王 浩

(中國(guó)水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

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淺談溫度控制對(duì)管片質(zhì)量的影響

王 浩

(中國(guó)水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

預(yù)制管片襯砌是雙護(hù)盾TBM掘進(jìn)中的重要施工環(huán)節(jié)。為了確保TBM的正常掘進(jìn)，應(yīng)有足量、合格的預(yù)制管片儲(chǔ)備，介紹了在管片生產(chǎn)過(guò)程中溫度對(duì)管片質(zhì)量的影響，從所需要的設(shè)施布置、蒸養(yǎng)室內(nèi)溫度的控制和管片成型后堆放靜養(yǎng)等方面闡述了溫度對(duì)管片質(zhì)量的影響以及所采取的相應(yīng)的質(zhì)量保障措施，使管片生產(chǎn)日產(chǎn)量最大化。

管片質(zhì)量；溫度控制；脫模強(qiáng)度

1 工程概況

Coca Codo Sinclair水電站項(xiàng)目位于厄瓜多爾共和國(guó)Napo和Sucumbios省內(nèi)，總裝機(jī)容量為1 500 MW。主要建筑物包括首部樞紐、輸水隧洞、調(diào)蓄水庫(kù)、壓力管道、廠房發(fā)電系統(tǒng)等。輸水隧洞工程線路全長(zhǎng)24.8 km，其中調(diào)節(jié)水庫(kù)施工區(qū)TBM2管片襯砌段約13 km，隧洞開(kāi)挖直徑為9.1 m，一次襯砌采用豆粒石回填并灌漿，二次襯砌采用管片襯砌，管片襯砌后內(nèi)徑為8.2 m，管片厚30 cm。管片混凝土強(qiáng)度等級(jí)根據(jù)圍巖類(lèi)別分為B、C、D三種類(lèi)型，其中B型管片設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C40，C型管片和D型管片設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C50。因隧洞斷面較大，一環(huán)管片襯砌需由七片管片組合安裝。

C40、C50高標(biāo)號(hào)混凝土密實(shí)度高、抗?jié)B性能好、耐久性強(qiáng)，但其早期收縮大，若控制措施不當(dāng)，容易產(chǎn)生裂縫，所以，在施工過(guò)程中要嚴(yán)格控制混凝土養(yǎng)護(hù)室的溫度和濕度。

2 設(shè)施布置

(1) 供熱設(shè)施布置。在預(yù)制廠內(nèi)合適的位置設(shè)置一套鍋爐系統(tǒng)，鍋爐容量、型號(hào)按需求蒸汽量配置。采用管路供熱方法為蒸養(yǎng)室內(nèi)供送蒸汽，主供熱管在分支供熱回路上安裝專(zhuān)業(yè)的自動(dòng)供氣閥，以控制蒸汽的輸送速度和輸送量。

(2)蒸汽養(yǎng)護(hù)室的布置。蒸汽養(yǎng)護(hù)室采用整體式養(yǎng)護(hù)室，外形美觀且易于安裝。在蒸養(yǎng)棚安裝時(shí)需保證接縫處的密封性，以形成密閉氣室，避免因蒸養(yǎng)棚漏氣造成室內(nèi)溫度、濕度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求進(jìn)而影響管片質(zhì)量。

(3)低溫條件下生產(chǎn)時(shí)，若有必要的話(huà)應(yīng)對(duì)砂石骨料進(jìn)行加熱保溫，以保證混凝土的拌和質(zhì)量(如當(dāng)?shù)赜械蜏丶竟?jié)時(shí))。

(4)夏季施工應(yīng)采取搭涼棚、灑水、噴霧、加大骨料堆高或地垅取料的方式以降低砂石料等原材料的溫度。

3 蒸汽養(yǎng)護(hù)室的溫度控制

管片混凝土蒸汽養(yǎng)護(hù)分為靜停階段(預(yù)養(yǎng)階段)、升溫階段、恒溫階段、預(yù)降溫階段和降溫階段五部分。CCS項(xiàng)目管片蒸養(yǎng)室布置有三條生產(chǎn)線，每條線上有11個(gè)模具，共有33個(gè)模具，每條蒸養(yǎng)線上按照 4∶4∶3的模具比例劃分，即4個(gè)升溫區(qū)模具，4個(gè)恒溫區(qū)模具，3個(gè)降溫區(qū)模具。以每小時(shí)澆筑5個(gè)管片為例，管片在升溫區(qū)的時(shí)間為144 min，然后管片進(jìn)入恒溫區(qū)，時(shí)間同樣為144 min，之后進(jìn)入降溫區(qū)的時(shí)間為108 min，管片即完成了整個(gè)蒸養(yǎng)過(guò)程。蒸養(yǎng)時(shí)，要保證恒溫區(qū)溫度在50 ℃至60 ℃范圍內(nèi)，同時(shí)濕度要不小于80%。這是兩個(gè)重要的外部條件，同時(shí)，管片的澆筑應(yīng)均衡有序的進(jìn)入蒸養(yǎng)線，并同時(shí)控制升溫速度和降溫速度在15°/h左右，防止管片不均衡進(jìn)入和不均衡升降溫對(duì)管片的質(zhì)量造成不利影響。

3.1 靜停階段(預(yù)養(yǎng)階段)

靜停階段又稱(chēng)預(yù)養(yǎng)階段，是指管片混凝土在入倉(cāng)振搗結(jié)束至管片即將進(jìn)入蒸養(yǎng)室升溫區(qū)的養(yǎng)護(hù)階段。通過(guò)靜停(預(yù)養(yǎng))可增加混凝土在升溫期對(duì)結(jié)構(gòu)破壞作用的抵抗能力。靜停期(預(yù)養(yǎng)期)的長(zhǎng)短取決于混凝土性能、外界溫度和恒溫溫度等，厄瓜多爾常年氣溫在18℃～25 ℃，故此階段預(yù)養(yǎng)時(shí)間較短，約為20 min。

3.2 升溫階段

混凝土的結(jié)構(gòu)破壞主要發(fā)生在升溫階段，該階段主要表現(xiàn)為粗孔體積增大，氣、液相數(shù)量增多。若升溫速度過(guò)快，由于粗骨料與終凝后的水泥砂漿的熱膨脹系數(shù)差別較大，將會(huì)導(dǎo)致熱應(yīng)力的產(chǎn)生，當(dāng)熱拉應(yīng)力和剪應(yīng)力大于混凝土的抗拉抗剪強(qiáng)度時(shí)就會(huì)出現(xiàn)裂紋，因此，應(yīng)將升溫速度控制在15 ℃/h左右。該工程實(shí)際按升溫階段50 ℃左右控制。

3.3 恒溫階段

恒溫期是混凝土強(qiáng)度的主要增長(zhǎng)期?；炷猎诤銣貢r(shí)的硬化速度取決于水泥品種、水灰比和恒溫溫度等。影響升溫時(shí)間的因素有水泥品種、強(qiáng)度等級(jí)、升溫速度等。為避免養(yǎng)護(hù)溫度與環(huán)境溫度相差太大，使管片在出模時(shí)溫度過(guò)高，對(duì)環(huán)境溫度變化過(guò)于敏感而造成裂縫現(xiàn)象的出現(xiàn)，該工程在實(shí)際生產(chǎn)施工中將恒溫階段的溫度控制在60 ℃，恒溫時(shí)間控制在144 min左右。

3.4 預(yù)降溫階段

在混凝土強(qiáng)度達(dá)到要求后，即可開(kāi)始降溫。若降溫速度過(guò)快會(huì)導(dǎo)致管片內(nèi)外表面因溫差過(guò)大產(chǎn)生裂縫，所以，在降溫階段要緩慢、均勻降溫。該工程實(shí)際將降溫階段分為兩部分：預(yù)降溫階段和降溫階段。該工程在實(shí)際生產(chǎn)施工中將預(yù)降溫階段的溫度控制在50 ℃左右。

3.5 降溫階段

經(jīng)過(guò)預(yù)降溫階段后的管片溫度與環(huán)境溫度依然存在較大的溫差，故該工程在預(yù)降溫階段后又設(shè)置了降溫區(qū)，該區(qū)域只設(shè)置保溫蒸汽管路而未設(shè)置加熱管路，以便管片能夠緩慢均勻地降溫，以免產(chǎn)生因降溫過(guò)快、管片產(chǎn)生過(guò)大的收縮應(yīng)力，導(dǎo)致管片表面出現(xiàn)龜裂及疏松等結(jié)構(gòu)損傷現(xiàn)象。該工程在實(shí)際生產(chǎn)施工中將降溫階段的溫度控制在35 ℃左右。

混凝土管片蒸汽養(yǎng)護(hù)室各區(qū)域蒸養(yǎng)溫度和蒸養(yǎng)時(shí)間的確定影響著管片的生產(chǎn)質(zhì)量和管片生產(chǎn)效率。合理的設(shè)計(jì)和確定蒸養(yǎng)制度既能提高混凝土管片質(zhì)量，也能提高生產(chǎn)效率，節(jié)約成本。表1 為CCS項(xiàng)目管片蒸養(yǎng)后脫模強(qiáng)度表。

綜合生產(chǎn)系統(tǒng)的運(yùn)行速度并結(jié)合隧洞的地質(zhì)情況，CCS項(xiàng)目需要大量的B型管片、且當(dāng)?shù)匾?guī)范要求脫模強(qiáng)度不得低于12 MPa(圓柱體試模)，故B型管片(C40)采用6 h蒸養(yǎng)時(shí)間，從而使每天的產(chǎn)量平均可達(dá)112片，即16環(huán)，能夠滿(mǎn)足TBM掘進(jìn)要求。

表1 CCS項(xiàng)目管片蒸養(yǎng)后脫模強(qiáng)度表

4 管片室內(nèi)靜養(yǎng)間的溫度控制

混凝土管片成型后的表面溫度約為38 ℃～43 ℃，出倉(cāng)強(qiáng)度約為12～14 MPa(圓柱體試模),故需在室內(nèi)靜養(yǎng)間進(jìn)行后期養(yǎng)護(hù)。

為避免因環(huán)境溫度與管片表面溫差較大而造成管片表面龜裂的出現(xiàn)，需在室內(nèi)靜養(yǎng)幾小時(shí)，然后灑水養(yǎng)護(hù)，從而使管片溫度能夠緩慢的降至環(huán)境溫度。

對(duì)于成型管片的養(yǎng)護(hù)一般為噴淋養(yǎng)護(hù)、浸泡養(yǎng)護(hù)和噴淋養(yǎng)護(hù)劑養(yǎng)護(hù)等。該工程采用水噴淋養(yǎng)護(hù)方法，在室內(nèi)、外靜養(yǎng)間設(shè)置養(yǎng)護(hù)水噴淋設(shè)備，定期進(jìn)行噴淋養(yǎng)護(hù)。

5 分析與總結(jié)

要充分認(rèn)識(shí)到管片成型的每個(gè)階段對(duì)管片質(zhì)量的影響，重視管片生產(chǎn)的每個(gè)環(huán)節(jié)，針對(duì)每個(gè)階段制定相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施。

(1)管片靜停期(預(yù)養(yǎng)期)的作用在于提高水泥在蒸氣養(yǎng)護(hù)開(kāi)始前的水化程度，使混凝土具有必要的初始結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，以增強(qiáng)混凝土對(duì)升溫期結(jié)構(gòu)破壞的抵御力。混凝土管片的預(yù)養(yǎng)時(shí)間越長(zhǎng)，混凝土的初始結(jié)構(gòu)強(qiáng)度就越大，混凝土蒸養(yǎng)后，管片內(nèi)部的損傷就減小。但靜停(預(yù)養(yǎng))時(shí)間越長(zhǎng)，則其管片生產(chǎn)周期就越長(zhǎng)，導(dǎo)致其無(wú)法滿(mǎn)足施工現(xiàn)場(chǎng)要求，因此，應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際環(huán)境情況確定具體的靜停時(shí)間。

(2)管片蒸養(yǎng)最主要的影響階段是升溫和降溫階段，這是減少管片表面龜裂紋和管片內(nèi)在質(zhì)量的重要階段。以該工程為例，若將蒸養(yǎng)室升溫區(qū)溫度設(shè)置為55 ℃、恒溫區(qū)溫度設(shè)置為65 ℃時(shí)，則管片出倉(cāng)的表面溫度為43℃～48 ℃，管片外表面易出現(xiàn)龜裂或脫皮現(xiàn)象。在控制溫度的同時(shí)，不能忽略蒸養(yǎng)室內(nèi)的濕度，應(yīng)保證其濕度不小于80%。

(3)管片室內(nèi)靜養(yǎng)間養(yǎng)護(hù)是非常關(guān)鍵的生產(chǎn)工序，管片蒸養(yǎng)制度和后期的養(yǎng)護(hù)方法將直接對(duì)混凝土的物理力學(xué)性能、體積穩(wěn)定性能和耐久性能產(chǎn)生影響，一旦控制不當(dāng)，就有可能造成混凝土產(chǎn)生裂紋和耐久性能下降。因此，對(duì)室內(nèi)靜養(yǎng)間的溫度控制和養(yǎng)護(hù)用水水溫都應(yīng)引起重視。噴淋養(yǎng)護(hù)用水水溫與管片溫度溫差不超過(guò)15 ℃，避免管片產(chǎn)生裂縫。

6 結(jié) 語(yǔ)

為了保證管片施工質(zhì)量，必須充分了解和認(rèn)識(shí)管片生產(chǎn)中的各個(gè)環(huán)節(jié)溫度對(duì)管片質(zhì)量的影響。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，布置加熱保溫蒸汽管路，選擇合適有效的蒸養(yǎng)密封措施。嚴(yán)格控制蒸養(yǎng)階段的溫度和濕度，保證管片能夠均勻的升降溫度且恒溫溫度不能過(guò)高。要充分監(jiān)測(cè)環(huán)境溫度變化對(duì)管片質(zhì)量的影響，做好管片成型后的后續(xù)養(yǎng)護(hù)工作。

(責(zé)任編輯：李燕輝)

2016-08-15

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1001-2184(2016)05-0019-02

王 浩(1973-)，男，四川成都人，工程師，從事建設(shè)工程施工技術(shù)與管理工作.