导管式混凝土高温蒸汽养护装置设计研究

周苗苗　冯　拴　王一沛　麻建锁

(河北建筑工程学院，河北 张家口 075000)



导管式混凝土高温蒸汽养护装置设计研究

周苗苗冯拴王一沛麻建锁

(河北建筑工程学院，河北 张家口 075000)

摘要:主要针对现浇混凝土，尤其是高性能混凝土，提出并设计了一种导管式混凝土高温蒸汽养护装置，解决施工现场现浇混凝土构件高温养护的问题.对比分析了本装置对应的导管缠绕法蒸汽养护和其他方式的蒸汽养护的适用范围、技术特点和经济性能等，对普通现浇混凝土构件、预制混凝土构件及高性能混凝土构件的蒸汽养护装置的开发具有借鉴意义和参考价值.

关键词:高性能混凝土；蒸汽养护装置；导管缠绕法；设计

0引言

2014年8月，住房城乡建设部和工业和信息化部联合发布了“关于推广应用高性能混凝土的若干意见”，文件中提到推广砂石、混凝土等生产装备智能化技术，混凝土构件和部件预制装配化技术，提升工业化水平.

随着高性能混凝土在我国的普及推广应用，高性能混凝土的养护方式严重影响了工程质量和效率.混凝土的养护方法决定了混凝土暴露表面的水饱和程度，决定了表层附近混凝土的孔隙结构、渗透特性[1].高性能混凝土与普通混凝土相比，特别是掺硅灰的高性能混凝土对养护时的温度和湿度非常敏感，应重点加强混凝土的湿度和温度控制.传统的养护方式已经不适用于高性能混凝土，高性能混凝土需采用特殊的养护方法，养护方法主要有蒸汽养护、自养护(轻骨料吸水养护、养护剂保水养护)、内掺膨胀剂养护和带模供水养护等.

蒸汽养护技术作为较为成熟的混凝土养护技术，是混凝土养护应用最多的方法之一，是提高高性能混凝土强度的重要途径之一，是缩短养护时间的方法之一.但是目前的蒸汽养护设备有主要针对预制构件的蒸养窑和针对现浇箱梁的蒸汽养护棚.由于设备重、占地面积大、投资大、操作不便等，施工技术人员无法实现在施工现场对现浇混凝土构件的高温蒸汽养护.因此提出一种导管式混凝土高温蒸汽养护装置很有必要，可以解决施工现场现浇混凝土构件高温养护的问题.

1导管式混凝土高温蒸汽养护装置的设计

1.1设计原则

为实现施工现场现浇混凝土蒸汽养护装置的突破，设计原则如下：

(1)高温蒸汽养护装置在施工现场使用，小巧精致、拆卸方便，适合于需要快速达到强度要求的结构构件，有利于环境温度较低时混凝土施工作业，可延长施工有效时间.

(2)蒸汽养护装置在控制温度和湿度上实现智能化.采取保温养护等温控措施，最大限度的利用蒸汽，减少蒸汽的散失量.

(3)蒸汽养护装置在养护制度上采用弱养护制度，即长静停、慢升温、低恒温、缓冷却.弱蒸汽养护制度能降低蒸汽养护带来的强度和耐久性的损失[2].蒸汽养护装置应有温控模块，通过控制蒸汽量来控制温度.

(4)达到施工方便，可操作性强的要求.

(5)达到成本低廉，适宜推广应用的目的.

1.2设计方案

现有的蒸汽养护系统为大型蒸汽养护棚，包括养护罩系统、温控系统、通风降温系统和供热系统.本设计定位于小型蒸汽养护装置系统，适用于现浇混凝土构件或预制混凝土构件的高温蒸汽养护.混凝土构件包括混凝土梁、混凝土柱、混凝土墙板、混凝土楼板等.本导管式混凝土高温蒸汽养护装置设置了蒸汽产生装置、蒸汽导管、蒸汽防护装置、测温模块和温度采集装置.结合图1、2对各部分详细介绍，图中标号分别为：1-温度数据采集器；2-蒸汽发生器；3-连接软管；4-蒸汽软管；5-气液快速接头；6-无线测温模块；7-被养护混凝土构件；8-耐高温篷布；9-蒸汽孔；10-篷布支架.

图1　导管式混凝土高温蒸汽养护装置的结构示意图

图2　导管式混凝土高温蒸汽养护装置的结构详图

(1)蒸汽产生装置.

蒸汽产生装置为蒸汽发生器，它是利用燃料或其他能源的热能把水加热成为热水或蒸汽的机械设备，分为电蒸汽发生器、燃油蒸汽发生器、燃气蒸汽发生器等，具体可以根据施工现场的条件选择具体的蒸汽发生器.可根据构件的大小，确定蒸汽发生器的数量.若养护大型构件可以根据需要设置多台蒸汽发生器.

(2)蒸汽导管.

该高温蒸汽养护装置的核心部分是蒸汽导管.蒸汽导管包括蒸汽软管、连接软管和气液快速接头.蒸汽软管缠绕或盘绕在被养护混凝土构件上，根据需要可将蒸汽软管用铁丝、尼龙绳等固定在被养护混凝土构件上.蒸汽软管上均匀设有蒸汽孔，通过蒸汽孔将蒸汽释放于被养护混凝土构件表面.通过蒸汽发生器提供蒸汽，蒸汽发生器的蒸汽出口与蒸汽软管之间连接有连接软管，连接软管与蒸汽软管之间设置有气液快速接头.气液快速接头用于将蒸汽软管与连接软管连接至所需要的长度，以满足不同待养护混凝土构件相对于蒸汽发生器远近位置的需求.

(3)蒸汽防护装置.

蒸汽防护装置包括耐高温篷布和篷布支架.耐高温篷布可以是塑料、棉、麻、橡胶等组成的复合材料或多复合层材料.耐高温篷布包裹被养护混凝土构件，防止过量蒸汽损失.篷布支架采用塑料或不锈钢材质，一端固定于被养护混凝土构件表面，另一端连接有环形框，形成一框架，沿构件长度方向间隔布置.篷布支架与篷布卡扣连接，固定于被养护混凝土构件的表面.

将耐高温篷布覆盖在篷布支架外侧，形成一密封空间，使蒸汽有一定空间能够环绕在被养护混凝土构件的周围，不至于直接将篷布覆盖在被养护混凝土构件上，造成蒸汽没有足够空间以致影响被养护混凝土构件的养护效果.

(4)测温模块和温度采集装置

无线测温模块安装在被养护混凝土构件表面，对温度进行实时监测和调控，采用多点监测，保证温度数据的准确性.它包括双金属温度传感器、玻璃液体温度传感器、压力式温度传感器、电阻温度传感器、热敏电阻和温差电偶.它的个数根据所测量范围与被养护混凝土构件的表面积来选择.

温度数据采集器用于接收无线测温模块采集到的被养护混凝土构件的温度数据，并根据预设程序控制蒸汽发生器的蒸汽生成.它的输入端无线连接无线测温模块，输出端连接到蒸汽发生器的控制端.输入端的无线连接可以通过蓝牙、红外等无线传播技术通信.温度数据采集器在读取温度数据后，根据预设程序控制蒸汽发生器的工作，从而加大蒸汽的产生或是持续或者是减少蒸汽的生成，从而控制养护过程处于适宜的温度，提升养护的质量.

2导管式混凝土高温蒸汽养护装置的应用

以现浇混凝土柱的蒸汽养护为例，具体使用方法如下：预先在浇筑好的混凝土柱上等间距安装两个无线测温模块，并连接好温度采集器和蒸汽发生器，在混凝土柱上面缠绕蒸汽软管，其中蒸汽孔在蒸汽软管上同一横截面的圆周上设置一组，每组为均匀设置四个，每组蒸汽孔的轴向距离为50 mm，蒸汽孔的直径为2 mm.然后连接好连接软管、气液快速接头，用带有篷布支架的耐高温篷布包裹构件，采用一台电蒸汽发生器产生蒸汽，最后调节采集到的温度，根据弱养护制度对该混凝土柱进行蒸汽养护.

该蒸汽养护装置对现浇混凝土柱进行了试应用，经养护的现浇混凝土柱达到良好的养护效果，同比其他蒸汽养护方式操作简单、经济效果显著.

3经济技术分析

由于蒸汽养护装置的特殊性，蒸汽养护一般用于预制构件.不同的结构构件所采取的蒸汽养护方式不一样，比如大跨度现浇箱梁大多采用棚罩法蒸汽养护，应根据现场实际情况，合理布置蒸汽管，采用有效的蒸养棚密封措施和适当的高度[3].《建筑工程冬期施工规程》[4]提到的混凝土蒸汽养护方法为棚罩法、蒸汽套法、热模法和内部通气法.表1比较了采用本装置的导管缠绕式蒸汽养护和其他蒸汽养护方式的各项指标.综合分析了技术特点和经济性能，导管式混凝土高温蒸汽养护装置具有高效率低能耗、操作简单快捷、费用低的特点，适宜工程的推广应用.

表1　蒸汽养护方式技术经济分析比较[4,5]

4结语

(1)采用蒸汽养护的施工工艺可以缩短施工周期，加快施工速度.导管式混凝土高温蒸汽养护装置构造简单、造价低廉，施工现场临时搭建快捷方便，解决了施工现场现浇混凝土构件高温养护的问题，尤其适用于高强高性能混凝土构件.

(2)导管式混凝土高温蒸汽养护装置综合性能优越，适宜推广应用，对小型蒸汽养护装置的研发和应用具有借鉴意义和参考价值.

参考文献

[1]金建昌.高性能混凝土养护及其发展方向[J].中国水运(下半月),2008,8(11):201～203

[2]胡晓曼,董献国.C60高性能蒸汽养护混凝土试验研究[J].施工技术,2015,(3):76～78

[3]温锁林,侯育华.大跨度现浇箱梁蒸汽养护技术[J].中国市政工程,2004,(5):35～36,38

[4]JGJ/T104-2011.建筑工程冬期施工规程[S].北京:中国建筑工业出版社,2011

[5]朱洪义.蒸汽加热法在混凝土冬季施工中的应用[J].房地产导刊,2014,(3):149～149

Design of Ducted High-temperature Concrete Steam Curing Device

ZHOU Miao-miao,FENG Shuan,WANG Yi-pei,MA Jian-suo

(Hebei Institute of Architecture and Civil Engineering,Zhangjiakou,075000,Hebei,China)

Abstract：A high-temperature steam curing device was presented and designed for situ concrete,especially high-performance concrete,to solve the problem of high-temperature steam curing in the construction site for concrete components.Steam curing methods of catheter winding corresponding to the device and other curing methods were comparatively analyzed.Comparative parameters were scope,technical features and economic performance etc.The device would be of reference and value for steam curing devices of ordinary cast concrete members,precast concrete members and high performance concrete members.

Key words：high performance concrete;steam curing device;catheter winding method;design

收稿日期：2015-11-26

基金项目：2016年河北省研究生创新基金项目(300)；2016年河北建筑工程学院研究生创新基金项目(XA201601)

作者简介：周苗苗(1990-)，女，在读研究生，从事新型结构体系及新型材料研究.

中图分类号:TU 2

文献标识码：A