西北干旱地区桥墩混凝土保温保湿养护

张家鹏

（中铁二十二局集团第二工程有限公司， 北京 100000）

1 研究背景

混凝土养护对保证结构工程的耐久性至关重要，养护工作不到位会引起混凝土表面龟裂，后期导致工程结构过早劣化，影响铁路工程的耐久性。基于养护对混凝土质量的重要性，我国在《铁路混凝土结构耐久性设计规范》（TB10005-2010）、《铁路混凝土工程施工技术规程》（Q/CR9207-2017）等多个标准中对新浇筑混凝土的养护进行限制，实现及时养护，以提高混凝土质量[1-3]。西北干旱地区气候的相互、交替影响，构成了气候多变、雨量较少以及年、日温差较大等特点。低谷地带，夏季最高气温可达35～40℃，高山台地冬季最低气温可降至-15～-20℃，有的昼夜温差达30～35℃，在如此严酷环境下对混凝土的养护显得尤为重要[4]。

对于铁路混凝土结构，传统养护方法主要有人工洒水养护和喷洒养护剂养护，但这两种方法在实际应用中均存在较大不足，难以实现对铁路混凝土结构的有效养护。人工洒水养护存在的不足主要体现在洒水养护的频次和水量难以保证，导致混凝土的养护湿度难以满足规范要求。在西北严重缺水的地区这一问题体现得愈发突出[5]。此外，在早期刚浇筑的混凝土表面直接喷洒冷水易加剧现浇混凝土结构表面与内部的温差，增大开裂风险。喷洒养护剂养护虽然规避了人工洒水养护时补水不及时、加剧温差、适用范围有限的问题，但养护剂在实际施工中往往难以保证喷洒的均匀性，易发生漏刷、漏喷等现象。经测试，使用养护剂养护的混凝土实际失水率大多在20%以上，保湿养护效果仍有待提升，同时，其对混凝土尚无保温养护效果。

针对目前铁路工程中混凝土养护存在的问题，中兰铁路漫湾特大桥桥墩在混凝土养护中使用中国铁道科学研究院开发的保温保湿养护膜，这种养护膜是一种使用便捷、可牢固紧密粘贴于不同形状混凝土表面，在平原地区使用时无需后续补水，对混凝土有较好的养护效果，并且完成养护后方便揭开取下收走，不会留下残留污染。这种保温保湿养护膜在西北干旱地区对混凝土养护效果尚无相关研究应用。

2 工程应用

2.1 工程概况

中兰铁路漫湾特大桥共有78个墩台，最高桥墩高达54m，传统养护方式难以实现对混凝土有效养护。混凝土的配合比如表1所示。保温保湿养护膜主要由三层结构组成，靠近混凝土一侧为一层无纺布，主要起到与混凝土面贴合作用，保证养护材料与混凝土有较好的附着力，中间层为保水层，可保证养护过程中有足够的水分，最外侧为保湿层，保证在养护过程中水分子不散失。

表1 桥墩混凝土配合比 kg/m3

2.2 施工工艺

保温保湿养护膜的施工工艺流程为：材料准备→施工准备→养护膜缠绕→养护→养护膜拆除→墩身表面清理。

混凝土拆模后，复合养护膜缠绕前，用配套试剂均匀喷洒湿润墩身表面，然后将保温保湿复合养护膜按照整卷宽幅，按墩身从上至下的顺序一层叠一层进行螺旋缠绕包裹完成。每层养护膜缠绕时需贴紧密，排出膜内空气，下层需与已缠绕完成的上层养护膜搭接长度10～15cm，再辅以宽幅在5～10cm透明胶带进行上下两层养护膜的粘贴。缠绕养护膜工人与粘贴透明胶带工人及时跟进，避免养护膜下滑致使搭接长度不足或无搭接。在缠绕过程中发现养护膜与墩身表面存在粘贴不紧密的情况时，采用乳粘胶局部进行粘贴加强。

3 结果与讨论

3.1 养护效果

墩身混凝土的湿度数据通过无线传感器采集，结果如图1所示。由于包裹上保温保湿养护膜时内部水分很多，湿度为100%，随着时间的延长，膜内的水分由于重力作用向下流失，但膜内吸水材料已经充分保水，缓慢向膜内空间释放水分子，维持湿度在95%以上，保证表面混凝土充分水化。混凝土养护14d时膜内仍然呈湿漉漉状态，表明外侧的保湿膜有很好的阻隔水分子散失的作用。

图1 养护不同时间混凝土表面湿度

用气体渗透系数仪和表面电阻率仪对混凝土表面进行无损检测。采用传统养护方式的桥墩混凝土，其表面气体渗透系数为1.04×10-16m2，采用保温保湿膜养护的桥墩混凝土表面气体渗透系数为0.21×10-16m2，降低了79.8%。采用传统养护方式的桥墩混凝土，表面电阻为32.5kΩ，采用保温保湿技术养护的混凝土表面电阻为48.7kΩ。上述结果表明，保温保湿养护技术可以显著提高混凝土表面的密实性，降低空气分子在混凝土中的扩散速率。

测试不同养护方式下所得桥墩混凝土的表面回弹强度，可以看出在保温保湿养护方式下，混凝土强度发展速率较快，平均回弹强度为33MPa，采用传统养护方式所得的混凝土的平均回弹强度为29.3MPa。这是因为保温保湿养护膜养护的混凝土表面湿度一直＞95%，混凝土水化程度高，并且保温保湿养护膜有保温作用，在较高的环境温度下混凝土的强度发展快。而传统养护方法所得的桥墩混凝土表面湿度得不到保障，表面温度与环境温度相当，在西北大风干旱地区昼夜温差大，混凝土强度发展缓慢。

3.2 微观结构分析

为了进一步研究不同养护方式对桥墩混凝土微观结构的影响，分别用压汞分析仪、电子扫描显微镜、X射线衍射等分析了材料的微观结构，以期深入研究保温保湿养护技术对混凝土表面结构的影响。在传统养护条件下，混凝土的最可几孔径为110.8nm，孔隙率为25.4%，采用保温保湿养护膜养护的混凝土，最可几孔径为60nm左右，孔隙率为21.9%，说明保温保湿养护可以细化孔径，分析原因是在保温保湿养护条件下，混凝土的水化速率快，水化程度高，使表面更密实。

用扫描电子显微镜观察表面混凝土的形貌，如图2所示，可以发现采用保温保湿养护的混凝土密实，几乎看不到孔洞，传统养护方式所得混凝土内部有小的裂纹或孔洞，表现出有孔洞的不非常密实的结构，上述结构与压汞分析结果一致。

图2 不同方式养护14d表面混凝土微观形貌

为了研究不同养护方式对混凝土水化产物的影响，用X射线衍射表征水化产物，如图3所示，可以看出不同养护方式下混凝土的水化产物的X射线衍射谱图相同，意味着保温保湿养护只改变了混凝土的水化进程和形貌，并未改变混凝土水化产物的组成。

图3 不同方式养护14d表面混凝土X射线衍射谱图

4 结束语

为提高西北大风干旱地区铁路混凝土结构的耐久性，本文采用了新型保温保湿养护技术对桥墩混凝土进行了养护，并与传统养护方式下桥墩混凝土性能做了对比。采用保温保湿养护的桥墩混凝土表面湿度始终大于95%，混凝土强度发展快，表面回弹强度为33MPa，并且强度值离散性低，传统养护方式的桥墩混凝土表面回弹强度为29.3MPa。保温保湿养护技术可以显著提高混凝土表面的密实性，表面气体渗透系数由1.04×10-16m2降低到0.21×10-16m2。采用压汞分析、扫描电镜、X射线衍射等手段分析了不同养护方式下所得混凝土的微观结构，表明保温保湿养护方式可以促进混凝土水化，降低混凝土的孔隙率，但不会改变混凝土水化产物，使混凝土获得了更佳的性能。