短龄期早强混凝土智能变温蒸养关键技术

陈劼

（保利长大工程有限公司，广州 511430）

摘  要： 为了初步验证预制T梁蒸养条件下砼强度和弹性模量在目标时间内满足规范要求的可行性，本文以京德高速公路ZT9标预制T梁为研究项目，探讨了短龄期早强混凝土的应用。

关键词：短龄期  早强  混凝土  蒸养技术

1、工程概况及特点

京德高速ZT9标合同段路线全长6.869km（K78+510.515~K85+380）。主要工程为文安洼2号特大桥，桥梁全长6.814km，为预应力砼T梁+现浇箱梁上部结构，下部构造为桩柱式结构，预制T梁共计3052片，分为25m、30m、40m三种形式；路基长度57m，路桥比99%。

本项目30mT梁采用纵向可移动式台座，固定式液压侧模进行施工，为保证冬季正常施工及加快施工速度，提高T梁前期强度及弹性模量，压缩张拉龄期，缩短移动台座周转时间， 30mT梁采用蒸汽养生工艺。

2、配合比设计

2.1  原材料的选用

经过当地实际考察和取样试验，最终选用以下原材料：

水  泥：涞水金隅冀东环保科技有限公司 P·O42.5

水泥试验结果

检测项目		技术要求	检测结果
比表面积（㎡/kg）		≥300	339
凝结时间（min）	初凝	≥45	161
	终凝	≤600	198
安定性		合格	合格
强度		合格	合格
烧失量（%）		≤5.0	2.76
碱含量（%）		≤0.60	0.57
氯离子含量（%）		≤0.06	0.024

河  砂：任丘市耀鼎建材销售有限公司 II区中砂

河砂试验结果

检测项目	技术要求	检测结果
细度模数	2.3-3.0	2.92
表观密度（kg/m³）	＞2500	2646
含泥量（%）	≤2.0	0.8
泥块含量（%）	≤0.5	0.2
坚固性（%）	≤8	3
云母含量（%）	≤1.0	0.1
硫化物及硫酸盐含量（%）	≤1.0	0.2
轻物质含量（%）	≤1.0	0.1
氯化物含量（%）	＜0.01	0.00

碎 石：涞水县顺合建材有限公司， 5-20mm连续碎石，(5-10mm)：(10-20mm)=3：7

碎石试验结果

检测项目	技术要求	检测结果
针片颗粒状含量（%）	＜5	2.1
表观密度（kg/m³）	＞2500	2778
含泥量（%）	＜0.5	0.2
泥块含量（%）	＜0.5	0.1
压碎值（%）	＜20	19.5
硫化物及硫酸盐含量（%）	＜0.5	0.2
氯离子含量（%）	/	0.0014

粉煤灰：山东华能德州电力实业总公司 F类I类

粉煤灰试验结果

检测项目	技术要求	检测结果
细度（%）	≤12.0	7.8
需水量比（%）	≤95	95
含水率（%）	≤1.0	0.2
烧失量（%）	≤5.0	4.74
三氧化硫（%）	≤3.0	0.90
游离氧化钙（%）	≤1.0	0.06
氯离子含量（%）	/	0.006

矿渣粉：河北纵横集团丰南钢铁有限公司 S95

矿渣粉试验结果

检测项目	技术要求	检测结果
比表面积（㎡/kg）	≥400	427
流动度比（%）	≥95	101
密度（g／cm3 ）	≥2.8	2.92
烧失量（%）	≤1.0	0.73
三氧化硫（%）	≤4.0	0.42
含水率（%）	≤1.0	0.2
活性指数（%）	≥95	97
氯离子含量（%）	≤0.06	0.005

外加剂：江苏苏博特新材料股份有限公司 PCA-I高性能减水剂

外加剂试验结果

检测项目	技术要求	检测结果
减水率（%）	≥25	28
泌水率比（%）	≤20	14
含气量（%）	≤6.0	3.0
28d抗压强度比（%）	≥120	141
28d收缩率（%）	≤135	99
碱含量（%）	≤10.0	0.38
水泥净浆流动度（mm）	≥240	272
硫酸钠含量（%）	≤5.0	0.42
相对耐久性（200次）（%）	≥80	83.4
氯离子含量（%）	≤0.02	0.011

2.2 混凝土配合比试配、调整与确定

根据经验及配合比计算公式求得基准配合比，进行4个配合比试拌，具体参数见下表：

C50配合比1（kg/m3）
水泥				粉煤灰			矿粉			河砂			碎石5-10			碎石10-20			水			减水剂
347				58			72			694			217			869			143			5.25
坍落度：220mm，扩展度：550×520mm
1h坍落度：240mm，扩展度：590×600mm
2d抗压强度：50.9Mpa，轴心抗压强度：40.7Mpa，弹性模量：3.33
	C50配合比2（kg/m3）
	水泥		粉煤灰			矿粉			河砂			碎石5-10			碎石10-20			水			减水剂
	378		38			57			675			220			882			151			5.66
	坍落度：220mm，扩展度：560×490mm
	1h坍落度：220mm，扩展度：500×520mm
	2d抗压强度：54.0Mpa，轴心抗压强度：41.0Mpa，弹性模量：3.45
	C50配合比3（kg/m3）
	水泥	粉煤灰			矿粉			河砂			碎石5-10			碎石10-20			水			减水剂
	396	41			41			691			338			790			153			5.74
	坍落度：220mm，扩展度：610×610mm
	1h坍落度：210mm，扩展度：570×570mm
	2d抗压强度：54.9Mpa，轴心抗压强度：46.7Mpa，弹性模量：3.9
	C50配合比4（kg/m3）
	水泥	粉煤灰			矿粉			河砂			碎石5-10			碎石10-20			水			减水剂
	409	42			42			686			335			783			153			5.92
	坍落度：250mm，扩展度：600×590mm
	1h坍落度：235mm，扩展度：590×550mm
	2d抗压强度：70.4Mpa，轴心抗压强度：59.6Mpa，弹性模量：5.14

根据不同配合比试验后，从经济性及和易性方面拟选用3号配合比进行试验研究。

2.3 蒸养方案的调整与确定

为了模拟现场的施工，制定了蒸养方案一。将砼试件成型后静置6小时，待混凝土初凝后放置蒸养箱升温4小时到35℃（升温速度不应大于12℃/h），35℃恒温4小时，2小时降温到20℃（以不超过15℃/h的降温速度将至砼试件表面温度与环境温度之差不大于20℃的温度范围内），带模蒸养结束后将砼试件取出拆模；砼试件拆模后再次放入蒸养箱进行蒸养，升温3小时到50℃，50℃恒温17小时，2小时降温到20℃，蒸养结束后把砼试件放入标养室试验时使用。

48h				R28
抗压强度（MPa）	轴心抗压（MPa）	弹性模量值(*104MPa)	蒸养温度(℃)	抗压强度（MPa）	轴心抗压（MPa）	弹性模量值(*104MPa)	蒸养温度(℃)
57.7	48.4	4.61	50	66.5	61.3	4.89	50

使用蒸养方案一后48小时砼强度和弹性模量满足规范要求，然后对其进行了经济性考虑，对蒸养温度进行了调整，制定了蒸养方案二。将砼试件成型后静置6小时，待混凝土初凝后放置蒸养箱升温4小时到35℃（升温速度不应大于12℃/h），35℃恒温4小时，2小时降温到20℃（以不超过15℃/h的降温速度将至砼试件表面温度与环境温度之差不大于20℃的温度范围内），带模蒸养结束后将砼试件取出拆模；砼试件拆模后再次放入蒸养箱进行蒸养，升温3小时到45℃，45℃恒温15小时，2小时降温到20℃，蒸养结束后把砼试件放入标养室试验时使用。

48h				R28
抗压强度（MPa）	轴心抗压（MPa）	弹性模量值(*104MPa)	蒸养温度(℃)	抗压强度（MPa）	轴心抗压（MPa）	弹性模量值(*104MPa)	蒸养温度(℃)
54.6	46.1	4.04	45	65.7	53.9	4.46	45

通过试验砼强度和弹性模量可以满足规范要求，最终从经济性方面确定选用蒸养方案二。

2.4首片环形生产线预制T梁浇筑

2.4.1准备工作

测量各种原材料的温度，确定粗集料、细集料的含水率：

（1）温度测量：细集料温度为5.3℃，粗集料温度为4.7℃，拌合用水温度为58.3℃。

（2）含水率试验：粗集料(5-10mm、10-20mm)含水率均为0.5%，细集料（Ⅱ区中砂）含水率为3.0%。

2.4.2混凝土生产情况

浇筑混凝土标号为C50，搅拌时间为180s，设计配合比(水泥：粉煤灰：矿渣粉：河砂：5-10mm碎石：10-20mm碎石：水：外加剂=396:41:41:691:338:790:153:5.74)，现场施工配合比(水泥：粉煤灰：矿渣粉：河砂：5-10mm碎石：10-20mm碎石：水：外加剂=396:41:41:712:340:794:126:5.74）

第一盘砼出机温度为15.4℃,观察砼状态发现和易性极差，对配合比及时进行了调整，增加了外加剂惨量，在第一车到达现场时进行坍落度试验，测得坍落度为220mm，扩展度为500mm×510mm，泵送入模温度为10.5℃。

混凝土满足现场施工条件开始浇筑时取料做同养砼试件，制作棱柱体试件9组，标准试件10组。

2.4.3同条件蒸汽养生

混凝土浇筑完成后带模蒸汽养生，带模蒸汽养生静置4小时（侧模温度保持在10℃左右），升温2小时至35℃左右，恒温8小时。通过侧模内通入蒸汽（模板内布设管道），顶板通入蒸汽（喷射蒸汽）并上盖保温板及帆布。静置阶段内完成顶板放置同条件强度、弹性模量试块及上盖保温板、帆布。蒸养室蒸养共计24小时，其中升温5小时至45℃，9小时至50℃，50℃恒温9小时，降温6小时至20℃，最后梁板自然水化热（蒸养室封闭状态）。

2.4 .4强度及弹性模量检测

模板拆除前先进行同养试块强度及弹性模量检测，具体数据如下：

抗压强度试验					轴心抗压强度试验
试件尺寸（mm）		极限荷载（kN）	单值（MPa）	代表值（MPa）	试件尺寸（mm）		极限荷载（kN）	单值（MPa）	代表值（MPa）
长	150	593.82	26.4	25.7	长	300	498.75	22.2	21.1
宽	150				宽	150
高	150				高	150
长	150	549.53	24.4		长	300	457.22	20.3
宽	150				宽	150
高	150				高	150
长	150	590.43	26.2		长	300	470.74	20.9
宽	150				宽	150
高	150				高	150

抗压弹性模量试验
试件尺寸（mm）		初读数（×10-3mm）		终读数（×10-3mm）		变形增量（×10-3mm）			循环后破坏荷载（kN）	循环后轴心抗压强度（MPa）	抗压弹性模量               （×104MPa）	抗压弹性模量代表值               （×104MPa）
		千分表1	千分表2	千分表1	千分表2	千分表1	千分表2	平均
长	300	4	0	31	32	27	32	30	543.46	24.2	3.65	3.57
宽	150	10	4	33	35	23	31	27
高	150	12	7	35	38	23	31	27
长	300	3	2	37	41	34	39	76	472.77	21.0	3.18
宽	150	10	9	38	43	28	34	31
高	150	13	11	40	46	27	35	31
长	300	5	1	34	26	29	25	76	570.17	25.3	3.87
宽	150	10	1	35	27	25	26	26
高	150	10	1	34	28	24	27	26

蒸养室蒸养完成后进行了同养试块强度、弹性模量检测及T梁实体结构强度回弹，具体数据如下：

抗压强度试验					轴心抗压强度试验
试件尺寸（mm）		极限荷载（kN）	单值（MPa）	代表值（MPa）	试件尺寸（mm）		极限荷载（kN）	单值（MPa）	代表值（MPa）
长	150	1191.84	53.0	52.6	长	300	764.02	34.0	36.1
宽	150				宽	150
高	150				高	150
长	150	1222.92	54.4		长	300	831.92	37.0
宽	150				宽	150
高	150				高	150
长	150	1136.64	50.5		长	300	837.50	37.2
宽	150				宽	150
高	150				高	150

抗压弹性模量试验
试件尺寸（mm）		初读数（×10-3mm）		终读数（×10-3mm）		变形增量（×10-3mm）			循环后破坏荷载（kN）	循环后轴心抗压强度（MPa）	抗压弹性模量               （×104MPa）	抗压弹性模量代表值               （×104MPa）
		千分表1	千分表2	千分表1	千分表2	千分表1	千分表2	平均
长	300	2	0	43	39	41	39	40	897.78	39.9	4.43	4.63
宽	150	7	4	44	45	37	41	39
高	150	10	8	45	51	35	43	39
长	300	3	0	40	38	37	38	38	874.91	38.9	4.86
宽	150	6	5	41	41	35	36	36
高	150	8	8	41	46	33	38	36
长	300	3	1	45	42	42	41	42	825.86	36.7	4.60
宽	150	6	5	45	45	39	40	40
高	150	5	5	34	41	44	36	39

单项工程			京德高速公路ZT9标								测试角度：水平
构件名称			文安洼2号特大桥右幅78#-2T梁								测试面状态：侧面
回弹仪型号			ZC3-A								浇筑日期		2020.1.18				回弹日期		2020.1.20
测区	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	有效均值 (N)	碳化深度 （mm）	推算强度 （MPa）
南侧腹板	43	48	40	38	41	41	43	38	42	41	44	45	46	38	40	43	41.8	0	48.2
南侧腹板	52	49	40	38	42	50	43	48	40	38	41	42	43	48	39	38	42.6	0	50.0
南侧腹板	40	42	40	40	44	42	40	40	42	39	43	42	38	38	41	40	40.7	0	45.8
南侧腹板	44	43	38	38	38	39	41	45	42	41	38	41	40	41	40	42	40.5	0	45.3
南侧腹板	40	40	38	44	43	43	46	46	39	41	46	38	40	49	42	40	41.9	0	48.4
北侧腹板	40	44	40	42	42	38	38	36	40	38	36	38	50	46	40	36	39.6	0	43.4
北侧腹板	48	36	40	36	40	40	40	40	38	46	38	43	38	38	39	36	39.1	0	42.3
北侧腹板	38	38	42	38	38	41	39	36	39	38	36	42	40	40	44	38	38.9	0	41.9
北侧腹板	42	44	44	40	40	40	38	44	46	48	40	38	40	44	40	40	41.4	0	47.3
北侧腹板	40	40	38	38	38	42	40	38	36	40	40	38	40	38	40	49	39.2	0	42.5
最小推算强度			41.9				标准差		2.9						推算平均值		40.7

3.施工中的强度及弹性模量

2020年1、3、4、5月，根据各月份浇筑梁板，制作同养生试件进行对比分析。其中，1月1片，3月1片，4月3片，5月2片。

3.1环形生产线强度曲线

抗压强度、轴心抗压强度、弹性模量值、蒸养温度变化见下表：

1月浇筑梁板：

右幅78#-2T梁带模蒸养温度为35 ℃，蒸养房温度为50 ℃。

蒸养预制T梁同养生试件数据图

3月浇筑梁板：

右幅78#-3T梁带模蒸养温度为30 ℃，蒸养房温度为40 ℃。

蒸养预制T梁同养生试件数据图

4月浇筑梁板：

右幅78#-4T梁带模蒸养温度为30 ℃，蒸养房温度为45 ℃。

蒸养预制T梁同养生试件数据图

右幅78#-5T梁带模蒸养温度为35 ℃，蒸养房温度为50 ℃。

蒸养预制T梁同养生试件数据图

右幅79#-2T梁带模蒸养温度为35 ℃，蒸养房温度为45 ℃。

蒸养预制T梁同养生试件数据图

5月浇筑梁板：

右幅79#-6T梁带模蒸养温度为35 ℃，蒸养房温度为45 ℃。

蒸养预制T梁同养生试件数据图

右幅80#-2T梁带模蒸养温度为35 ℃，蒸养房温度为45 ℃。

蒸养预制T梁同养生试件数据图

3.2传统和环形生产线的强度增长曲线对比

2020年9月份对普通梁场制作同步养生试件进行对比分析，抗压强度、轴心抗压强度、弹性模量值见下表：

9月浇筑梁板：

右幅180#-1T梁普通同步养生。

普通预制T梁同养生试件数据图

蒸养与普通预制T梁同养生试件对比数据图

3、结语

本工程改进了常规的预制T梁生产工艺，解决了面对工期紧、预制梁板数多的情况，采用传统工艺需要庞大数量的台座、模板及占地面积的难题；充分发挥了模板实现连续生产，等待时间短，模板的利用率高的优势，极大的节省了施工工期；因此，京德高速公路ZT9标预制T梁的施工，采用短龄期早强混凝土智能变温蒸养技术是一种较为理想的施工工艺，可供同类工程作为参考。参考文献：

[1]张耀,满高鹏,李俊成.外加剂及其复合使用对蒸养混凝土制品强度的影响[J].混凝土与水泥制品,2019,(10):31-36.

[2]刘俊龙,麻海燕,李强, 等.高性能混凝土的外加剂优化研究[J].南京航空航天大学学报（英文版）,2011,28(2):206-210.

[3]李艳芝,亓良树.复合矿物外加剂在水泥制品中的应用研究[J].混凝土与水泥制品,2007,(6):29-31.

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