图5.1。

                   5.1箱梁内、外测温点布置示意图

5.2.传感器的埋设与安装

内部的温度传感器在混凝土箱型梁浇筑的过程中按照图5.1示意的布置点，将传感器固定在最接近的钢筋上，同时将电缆线连接并沿梁中钢筋的走向简单固定引出，在梁的端部将所有的电缆线捆扎并固定。

外部的温度传感器借助于养护罩支架和模型支架将其悬挂或固定在图5.1所示的布置点。

6.  养护工艺

6.1梁体混凝土灌注完毕后，立即覆盖养护罩，进行蒸汽养护。

6.2蒸汽养护分为静停、升温、恒温、降温四个阶段。混凝土灌注完毕后静停4小时，静停期间保持棚内温度不低于5℃；升温4小时，升温速度控制在10℃/h以下；恒温8小时，恒温温度不大于45℃，梁体芯部混凝土温度不应超过60℃；降温12h，缓慢降温，速度控制在10℃/h以下。

6.3蒸养期间及撤除保温设施时，保证梁体混凝土芯部与表层、表层与环境温差不超过15℃。从开始升温到降温结束整个过程中，梁体外两端与跨中及两侧，箱梁顶面与底面之间相对温差不宜大于10℃。

6.4蒸养结束后，立即进入自然养护，并按自然养护工艺办理。

6.5自然养护时，梁体表面用草袋或麻袋覆盖，并在其上覆盖塑料薄膜。养护用水与拌制梁体混凝土用水相同，水温与表面混凝土之间的温差不得大于15℃。梁体洒水次数以保持混凝土表面充分潮湿为度，一般情况下，白天以1～2小时一次，晚上4小时一次。当环境相对湿度小于60％时，自然养护不少于28d；相对湿度在60％以上时，自然养护不少于14d。同时，对随梁养护的混凝土试件进行洒水养护，使试件强度与梁体混凝土强度同步增长。梁体孔道不得进水，以防波纹管生锈。

6.6当环境气温低于5℃时，梁体表面喷涂养护剂，采取保温保湿措施，禁止对混凝土洒水。

6.7安排专人按测温方案连续观测记录，升温阶段每0.5h观测一次、恒温阶段每1小时观测一次并填写记录表。及时绘制温度曲线图，当发现混凝土浇筑温度、内外温差或升降温速率出现异常时，立即报告，分析原因，采取措施。温度记录及时送交监理工程师。