徐勇 趙鵬鑫 劉戰(zhàn)利 李輝 曹繼濤 栗少清

1.中交第二公路工程局有限公司，西安710000；2.雄安高速鐵路有限公司，河北雄安071800；3.四川鐵科建設(shè)監(jiān)理有限公司，成都611731；4.中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司鐵道建筑研究所，北京100081

混凝土養(yǎng)護(hù)是混凝土工程中的重要環(huán)節(jié)。適宜的養(yǎng)護(hù)溫度、養(yǎng)護(hù)濕度和養(yǎng)護(hù)時間不僅可以促進(jìn)膠凝材料充分水化，使其力學(xué)性能迅速發(fā)展，而且可以抑制混凝土內(nèi)部毛細(xì)水分向外散失，防止混凝土表層水分快速蒸發(fā)而出現(xiàn)收縮干裂、質(zhì)量下降、耐久性降低等問題［1-5］。

目前鐵路工程建設(shè)中現(xiàn)澆墩身混凝土的養(yǎng)護(hù)主要采用反復(fù)向混凝土表面澆水、覆蓋土工布或薄膜+灑水、自動噴淋等方法，這幾種養(yǎng)護(hù)方式不僅難以確?；炷帘砻骈L時間保持高濕度，而且對用水量和人工作業(yè)有較高的要求，致使養(yǎng)護(hù)質(zhì)量得不到保障［6-8］。新建北京—雄安城際鐵路霸州北站—雄安段全部為橋梁工程，正線長18.567 km。橋梁下部承臺及墩身混凝土累計(jì)用量約20.59萬m3。由于該項(xiàng)目混凝土工程量較大，所在地區(qū)氣候干燥，多風(fēng)少雨，施工過程中墩身混凝土灑水保濕養(yǎng)護(hù)較困難。如果采取灑水方式或采用自動噴淋系統(tǒng)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，不僅容易出現(xiàn)混凝土表面干濕不一、收縮不均勻等問題，而且灑水時間和均勻性方面難以有效控制［9-10］。為保障鐵路橋墩混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和耐久性能，提升墩身混凝土養(yǎng)護(hù)質(zhì)量，在霸州北站—雄安段對墩身混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行了高效保濕養(yǎng)護(hù)膜的應(yīng)用試驗(yàn)，并與自然養(yǎng)護(hù)、灑水養(yǎng)護(hù)的保濕效果和養(yǎng)護(hù)質(zhì)量進(jìn)行對比。

1 高效保濕養(yǎng)護(hù)膜的工作原理

高效保濕養(yǎng)護(hù)膜是由中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司研發(fā)的一種新型保濕養(yǎng)護(hù)材料［11］，具有抑制水分散失和補(bǔ)充水分的雙重功能，由緊貼混凝土表面的親水性無紡布層、可儲釋水高分子材料層和水蒸氣透過系數(shù)較低的保水薄膜層組成。

墩身混凝土結(jié)構(gòu)在完成拆模后，須及時將高效保濕養(yǎng)護(hù)膜纏繞包裹在混凝土表面，然后在墩身混凝土表面與養(yǎng)護(hù)膜的空隙中由上至下一次性充分補(bǔ)水，使養(yǎng)護(hù)膜中間層的可儲釋水高分子材料中水分達(dá)到飽和。在養(yǎng)護(hù)階段可儲釋水高分子材料通過親水性無紡布層向混凝土表面緩慢釋放水分。同時，保水薄膜會阻止水分向外散失，從而使墩身混凝土表面長時間處于高濕度養(yǎng)護(hù)狀態(tài)。

2 現(xiàn)場試驗(yàn)

采用高效保濕養(yǎng)護(hù)膜對墩身混凝土進(jìn)行養(yǎng)護(hù)的試驗(yàn)流程見圖1。具體方法為：①拆除墩身混凝土鋼模板后，將高效保濕養(yǎng)護(hù)膜親水性無紡布的一面緊貼墩身混凝土表面，從上至下纏繞，搭接寬度為10～15 cm，采用透明膠帶將搭接處粘貼密封。當(dāng)養(yǎng)護(hù)膜纏繞至墩身混凝土底部時，按照墩身實(shí)際尺寸裁剪養(yǎng)護(hù)膜，再用透明膠帶纏緊固定。在墩身全部包裹養(yǎng)護(hù)膜后，在混凝土與薄膜的空隙中由上至下緩慢均勻地澆水，使養(yǎng)護(hù)膜的可儲釋水高分子材料中間層充分吸水。②在墩身混凝土養(yǎng)護(hù)期間，須定期檢查高效保濕養(yǎng)護(hù)膜有無損壞情況。如發(fā)現(xiàn)破損，須及時用透明膠進(jìn)行補(bǔ)漏處理，防止養(yǎng)護(hù)膜灌風(fēng)破壞，導(dǎo)致膜內(nèi)濕氣散失。當(dāng)墩身混凝土達(dá)到養(yǎng)護(hù)時間要求后，將高效保濕養(yǎng)護(hù)膜拆除。

圖1 采用高效保濕養(yǎng)護(hù)膜養(yǎng)護(hù)墩身混凝土試驗(yàn)流程

3 數(shù)據(jù)采集與分析

3.1 高效保濕養(yǎng)護(hù)膜的保濕效果

在施工現(xiàn)場使用濕度傳感器采集了28 d齡期環(huán)境濕度及膜內(nèi)濕度，結(jié)果見表1。

表1 不同齡期濕度測試結(jié)果

由表1可知，采用高效保濕養(yǎng)護(hù)膜養(yǎng)護(hù)至28 d齡期時膜內(nèi)濕度96.10%，而外部環(huán)境濕度在19.15%～68.46%。若僅采用灑水養(yǎng)護(hù)易受外部環(huán)境濕度影響，很難實(shí)現(xiàn)對墩身混凝土的長時間保濕養(yǎng)護(hù)。采用高效保濕養(yǎng)護(hù)膜受外部干燥環(huán)境影響較小，一次性飽水處理后，可較長時間維持較高的養(yǎng)護(hù)濕度，為墩身混凝土水化反應(yīng)及強(qiáng)度發(fā)展創(chuàng)造有利條件。

3.2 高效保濕養(yǎng)護(hù)膜對墩身混凝土結(jié)構(gòu)密實(shí)性和耐久性的影響

在霸州北站—雄安段施工現(xiàn)場進(jìn)行了灑水和高效保濕養(yǎng)護(hù)膜的養(yǎng)護(hù)效果對比試驗(yàn)。采用Torrent氣體滲透性測試儀對28 d齡期墩身混凝土表面進(jìn)行了氣體滲透系數(shù)測試（圖2）。28 d齡期時采用灑水養(yǎng)護(hù)的墩身混凝土氣體滲透系數(shù)為0.23×10-16m2，采用高效保濕養(yǎng)護(hù)膜養(yǎng)護(hù)的氣體滲透系數(shù)為0.05×10-16m2，下降了78.3%。可見利用高效保濕養(yǎng)護(hù)膜養(yǎng)護(hù)可以明顯提升混凝土表面密實(shí)性，養(yǎng)護(hù)膜內(nèi)高濕度養(yǎng)護(hù)條件促進(jìn)了混凝土的水化和密實(shí)度發(fā)展。

圖2 28 d齡期墩身混凝土表面氣體滲透系數(shù)測試

由于混凝土呈堿性，在墩身混凝土表面滴加酚酞試劑，通過其b顯示的顏色可定性分析混凝土表面碳化程度。28 d齡期時在墩身底部滴加酚酞試劑，顯色反應(yīng)如圖3所示?？梢钥闯觯荷喜繛椴捎酶咝П耩B(yǎng)護(hù)膜養(yǎng)護(hù)的混凝土表面，呈紫紅色；下部為未采用高效保濕養(yǎng)護(hù)膜養(yǎng)護(hù)的混凝土表面，呈暗綠色。這說明采用高效保濕養(yǎng)護(hù)膜養(yǎng)護(hù)的混凝土呈強(qiáng)堿性，碳化程度較低；而未采用高效保濕養(yǎng)護(hù)膜養(yǎng)護(hù)的混凝土堿性減弱，這是發(fā)生碳化的結(jié)果。

圖3 酚酞在28 d齡期墩身混凝土表面的顯色反應(yīng)

對比自然養(yǎng)護(hù)、灑水養(yǎng)護(hù)、養(yǎng)護(hù)膜養(yǎng)護(hù)的墩身混凝土表面的碳化深度，結(jié)果見表2?？芍鹤匀火B(yǎng)護(hù)和灑水養(yǎng)護(hù)的墩身混凝土表面56 d齡期碳化程度均較高，碳化深度分別為3.5、2.1 mm；與自然養(yǎng)護(hù)和灑水養(yǎng)護(hù)相比，采用高效保濕養(yǎng)護(hù)膜養(yǎng)護(hù)的墩身混凝土表面56 d齡期碳化深度分別降低了62.9%和38.1%。這進(jìn)一步證明采用高效保濕養(yǎng)護(hù)膜養(yǎng)護(hù)可有效抑制墩身混凝土表面碳化的發(fā)展。

表2 不同養(yǎng)護(hù)方式下墩身混凝土表面碳化深度

在28 d齡期墩身混凝土表面采樣，采用掃描電子顯微鏡對混凝土表面結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察，如圖4所示?？芍?，灑水養(yǎng)護(hù)的墩身混凝土表面孔隙結(jié)構(gòu)明顯，較為疏松，而采用高效保濕養(yǎng)護(hù)膜養(yǎng)護(hù)的墩身混凝土表面結(jié)構(gòu)比較密實(shí)。

圖4 不同養(yǎng)護(hù)方式下墩身混凝土表面微觀結(jié)構(gòu)

3.3 高效保濕養(yǎng)護(hù)膜對墩身混凝土表面回彈強(qiáng)度的影響

不同養(yǎng)護(hù)方式下墩身混凝土表面回彈強(qiáng)度見表3。可知：①與自然養(yǎng)護(hù)和灑水養(yǎng)護(hù)相比，采用高效保濕養(yǎng)護(hù)膜養(yǎng)護(hù)的混凝土強(qiáng)度發(fā)展較快。②56 d齡期時采用養(yǎng)護(hù)膜養(yǎng)護(hù)的混凝土表面回彈強(qiáng)度比自然養(yǎng)護(hù)、灑水養(yǎng)護(hù)分別增加了14.7%、6.3%。這說明采用高效保濕養(yǎng)護(hù)膜養(yǎng)護(hù)在改善混凝土養(yǎng)護(hù)濕度的同時，促進(jìn)了墩身混凝土的水化，有利于混凝土強(qiáng)度的發(fā)展。

表3 不同養(yǎng)護(hù)方式下墩身混凝土表面回彈強(qiáng)度

3.4 社會效益

對于高9 m的墩身混凝土結(jié)構(gòu)，保持其表面長時間濕潤，采用灑水養(yǎng)護(hù)方式用水量約幾十立方米。采用高效保濕養(yǎng)護(hù)膜養(yǎng)護(hù)一次澆水約3 m3，且無需再次補(bǔ)水。另外，采用灑水養(yǎng)護(hù)方式養(yǎng)護(hù)14 d內(nèi)每天須安排專人灑水，而采用高效保濕養(yǎng)護(hù)膜從開始包裹到完成澆水僅需1 h，工人6個，共6工時。因此，在鐵路工程中采用高效保濕養(yǎng)護(hù)膜進(jìn)行墩身養(yǎng)護(hù)，在提升養(yǎng)護(hù)效果的同時，也省時省工，節(jié)約水資源，具有較好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)論

針對鐵路工程中墩身混凝土養(yǎng)護(hù)濕度不均，灑水養(yǎng)護(hù)效果得不到保障等問題，在北京—雄安城際鐵路工程中進(jìn)行了墩身混凝土高效保濕養(yǎng)護(hù)膜應(yīng)用現(xiàn)場試驗(yàn)。得出以下結(jié)論：

1）28 d齡期墩身混凝土養(yǎng)護(hù)膜內(nèi)濕度為96.1%，膜內(nèi)濕度受外部干燥環(huán)境影響較小。

2）與灑水養(yǎng)護(hù)相比，采用高效保濕養(yǎng)護(hù)膜養(yǎng)護(hù)28 d齡期墩身混凝土氣體滲透系數(shù)下降了78.3%，56 d齡期墩身混凝土表層碳化深度降低了38.1%，回彈強(qiáng)度增加了6.3%。采用掃描電子顯微鏡觀察28 d齡期墩身混凝土表面試樣，其結(jié)構(gòu)比較密實(shí)。說明采用高效保濕養(yǎng)護(hù)膜養(yǎng)護(hù)在改善混凝土養(yǎng)護(hù)濕度的同時，促進(jìn)了墩身混凝土的水化，有利于混凝土密實(shí)度和強(qiáng)度的發(fā)展。

3）采用高效保濕養(yǎng)護(hù)膜易于操作，省工省時，節(jié)省水資源。

綜上，高效保濕養(yǎng)護(hù)膜不僅可以提升工程的養(yǎng)護(hù)質(zhì)量，還具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，值得推廣。