基本介紹
- 中文名：蒸汽養護混凝土
- 外文名：steam curing
- 又稱：濕熱養護
- 實質：以蒸汽為熱介質使混凝土加速硬化
- 蒸氣來源：燃煤蒸氣、電熱蒸汽等
- 分類：常壓、無壓、微壓、高壓蒸汽養護
背景,混凝土冬季養護方式及存在問題,燃煤蒸汽養護,蜂窩煤爐蓄熱養護,冬季熱水養護,電熱蒸汽養護,蒸汽養護的工藝流程,蒸汽養護工藝對水泥水化生成物的影響,蒸氣養護監控措施,蒸氣養護時注意點,
背景
混凝土性能主要由混凝土組分、混凝土配製和混凝土養護等因素決定。在原材料、配合比和施工工藝一定的情況下，混凝土的養護，特別是早期的養護方式、養護溫度、養護濕度、養護時間等的控制，對混凝土水化硬化程度、強度發展、耐久性等均有著重要影響。
養護溫度對混凝土的早期性能的發展速度有很大的影響。一般來說，養護溫度越高，強度發展越快。研究表明當溫度低於某一限值時，水泥水化反應將不再進行，混凝土強度停止發展，這個溫度在－ 10 ℃左右。實際上，在溫度低於0 ℃的情況下，混凝土中的水分己經開始結冰，這將導致混凝土的冰凍損傷。同時早期的混凝土所處的環境沒有保持充分的濕度，可能造成混凝土中水分大量蒸發，其後果: 一方面因乾燥失水而影響水泥繼續水化; 另一方面混凝土乾燥收縮加大，使混凝土在低強度狀態下承受收縮引起的拉應力，導致混凝土出現早期裂縫。因此在這種晝夜溫差大、低溫在零度以下地區，更多去選擇蒸汽養護保證混凝土在前期養護過程中對於溫度和濕度的要求，從而才能保證其強度及各項性能。
冬季低溫環境下的混凝土養護，北方嚴寒地區一般採用燃煤蒸汽養護，南方濕冷地區一般採用常壓燒水供熱，小型煤爐蓄熱等方式，隨著霧霾的日益加重，全社會對PM2．5的高度關注，北方常用的燃煤蒸汽養護以及南方常採用的小型煤爐蓄熱養護的方式均會產生二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳等有害氣體以及PM2．5。此類燃煤蒸汽蓄熱的方式已不能被全社會接受，我國水電能源相對較為充裕，同時不會產生此類污染，因此，電熱產生蒸汽的方式儘管在費用方面略高，經濟效益略差，但具有良好的社會效益，相比之下，混凝土電熱蒸汽養護方式已逐步推廣使用，隨著可程式邏輯控制器在工業控制領域的廣泛套用，基於電熱蒸汽的基礎上，引入無線測控技術與計算機數據處理技術，以實現現場電熱蒸汽養護的自動化與程式化，同時提高其養護的精確性與科學性是完全可行的。
混凝土冬季養護方式及存在問題
目前冬季低溫環境的混凝土養護，北方地區一般採用的燃煤蒸汽養護，南方地區一般採用蜂窩煤爐蓄熱養護和熱水養護，電熱蒸汽養護目前也逐步推廣使用。
燃煤蒸汽養護
此方式在產生蒸汽的過程中，同時產生大量的有害氣體( 二氧化碳，二氧化硫，氮氧化物) 以及PM2．5。一些較大的預製梁場，需要投入較多資金建設蒸汽鍋爐房以及沿梁場所有台座處布置蒸汽輸送管，蒸汽輸送管的輸送距離過遠也直接導致沿途熱量損耗大，且蒸汽養護的過程中需要人工24 h不間斷輪班。
蜂窩煤爐蓄熱養護
此方式一般在覆蓋的混凝土內放置若干小型蜂窩煤爐，通過燃燒煤爐產生的熱量進行蓄熱保溫，其在保濕上沒有任何效果，且在燃燒過程中產生較多的一氧化碳氣體，而一氧化碳在於混凝土表面接觸後會加劇混凝土的碳化，同時一氧化碳的存在於養護棚罩內對進入內部的施工人員存在較大的安全隱患。
冬季熱水養護
此方式一般通過電熱方式將水燒至一定溫度再噴灑在混凝土表面上，有一定的保溫保濕效果，但隨著水的流失熱量散失快，混凝土表面一些區域或蓄水，供熱不及時，溫度下降時可能結冰。
電熱蒸汽養護
此方式通過電熱產生蒸汽，無污染，但在施工過程中仍需要人為控制啟動與停止，通過人工測量養護的溫度與濕度去判斷是否供應蒸汽，因而養護質量與操作人員的責任性關係很大，尤其是夜間進行溫度測量工作等難以落實，所有存在較大的局限性。
蒸汽養護的工藝流程
預養期也叫作靜停期，是將混凝土預製構件在澆築完成後放置在室溫下進行養護的過程。混凝土預製構件中的固體顆粒在重力作用下會下沉，內部氣泡會向外擴散，這樣做能夠使得內部氣體順利排放出去，並且能夠提高水泥在蒸汽養護前的水化程度，使水泥能夠具有一定的初始結構強度，在這一階段，初始強度一般應控制在0.4～0.5MPa。
升溫期在蒸汽養護工藝操作過程中對混凝土性能的影響非常重要，產生的放氣現象能夠引起顯著的破壞作用。當混凝土預製構件受到蒸汽養護後，其在混凝土預製構件的表面會立馬的冷卻和凝結，然後就會產生冷凝水膜的現象並且會立即產生冷凝熱蒸汽，在這個時候，氣體和水分就會在混凝土的內部進行傳輸，將一些孔都慢慢的連線起來，從而形成了定向的孔縫，然後混凝土的體積就會迅速的膨脹和增大。由於混凝土的初始結構在升溫期，那么它的強度就會比較低，其內應力還沒有形成，這時候混凝土的預製構件結構就容易受到外界的傷害。一般情況下，由於一些混凝土的結構，比如混凝土的孔隙率會慢慢增多、產生體積增大等等缺陷，其大多數是在升溫的階段產生的，所以說，我們對於升溫的速度要求比較嚴格，速度不能夠過快。最好是能夠分段的進行升溫，就是先慢慢的升溫，然後再一點一點的加快升溫，這樣才能夠大大降低液相和氣相出現熱膨脹後產生的破壞性影響。
混凝土預製構件強度增長的重要時期是恆溫期，在這個階段，我們需要注意不要設定保溫的溫度過高，因為這樣會影響其強度的增長，所以，在這個階段我們儘量不要提升混凝土預製構件的恆溫養護的溫度。這個時候，水泥的水化反應會比較的劇烈，而混凝土中的微管多孔結構已經慢慢的產生。由於水泥的水化熱反應會造成混凝土的內部溫度在一定時間內超出介質溫度，其內部的水分、氣體都會繼續的產生膨脹，但是這個階段的混凝土預製構件結構的強度已經慢慢的加強了。伴隨著水化的進行，減縮也在增加，這些因素都能夠幫助混凝土預製構件抵禦不利因素的影響。
在降溫的時期，混凝土的預製構件的結構就會慢慢的定型，這時候混凝土的內部所發生的變化主要是由於混凝土內外的溫差、體積的收縮、水分的汽化、拉應力大學而造成的。降溫期降溫速度的合理選擇要依據混凝土預製構件的尺寸大小選擇，如若不然，一旦降溫速度太快就會造成混凝土預製構件產生的收縮和拉應力過大，進而致使混凝土預製構件產生微裂縫。
蒸汽養護工藝流程的的四個階段都是非常重要的，四個環節都不能忽視，缺一不可，它們都能夠直接影響到混凝土預製構件的外觀質量和結構性能。
蒸汽養護工藝對水泥水化生成物的影響
在大部分技術論著中，人們都認為在規範、標準的混凝土硬化過程和混凝土蒸汽養護過程中所引起的水化產物之間沒有什麼區別。因為伴隨著溫度的逐步升高，只是化學反應速度被加速提高了，其他方面是沒有被影響到的。當溫度達到80攝氏度時，其水化的速度會增加很多倍，所以在實際的製造操作中，混凝土管樁的初步養護過程中都是在80攝氏度左右才進行養護的，而我們所得到的實際結果也佐證了以上的理論是正確的。
但是，有一個問題就是混凝土的強度在蒸汽養護條件下較低於混凝土標準養護條件下的強度，產生這個問題的原因是由於受新生物的分散的影響，那么混凝土的硬化強度就會出現變化，水化反應時的溫度越高，生成的新生物分散程度就會越低，從而造成了混凝土強度的降低。
蒸氣養護監控措施
在蒸氣養護階段，為使結構砼不產生裂縫，準備在箱梁的不同結構厚度砼內埋設Cu50銅電阻溫度應變片（共35個點位），接溫度讀數儀表來測定不同階段結構砼內的溫度變化（接近外模，距砼外表面2cm處也埋設Cu50銅電阻溫度應變片，以測定外模在噴塗聚氨脂泡沫塑膠保溫層後的保溫效果）。另外在箱孔內放置4個Cu50銅電阻溫度應變片，箱梁表面覆蓋層內同樣放置4個Cu50銅電阻溫度應變片，以測定養護的溫度。
根據不同階段測出的砼內平均溫度來隨時調整蒸氣養護溫度，溫差控制在≤15度內，以有效控制結構砼溫差裂縫的產生。另外，通過箱孔內外各放置的4個測溫點讀數可以控制各蒸氣注入支管在注入蒸氣時的閥門控制，以使箱孔內外的養護溫度基本保持一致。
蒸氣養護時注意點
蒸氣管呈擱空縱向鋪設，在施放蒸汽時不直接對著梁體和模板，避免產生局部高溫；在冬季蒸氣注入管外包裹專用保溫套，以確保蒸氣正常供應（即用管狀硬質泡沫塑膠外裹銀色返熱布製成）。
蒸汽養護的成敗關鍵是控制好升降溫過程，特別是降溫階段，由於在高溫下混凝土的早期抗壓強度增長較快，但其抗拉強度沒有做到同比例增長，強度低。若降溫梯度過大容易產生在砼結構中產生較大的溫度拉應力，從而產生裂縫。在升降溫階段溫差控制至關重要，通過改善蒸汽養護的條件，加強蒸汽養護的監控等確保溫度梯度在10~15度範圍內可以有效避免裂縫的發生。
