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PC混凝土构件蒸汽养护技术探讨

摘要:文章探索了早期蒸汽养护对混凝土性能的影响。提出应采取建立专用蒸汽养护室,对PC混凝土构件进行蒸汽养护,观察其养护效果;同时在蒸养过程中,必须对构件的移送与静置、构件升温、构件恒温保持、构件降温各阶段加以严格控制。因此,对PC混凝土构件实施早期养护时,对于静置期不升温、升降温阶段的速度控制、构件的保湿防裂等方面,应当严格执行规范要求,以确保构件的质量。

关键词:混凝土构件;蒸汽养护技术

PC混凝土构件,也就是预制凝土构件,其从浇筑到达到所需的强度,在自然养护条件下,需要较长的周期,环境温度是决定该周期长短的决定性因素。在夏季,该周期为一周左右,而在冬季,会延长至两周甚至更长。当环境温度下降至低于0℃时,混凝土中的水分己经开始结冰,这将导致混凝土的冰冻损伤,此时已不能进行预制混凝土的浇筑作业。因此,在冬季,通常采用蒸汽养护的方式,加速混凝土凝结硬化、缩短脱模时间、加快模具周转、提高生产效率[1]。PC混凝土构件在工厂生产时,利用蒸汽进行人工升温养护比较容易实现,且生产成本相对低廉。

1PC混凝土构件早期养护的重要性

1.1混凝土的水化、凝结与硬化

探讨混凝土构件的早期养护,必须先了解混凝土的水化、凝结与硬化过程。混凝土是由固体的水泥加适量水搅拌均匀后凝结而成,这其中经历了“水化”、“凝结”、“硬化”三个阶段(图1)。所谓混凝土的“水化”,就是水泥和水拌和后发生的一系列物理化学变化,这是一个十分复杂的过程[2]。水泥加水成为水泥浆后,其中的主要成分硅酸盐就开始发生水化,并生成水化产物。只有使水泥完全“水化”才能达成混凝土未来的高强度、高性能。混凝土的水化包括了“水化”、“凝结”、“硬化”过程,分为5个阶段:图中Ⅰ区为诱导前期阶段,其水化反应剧烈;Ⅱ区为诱导期阶段,反应极其缓慢,又称静止期,该阶段实为初凝阶段;Ⅲ区为加速期阶段,也是终凝阶段,出现第二个放热峰,到达峰顶时标志凝结阶段的结束;Ⅳ区为减速期阶段,为硬化阶段,其反应速度随时间而下降,水化作用逐渐受扩散速率的控制;Ⅴ区为稳定期阶段,该阶段反应速率很低且基本稳定,水化作用已近尾声。

1.2早期养护对混凝土性能的决定性影响

混凝土性能主要由混凝土组分、混凝土配制和混凝土养护等因素决定。在原材料、配合比和施工工艺一定的情况下,混凝土的养护,特别是早期的养护,就成为混凝土性能的决定性因素。混凝土的养护包括养护温度、养护湿度、养护时间等,对混凝土水化的硬化程度、强度发展、耐久性等均有着重要影响。其中尤以养护温度的控制最为关键。一般来说,养护温度越高,强度发展越快。研究表明当温度低于某一限值时,水泥水化反应将不再进行,混凝土强度停止发展,这个温度在-10℃左右。实际上,在温度低于0℃的情况下,混凝土中的水分己经开始结冰,这将导致混凝土的冰冻损伤。除了温度外,环境湿度对混凝土的养护也有重要影响,若养护初期的混凝土所处的环境没有保持充分的湿度,会造成混凝土中水分大量散失,水分的散失既阻滞了水泥的水化,又使混凝土因失水而收缩,导致混凝土出现早期收缩性裂缝。因此,综合混凝土早期养护对温度与湿度的要求,以及设施的易建和运行成本的考量,采取蒸汽养护法是比较经济、可行的方案。尤其是在冬季,可以大大地缩短生产周期,提高产出率。

2PC混凝土构件蒸汽养护技术要点

2.1蒸养设施的配备

对于PC混凝土构件蒸养设施的准备来说,当生产是在工厂内进行时,蒸汽发生设备、养护室的设置、构件的转运等都较方便。对于蒸汽发生设备,目前符合绿色环保要求的是燃气式锅炉;而养护室的设置,则需根据构件的尺寸形状搭建封闭的隔热保湿房。养护室内应设置温、湿度显示器,便于对构件蒸养过程的温、湿度进行监控。有条件的可以设置温、湿度自动感应调节装置,确保温、湿度的适宜度。

2.2蒸养工艺的安排

PC混凝土构件的蒸养过程,需要依照一定的工艺流程并按相应的工艺参数来执行。具体工艺流程:构件移送与静置→构件升温→构件恒温保持→构件降温具体工艺参数如下:(1)构件移送与静置。将浇筑完成的PC混凝土构件移送至蒸养室内,并静置至少15分钟。(2)构件升温。静置阶段过后,将蒸汽送入换热器,持续升高养护室的温度。但升温速度应控制在10~15℃/h,最高温度不应高于65℃。(3)构件恒温保持。当养护室温度达到最高温度后,应停止升温并保持之,该过程大约需要1.5~2h。(4)构件降温。恒温保持阶段完成后,可对养护室温度进行降温,但降温速度不应超过10℃/h,当温度接近室温时,方可将构件移出养护室。

3PC混凝土构件蒸汽养护时的注意点

(1)关于移送与静置。在移送构件时,一定要连同成型模具一起移送,且模具必须是刚性的,以确保构件在移送过程中不发生任何变形。因为刚浇筑完成的PC混凝土构件,处于完全的塑性状态,没有任何强度;至于静置时间的遵守,是因为在构件浇筑完成后的15分钟内,构件处于诱导前期阶段,此时水化反应最为剧烈,且伴随剧烈的放热反应,不宜给其升温。(2)关于构件升、降温阶段的速度控制。构件在升温阶段中,因其内部的水化反应,伴随着较大的放热反应。与此同时,体积也在膨胀。此时如果剧烈升温,构件会产生膨胀性裂纹。因此该阶段的升温速度必须控制在10~15℃/h以内。而在降温阶段,构件内部所发生的变化主要是混凝土伴随着凝结过程所产生的体积的收缩、水分的汽化飞散。此时如果剧烈降温,构件会产生收缩性开裂。因此该阶段的降温速度必须控制在10℃/h以内[3]。(3)关于构件的保湿。构件的保湿,是蒸养过程中必须重点关注的事项。如果不能保持其表面湿润,混凝土的表面会因水分过早蒸发、干缩造成裂缝或者形成毛细网透气渗水,使得混凝土的抗渗性下降。因此从升温、恒温到降温的全过程,应通过湿度调节装置,保持养护室的湿度不低于80%,防止构件因过度失水而出现收缩性开裂。(4)蒸养后的养护工作。从蒸养室移出的PC混凝土构件,还必须继续对其进行后续的常规养护,主要是进行洒水保湿。

4结语

综上所述,由于早期养护对混凝土的性能具有决定性影响,以及在冬季大幅提高生产效率的考量,作为可以进行工厂生产的PC混凝土构件,应当采用建立专用蒸汽养护室的方法,对PC混凝土构件实施早期养护。而在蒸养过程中,对于构件的移送与静置、构件升温、构件恒温保持、构件降温各阶段加以严格控制。尤其是对于静置期不升温、升降温阶段的速度控制、构件的保湿防裂等方面,必须严格执行规范要求。而且,蒸养完成后的构件,还必须进行后续的常规养护工作,以确保构件全生产周期的质量。

参考文献:

[1]张天天.混凝土预制楼梯的蒸汽养护方法在冬季生产过程中的应用[J].建筑科学与工程,2020(5):19-20.

[2]陈永霞.混凝土中水泥的水化过程及主要水化产物特性[J].青海交通科技,2013(3):5-6,11.

[3]谢东高,胡军华.预制混凝土蒸汽养护施工技术应用实践[J].水利水电技术,2004(7):66-67.

作者:丁建峰 单位:江苏中江装配式建筑科技股份有限公司

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