0 前言 　管片是一種混凝土預(yù)制襯砌（ 通常由多片按一定方式拼成環(huán)狀）, 主要用于建造地鐵或大型排污水管道等, 在隧道開挖過(guò)程中, 管片主要起到支撐和防水作用。 　　蒸養(yǎng)是利用外部熱源加熱混凝土, 加速水泥水化反應(yīng)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)形成的一種加速混凝土硬化的方法,目的是縮短模板周轉(zhuǎn)期, 提高產(chǎn)量。地鐵管片一般采用的養(yǎng)護(hù)方法為常壓蒸養(yǎng), 養(yǎng)護(hù)制度基本上分為預(yù)養(yǎng)（Y）、升溫（S）、恒溫（H）、降溫（J） 四個(gè)階段, 其過(guò)程如圖 1 所示。 　　目前地鐵管片在蒸養(yǎng)工藝方面存在的主要問(wèn)題有: 養(yǎng)護(hù)期間罩內(nèi)的空氣在加熱時(shí)熱交換強(qiáng)度不夠, 對(duì)于一些大型管片, 容易造成同一管片的不同部位加熱不均勻現(xiàn)象; 蒸汽能量利用率較低, 能耗較高; 現(xiàn)在地鐵管片蒸養(yǎng)常采用直線升溫方式 （ 即按一定的升溫速度升到最高溫度）, 這種方式的缺點(diǎn)是養(yǎng)護(hù)時(shí)間長(zhǎng)。 　　本文通過(guò)養(yǎng)護(hù)的四個(gè)階段, 分析蒸養(yǎng)對(duì)管片混凝土強(qiáng)度的影響因素, 提出對(duì)養(yǎng)護(hù)制度改進(jìn)的一些建議。 　　1 地鐵管片養(yǎng)護(hù)工藝及各階段對(duì)地鐵管片的影響 　　1.1 預(yù)養(yǎng)期 　　一般指地鐵管片澆灌成型后到加熱升溫前這一段靜停放置時(shí)間。預(yù)養(yǎng)階段的作用在于提高水泥在熱養(yǎng)護(hù)開始以前的水化程度, 使混凝土具有必要的初始結(jié)構(gòu)強(qiáng)度, 以增強(qiáng)混凝土對(duì)升溫期結(jié)構(gòu)破壞的抵御力?；炷林破奉A(yù)養(yǎng)時(shí)間越長(zhǎng), 混凝土的初始結(jié)構(gòu)強(qiáng)度就越大, 混凝土蒸養(yǎng)后, 制品內(nèi)部損傷就越小。但是預(yù)養(yǎng)期不能過(guò)長(zhǎng), 否則會(huì)影響生產(chǎn)周期, 這里就存在一個(gè)最佳預(yù)養(yǎng)期問(wèn)題, 著名混凝土專家吳中偉教授指出, 最佳預(yù)養(yǎng)期為混凝土強(qiáng)度達(dá)到 0.39～0.49MPa 時(shí)所需的時(shí)間[1]。 　　1.2 升溫期 　　養(yǎng)護(hù)設(shè)備中介質(zhì)的溫度由初始溫度升到恒溫溫度的時(shí)間稱之為升溫期?；炷恋慕Y(jié)構(gòu)破壞主要發(fā)生在升溫階段, 該階段主要表現(xiàn)為粗孔體積增大, 氣、液相數(shù)量增多。升溫速度越快, 對(duì)混凝土的破壞作用就越大。地鐵管片養(yǎng)護(hù)升溫速度不宜超過(guò) 25 ℃/h, 最高溫度不超過(guò) 55 ℃。 　　1.3 恒溫期 　　恒溫期是混凝土強(qiáng)度主要增長(zhǎng)期?；炷猎诤銣貢r(shí)硬化速度取決于水泥品種、水灰比和恒溫溫度等。影響恒溫時(shí)間的因素有水泥品種、水泥強(qiáng)度等級(jí)、預(yù)養(yǎng)時(shí)間、升溫速度及恒溫溫度等[1]。水灰比越小, 混凝土硬化得越快, 所需恒溫時(shí)間越短。恒溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)不一定好,可能出現(xiàn)強(qiáng)度波動(dòng)現(xiàn)象。 　　1.4 降溫期 　　介質(zhì)溫度由恒溫溫度降到允許制品起吊溫度這一段時(shí)間稱為降溫期。降溫期地鐵管片內(nèi)部水分蒸發(fā),同時(shí)產(chǎn)生收縮和拉應(yīng)力。若降溫速度過(guò)快, 地鐵管片會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的收縮應(yīng)力, 這將導(dǎo)致地鐵管片表面出現(xiàn)龜裂及酥松等結(jié)構(gòu)損傷現(xiàn)象, 甚至造成質(zhì)量事故。降溫期的結(jié)構(gòu)損傷與降溫速度、混凝土強(qiáng)度、制品的表面模數(shù)（表面積與體積比值）以及配筋情況有關(guān)[1]。強(qiáng)度低、表面模數(shù)小、配筋少的制品宜慢速降溫。最大降溫速度可參考表 1。 　　2 影響蒸養(yǎng)地鐵管片強(qiáng)度的因素 　　2.1 水泥礦物成分 　　水泥中 C3S 在水化初期水化速度較快, 含量在45%～60%之間有利于管片初期結(jié)構(gòu)的形成, 并能縮短管片的預(yù)養(yǎng)時(shí)間。水泥中 C2S 在蒸養(yǎng)過(guò)程中強(qiáng)度增長(zhǎng)迅速, 形成的結(jié)構(gòu)孔隙也較低, 但其強(qiáng)度的絕對(duì)值不高, 所以含量不宜過(guò)高, 如果對(duì)管片耐久性要求較高,可選擇高 C2S 含量的水泥。C3A 在水泥中含量一般為4%～5%, 過(guò)高會(huì)影響管片的后期強(qiáng)度。C4AF 含量宜控制在 10%～15%, 含量達(dá) 20%時(shí)將使強(qiáng)度顯著降低。 　　2.2 外加劑 　　蒸養(yǎng)混凝土與自然養(yǎng)護(hù)的混凝土對(duì)外加劑的要求有所不同。不宜在混凝土中加入引氣劑, 否則會(huì)引起管片外表面的腫脹和酥松。選擇蒸養(yǎng)混凝土外加劑的一般原則是: 具備促進(jìn)水泥水化, 含氣量低、減水率大的早強(qiáng)型外加劑。 　　2.3 礦物摻料 　　礦渣和粉煤灰具有較好的蒸養(yǎng)適應(yīng)性, 可以降低混凝土的水化熱和絕對(duì)溫度, 減少混凝土由于蒸養(yǎng)帶來(lái)的裂紋數(shù)量[3]。地鐵管片的混凝土強(qiáng)度一般為 C50,礦物摻料一般控制在 20%左右, 粉煤灰一般宜用低鈣Ⅱ級(jí)灰。 　　2.4 用水量 　　一定的用水量是確保水泥正常水化及混凝土混合料和易性的重要條件, 但水又將在濕熱養(yǎng)護(hù)時(shí)給混凝土結(jié)構(gòu)帶來(lái)破壞。由于水分的熱膨脹和熱介質(zhì)的遷移, 會(huì)使混凝土孔隙率增大。因此, 用水量對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的形成、強(qiáng)度及其它性能有重大的影響。低水灰比不僅有助于強(qiáng)度的迅速增長(zhǎng), 還可使密實(shí)度提高, 形成優(yōu)質(zhì)混凝土。 　　3 養(yǎng)護(hù)方法的改進(jìn) 　　養(yǎng)護(hù)工藝的改進(jìn)有多種方法, 可以采用合理預(yù)養(yǎng),變速升溫, 改善養(yǎng)護(hù)條件等措施。 　　3.1 變速升溫及分階段升溫養(yǎng)護(hù)法 　　直線升溫是常壓濕熱養(yǎng)護(hù)常用的一種升溫制度,這種制度的缺點(diǎn)就是蒸養(yǎng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng), 是一種消極抑制升溫速度的方法。筆者認(rèn)為, 變速升溫制度較為合理,可在較低的溫度下, 使混凝土強(qiáng)度逐漸增長(zhǎng), 在它達(dá)到能承受濕熱破壞作用后, 再快速升溫到最高溫度。這種方式在氣溫較低時(shí), 效果會(huì)更明顯。例如, 在手控供汽時(shí), 可以 1～2h 升溫 20～35℃, 保溫 1～2h, 再快速升溫至最高溫度, 這種方法可使混凝土結(jié)構(gòu)破壞大大減弱, 可減少預(yù)養(yǎng)時(shí)間, 從而減少蒸養(yǎng)時(shí)間。如圖 2 所示。實(shí)線為變速升溫線, 虛線為直線升溫線。從圖上可以看出變速升溫 （ 實(shí)線所示） 預(yù)養(yǎng)時(shí)間為 2h, 然后 2h 升溫到35℃, 恒溫 1h, 再快速升溫到 50℃, 再恒溫 2h, 最后降溫到 10℃。從圖中看到, 變速升溫比直線升溫預(yù)養(yǎng)時(shí)間少了 1h, 總時(shí)間也減少了 1h。 　　3.2 熱介質(zhì)定向循環(huán)養(yǎng)護(hù)法 　　熱介質(zhì)定向循環(huán)濕熱養(yǎng)護(hù)是供熱方法的改進(jìn), 由于加速了升溫期熱交換而使升溫速度加快, 運(yùn)用時(shí)一定要控制好升溫速度[2]。 　　這種辦法實(shí)質(zhì)就是使蒸養(yǎng)罩內(nèi)的混合氣體產(chǎn)生定向強(qiáng)制循環(huán)流動(dòng), 來(lái)改變罩內(nèi)蒸汽的靜止?fàn)顟B(tài)和熱交換強(qiáng)度, 達(dá)到養(yǎng)護(hù)均勻、縮短周期、節(jié)約能源的目的。 　　該工藝一個(gè)特點(diǎn)是利用蒸汽通過(guò)拉閥爾噴嘴增速以獲得強(qiáng)制流動(dòng)的推動(dòng)力, 即噴嘴既是蒸汽噴出的通道, 又是實(shí)現(xiàn)混合氣體定向循環(huán)流動(dòng)的關(guān)鍵設(shè)施。如圖 3 所示。上集氣管宜位于養(yǎng)護(hù)罩上部的 2/3 處, 其上的噴嘴向下; 下集氣管可在罩底以上 1/3 處, 噴嘴向上。拉閥爾管為一個(gè)漸縮漸擴(kuò)型管, 可以根據(jù)鍋爐每小時(shí)蒸發(fā)的水蒸氣量和車間內(nèi)蒸養(yǎng)罩?jǐn)?shù)量等因素來(lái)確定數(shù)量。一般可以上下各設(shè)置一個(gè)拉閥爾噴嘴。拉閥爾噴嘴示意圖如圖 4 所示。 　　3.3 地鐵管片自然養(yǎng)護(hù)法 　　在溫度較高的季節(jié), 我們可以利用水泥的水化放熱反應(yīng), 不需要蒸養(yǎng), 進(jìn)行自然養(yǎng)護(hù)。為了充分利用水泥水化熱, 地鐵管片在收水結(jié)束后必須將蒸養(yǎng)罩罩在地鐵管片上, 密封越好, 熱量損失越小, 養(yǎng)護(hù)時(shí)間就越短。例如, 我們假定以下養(yǎng)護(hù)參數(shù): 氣溫為 5℃, 升溫時(shí)間為 3h, 恒溫時(shí)間為 2h, 降溫時(shí)間為 2h, 升溫速度為每小時(shí) 15℃, 最高恒溫溫度為 50℃, 降到最低溫度為25℃, 可按下式近似計(jì)算此時(shí)地鐵管片溫度和時(shí)間的乘積 ε（度時(shí)積）: ε= 0.5（t1+t2）×τ1+t2×τ2+0.5（t2+t3）×τ3 = 0.5（5+50）×3+50×2+0.5（50+25）×2 = 257.5℃h 　　式中, t1、t2、t3 分別為升溫開始、恒溫和降溫結(jié)束時(shí)的溫度; τ1、τ2、τ3 分別為升溫、恒溫和降溫時(shí)間。 　　同樣, 如果要達(dá)到度時(shí)積為 257.5℃h, 我們假設(shè)天氣平均氣溫為 25℃, 令 t1= t2= t3=30℃（ 水泥水化熱可以使地鐵管片平均溫度高出平均氣溫, 假如高出5℃）, 代入上式, 則可以求出 τ1+τ2+τ3≈8.6h, 這個(gè)例子說(shuō)明, 在達(dá)到相同的混凝土強(qiáng)度條件下, 在冬季 5℃時(shí)開始用蒸汽養(yǎng)護(hù)需要 7h, 在 25℃平均氣溫下, 利用水泥自身水化熱作用, 8.6h 左右可以達(dá)到同樣的混凝土強(qiáng)度。 　　4 結(jié)論 　?。?） 要充分認(rèn)識(shí)到地鐵管片養(yǎng)護(hù)制度的每個(gè)階段對(duì)蒸養(yǎng)管片的影響。最佳預(yù)養(yǎng)期往往容易被大家忽視, 要對(duì)此階段引起足夠的重視。管片蒸養(yǎng)最主要影響階段是升溫和降溫階段, 這是減少管片表面龜裂紋和保證管片內(nèi)在質(zhì)量的重要階段。 　?。?） 除了合理確定養(yǎng)護(hù)制度外, 還要注重混凝土中原材料成分、外加劑、外摻料及水灰比對(duì)蒸養(yǎng)混凝土強(qiáng)度及管片質(zhì)量的影響, 原材料中每種成分要在合理的比例之內(nèi), 否則不利于混凝土強(qiáng)度的發(fā)展, 混凝土中摻加一定量礦渣粉或粉煤灰對(duì)蒸養(yǎng)管片的質(zhì)量有好處,低水灰比的混凝土比較適宜管片的蒸養(yǎng)。 　?。?） 在管片養(yǎng)護(hù)方式方面, 改進(jìn)方法有多種, 可以根據(jù)自己的實(shí)際需要采取分階段升溫方式, 改進(jìn)蒸養(yǎng)設(shè)備或根據(jù)氣溫和生產(chǎn)任務(wù)的情況, 在氣溫較高的季節(jié)采取自然養(yǎng)護(hù)法等措施來(lái)達(dá)到減少蒸養(yǎng)時(shí)間, 降低能耗的目的。 參考文獻(xiàn): [1] 龐強(qiáng)特主編. 混凝土制品工藝. 武漢工業(yè)大學(xué)出版社, 1988. [2] 林方輝, 曹建華譯. 熱介質(zhì)定向循環(huán)養(yǎng)護(hù)室. 中國(guó)建筑工業(yè)出版社, 1982. [3] 覃維祖, 等譯. 在 21 世紀(jì)建造耐久的混凝土結(jié)構(gòu). 清華大學(xué)土木工程建筑材料研究所, 2002. 轉(zhuǎn)自：中國(guó)城市軌道交通網(wǎng)