隧道衬砌混凝土养护工艺技术措施研究分析

陈岑

（重庆万利万达高速公路有限公司，重庆 401147）

0 引言

现阶段，隧道衬砌混凝土普遍存在着开裂以及强度离散性过大等问题，其质量安全值得高度重视。这些问题的出现，与现阶段混凝土养护工艺尚未发展成熟以及对养护工作未能给予足够重视等有着较为密切的关联。由于混凝土养护工作不及时或者是不到位等问题，导致水泥颗粒的水化进度遭到了较为严重的影响，同时也对矿物掺合料火山灰自身效应的发挥产生了一定程度的影响，这会导致混凝土单位体积的相应胶凝材料用量尽管很高，但实际上其耐久性以及强度并不能达到理想的效果。所以分析和探讨隧道衬砌混凝土养护工艺技术措施，已经成为一个广泛关注的话题。

1 隧道衬砌混凝土养护工艺的作用

对于水泥混凝土而言，主要指的是将水、骨料以及水泥进行充分拌和，然后在经过水化反应之后，逐渐硬化形成的一种人造石。其中水泥属于一种水硬性胶结材料，可以在水的有效参与下逐渐生成一种新的胶凝化合物，最终逐渐硬化为水泥石，这一过程便被称为水化作用。通常情况下，在混凝土浇筑完成之后，因为混凝土自身与空气之间存在着一定的湿度差，所以会影响到混凝土自身水化反应需要的水分。而为了能够确保混凝土水化反应可以正常开展，便需要在完成混凝土浇筑作业之后，在一个相对较长的时间段内，采取一定的措施来有效营造出一个可以有助于水泥水化反应的相应温湿度环境，而对于混凝土的养护工作而言便是营造这种有利温湿度环境的关键措施。其可以确保混凝土水化反应正常开展，从而达到理想的强度以及质量，保证隧道的安全以及使用寿命[1]。

2 影响隧道衬砌混凝土养护效果的因素分析

2.1 养护温度因素

对于养护温度而言，其属于影响混凝土性能的一个关键因素。因为高温能够提高水泥自身水化反应剧烈程度，所以养护温度越高，一般混凝土强度增长得也就越快。通常情况下，存在某一温度临界值，如果温度低于这个临界值时，那么水泥的水化反应基本上会处于停止状态，那么混凝土自身的强度基本不会再增加。而如果温度低于0℃时，混凝土会由于内部的水分结冰而导致冰冻损伤问题出现。除此之外，并非养护温度越高，越对相应混凝土强度增长有好处，原因在于早期过高的环境温度能够导致后期混凝土强度出现增长缓慢的问题，甚至有可能不增长[2]。

2.2 养护时间因素

对于水泥熟料而言，通常都是由不同的矿物成分组成，而这些不同矿物成分的实际水化速率会有着一定的差异。

对于较为常见的普通硅酸盐水泥而言，根据水化速率的快慢，能够呈现出以下顺序：一是铝酸三钙，二是铁铝酸四钙，四是硅酸三钙，四是硅酸二钙。如果依照水化产物强度的大小，能够呈现出以下顺序：一是硅酸二钙，二是硅酸三钙，三是铁铝酸四钙，四是铝酸三钙。

通过上述可知，对于水泥的不同矿物成分以及各自所占比例而言，能够对水泥的实际凝结时间、早期以及后期强度等产生至关重要的影响。因为水泥的水化反应需要维持非常长的一段时间，所以在水泥的整个硬化阶段，必须要做好前期以及后期的养护工作。

除此之外，通常情况下，混凝土自身的强度总体上能够随着养护龄期的增加而不断增长。但对于不同阶段而言，其实际增长速度会存在着明显的差异，一般早期强度往往随着龄期增长较快。例如：3 d强度一般能够达到28 d强度的49%左右；7 d强度一般能够达到28 d强度的65%左右；而如果进入28 d之后，一般强度增长会逐渐变得缓慢[3]。

2.3 养护湿度因素

水泥的水化程度可以对混凝土自身的一系列力学性能以及耐久性能产生直接影响。通常毛细管当中存在的自由水属于水泥水化的一个关键前提条件，一般随着水泥水化反应的持续开展，水化产物可以逐渐将毛细空隙进行填充，这就会导致毛细空隙当中的水压力会持续增大，进而将水分有效推动到混凝土表面，如果环境非常干燥，便会出现早期水分大量蒸发现象。而对于水分的快速蒸发而言，其能够导致毛细空隙当中反应物的溶解度有效降低到饱和水平之下，这样就会导致水泥的正常水化反应出现受阻问题。如果混凝土表面水分实际蒸发速率明显大于借助毛细孔进行水分迁移的实际速率时，便会导致混凝土逐渐出现塑性收缩以及开裂，从而引发一系列质量问题[4]。

3 隧道衬砌混凝土传统养护工艺技术分析

结合现状来看，我国常用的一些较为传统的隧道衬砌混凝土养护工艺技术一般主要包括以下几种：

3.1 自然养护工艺

该工艺技术主要指的是完全依赖隧道环境温湿度条件，不需要采用任何其他辅助方式开展自然养护工作。对于自然养护工艺而言，属于效果最差的一种养护工艺技术，一般只有在隧道当中温湿度能够接近标准值时才会采用这种工艺技术。

3.2 喷水养护工艺

该工艺技术主要指的是在隧道环境温度下，借助一定的压力将水有效喷洒在相应的混凝土表面，以此来开展保湿养护工作。过程中需要结合隧道实际环境条件，来明确每天的具体喷水次数，一般以维持混凝土表面湿润为准。对于喷水养护工艺技术而言，其费用成本相对较低，所以在我国有着较为广泛的应用。其缺点在于如果水温与混凝土内部温度存在着较大的差距，很容易对混凝土裂缝控制工作产生不利影响，同时强度损失也相对较大。除此之外，一般在环境温度平均明显低于5℃时，不能够对此项技术进行应用[5]。

3.3 汽雾养护工艺

此项工艺技术一般需要在常规温度（即20±3℃）下才能够进行应用，这种技术一般分为蒸汽以及喷雾两种方式，能够保证混凝土表面湿度有效达到90%以上。缺点在于此项工艺技术在寒区隧道施工当中，无法有效保证养护温度，从而难以有效保证低温环境当中混凝土实际养护质量。

3.4 标准养护工艺

此项工艺技术一般需要在标准温度（即20±1℃）下应用，将相应的混凝土试件有效浸泡在水中或者是在混凝土试件表面进行洒水，借助这种方式来保证混凝土表面湿度科学有效地维持在95%以上。现阶段这种养护工艺技术，一般只在实验室当中广泛应用，实际应用到山岭隧道施工现场有着相对较大的难度。

4 养护工艺技术应用分析

4.1 拱顶布管自动喷淋养护技术分析

此项工艺技术主要指的是在隧道衬砌台车已经成型的相应衬砌端（一般为后端）一定范围内的相应拱顶正中有效吊挂喷淋养护管。此套喷淋养护管能够随着台车移动而持续工作，借助自动控制系统（一般包括：一是配电系统，二是双延时时间继电器，三是液位计，四是补水电磁阀，五是液压泵站，六是油缸换向电磁阀等）有效控制水泵自动向喷淋养护管当中进行供水。同时借助隧道当中高压供水来有效提供水源，此系统能够结合隧道当中温度以及湿度信息开展环境方面的自动感应和识别，并且结合环境适宜性适时地开展预警以及预报工作，能够实现对隧道衬砌混凝土进行全天候环境以及全自动和适时的喷淋养护[6]。

4.2 智能化养护台车工艺技术分析

对于隧道衬砌智能养护台车而言，一般需要包括两组台车，在实际养护施工过程中需要紧跟衬砌浇筑模板台车，通常前端第一台拥有升温、保温以及保湿等功能，对于第二台拥有保温以及加湿功能。

在实际运用智能养护台车时，需要在台车四周，也就是前后两端以及两侧边墙底部开展气囊密封工作，这样可以在隧道壁以及电加热系统之间有效形成一个相对较为封闭的良好养护空间，对于这种密封方式而言，具备着密封效果好以及加热效率高等特点。

对于隧道衬砌智能养护台车而言，需要采用微米级雾化加湿，主要借助5～100μm雾化喷头以及不锈钢高压流体输送管来达到区域雾化的目的，同时借助湿度传感器，有效地将数据信息传送到控制器，这样便可以实现养护湿度的智能控制。对于雾化系统需要配备加热设施，借助操作界面有效控制喷出雾化水的实际温度，这样能够保证雾化水与衬砌混凝土之间的温差控制在相对较小的范围内。

智能养护台车属于一种智能化程度相对较高的设备以及工艺技术。其中智能温湿控制系统属于智能养护台车的一个核心内容，主要由以下三个部分组成：一是温湿度控制器，二是传感器，三是加热加湿系统，能够实现对相应养护区域温湿度的智能化控制以及调节，从而显著降低人为因素的干扰。除此之外，该智能控制系统还具备以下几种功能：一是数显，二是自动生成曲线，三是报表，四是数据保存以及输出等，能够有效实现移动终端APP方面的远程在线控制。

智能养护台车，主要用到了汽、水雾化混合原理，能够借助压缩空气有效地将养护水打散，从而形成微米级的水雾颗粒，这些水雾颗粒具备着重量轻的特点，比较容易大量聚集，同时容易漂浮在空气当中，从而形成白雾效果，同时还可以随着气流有效弥散到隧道当中的各个区域，有助于隧道当中空气湿度实现短时间内的快速增长，并且不会出现积水问题。

4.3 隧道拱顶布管双流体养护技术分析

此项技术工艺能够提高养护空气当中的湿度，其对雾化气、水混合作用进行了充分利用，可以达到良好的养护效果。对于此项工艺，一般可以采用自动以及手动控制两种模式，通常自动控制能够实现频率型间断控制，对于手动模式通常能够实现分段以及分区独立控制。

5 结语

综上所述，伴随着经济社会的高速发展，我国隧道工程数量以及规模正在持续扩增，在这种背景下，隧道工程的运营安全性、稳定性以及使用寿命，逐渐受到社会各界的广泛关注，由于衬砌混凝土养护工作能够对隧道使用寿命以及安全性产生至关重要的影响，所以其养护工艺技术水平成为了人们重点关注的话题。本文针对衬砌混凝土养护工艺的作用以及影响养护工艺效果的因素做出了分析，同时探讨了现阶段较为常用的传统养护工艺技术，并基于此，针对几种较为先进的养护工艺技术的具体应用做出了研究，以此来确保隧道衬砌混凝土养护水平能够持续提高，为隧道安全稳定使用打下良好基础。