高效保湿养护膜在桥梁墩身混凝土养护中的应用

徐勇 赵鹏鑫 刘战利 李辉 曹继涛 栗少清

1.中交第二公路工程局有限公司，西安710000；2.雄安高速铁路有限公司，河北雄安071800；3.四川铁科建设监理有限公司，成都611731；4.中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所，北京100081

混凝土养护是混凝土工程中的重要环节。适宜的养护温度、养护湿度和养护时间不仅可以促进胶凝材料充分水化，使其力学性能迅速发展，而且可以抑制混凝土内部毛细水分向外散失，防止混凝土表层水分快速蒸发而出现收缩干裂、质量下降、耐久性降低等问题［1-5］。

目前铁路工程建设中现浇墩身混凝土的养护主要采用反复向混凝土表面浇水、覆盖土工布或薄膜+洒水、自动喷淋等方法，这几种养护方式不仅难以确保混凝土表面长时间保持高湿度，而且对用水量和人工作业有较高的要求，致使养护质量得不到保障［6-8］。新建北京—雄安城际铁路霸州北站—雄安段全部为桥梁工程，正线长18.567 km。桥梁下部承台及墩身混凝土累计用量约20.59万m3。由于该项目混凝土工程量较大，所在地区气候干燥，多风少雨，施工过程中墩身混凝土洒水保湿养护较困难。如果采取洒水方式或采用自动喷淋系统进行养护，不仅容易出现混凝土表面干湿不一、收缩不均匀等问题，而且洒水时间和均匀性方面难以有效控制［9-10］。为保障铁路桥墩混凝土结构的强度和耐久性能，提升墩身混凝土养护质量，在霸州北站—雄安段对墩身混凝土结构进行了高效保湿养护膜的应用试验，并与自然养护、洒水养护的保湿效果和养护质量进行对比。

1 高效保湿养护膜的工作原理

高效保湿养护膜是由中国铁道科学研究院集团有限公司研发的一种新型保湿养护材料［11］，具有抑制水分散失和补充水分的双重功能，由紧贴混凝土表面的亲水性无纺布层、可储释水高分子材料层和水蒸气透过系数较低的保水薄膜层组成。

墩身混凝土结构在完成拆模后，须及时将高效保湿养护膜缠绕包裹在混凝土表面，然后在墩身混凝土表面与养护膜的空隙中由上至下一次性充分补水，使养护膜中间层的可储释水高分子材料中水分达到饱和。在养护阶段可储释水高分子材料通过亲水性无纺布层向混凝土表面缓慢释放水分。同时，保水薄膜会阻止水分向外散失，从而使墩身混凝土表面长时间处于高湿度养护状态。

2 现场试验

采用高效保湿养护膜对墩身混凝土进行养护的试验流程见图1。具体方法为：①拆除墩身混凝土钢模板后，将高效保湿养护膜亲水性无纺布的一面紧贴墩身混凝土表面，从上至下缠绕，搭接宽度为10～15 cm，采用透明胶带将搭接处粘贴密封。当养护膜缠绕至墩身混凝土底部时，按照墩身实际尺寸裁剪养护膜，再用透明胶带缠紧固定。在墩身全部包裹养护膜后，在混凝土与薄膜的空隙中由上至下缓慢均匀地浇水，使养护膜的可储释水高分子材料中间层充分吸水。②在墩身混凝土养护期间，须定期检查高效保湿养护膜有无损坏情况。如发现破损，须及时用透明胶进行补漏处理，防止养护膜灌风破坏，导致膜内湿气散失。当墩身混凝土达到养护时间要求后，将高效保湿养护膜拆除。

图1 采用高效保湿养护膜养护墩身混凝土试验流程

3 数据采集与分析

3.1 高效保湿养护膜的保湿效果

在施工现场使用湿度传感器采集了28 d龄期环境湿度及膜内湿度，结果见表1。

表1 不同龄期湿度测试结果

由表1可知，采用高效保湿养护膜养护至28 d龄期时膜内湿度96.10%，而外部环境湿度在19.15%～68.46%。若仅采用洒水养护易受外部环境湿度影响，很难实现对墩身混凝土的长时间保湿养护。采用高效保湿养护膜受外部干燥环境影响较小，一次性饱水处理后，可较长时间维持较高的养护湿度，为墩身混凝土水化反应及强度发展创造有利条件。

3.2 高效保湿养护膜对墩身混凝土结构密实性和耐久性的影响

在霸州北站—雄安段施工现场进行了洒水和高效保湿养护膜的养护效果对比试验。采用Torrent气体渗透性测试仪对28 d龄期墩身混凝土表面进行了气体渗透系数测试（图2）。28 d龄期时采用洒水养护的墩身混凝土气体渗透系数为0.23×10-16m2，采用高效保湿养护膜养护的气体渗透系数为0.05×10-16m2，下降了78.3%。可见利用高效保湿养护膜养护可以明显提升混凝土表面密实性，养护膜内高湿度养护条件促进了混凝土的水化和密实度发展。

图2 28 d龄期墩身混凝土表面气体渗透系数测试

由于混凝土呈碱性，在墩身混凝土表面滴加酚酞试剂，通过其b显示的颜色可定性分析混凝土表面碳化程度。28 d龄期时在墩身底部滴加酚酞试剂，显色反应如图3所示。可以看出：上部为采用高效保湿养护膜养护的混凝土表面，呈紫红色；下部为未采用高效保湿养护膜养护的混凝土表面，呈暗绿色。这说明采用高效保湿养护膜养护的混凝土呈强碱性，碳化程度较低；而未采用高效保湿养护膜养护的混凝土碱性减弱，这是发生碳化的结果。

图3 酚酞在28 d龄期墩身混凝土表面的显色反应

对比自然养护、洒水养护、养护膜养护的墩身混凝土表面的碳化深度，结果见表2。可知：自然养护和洒水养护的墩身混凝土表面56 d龄期碳化程度均较高，碳化深度分别为3.5、2.1 mm；与自然养护和洒水养护相比，采用高效保湿养护膜养护的墩身混凝土表面56 d龄期碳化深度分别降低了62.9%和38.1%。这进一步证明采用高效保湿养护膜养护可有效抑制墩身混凝土表面碳化的发展。

表2 不同养护方式下墩身混凝土表面碳化深度

在28 d龄期墩身混凝土表面采样，采用扫描电子显微镜对混凝土表面结构进行观察，如图4所示。可知，洒水养护的墩身混凝土表面孔隙结构明显，较为疏松，而采用高效保湿养护膜养护的墩身混凝土表面结构比较密实。

图4 不同养护方式下墩身混凝土表面微观结构

3.3 高效保湿养护膜对墩身混凝土表面回弹强度的影响

不同养护方式下墩身混凝土表面回弹强度见表3。可知：①与自然养护和洒水养护相比，采用高效保湿养护膜养护的混凝土强度发展较快。②56 d龄期时采用养护膜养护的混凝土表面回弹强度比自然养护、洒水养护分别增加了14.7%、6.3%。这说明采用高效保湿养护膜养护在改善混凝土养护湿度的同时，促进了墩身混凝土的水化，有利于混凝土强度的发展。

表3 不同养护方式下墩身混凝土表面回弹强度

3.4 社会效益

对于高9 m的墩身混凝土结构，保持其表面长时间湿润，采用洒水养护方式用水量约几十立方米。采用高效保湿养护膜养护一次浇水约3 m3，且无需再次补水。另外，采用洒水养护方式养护14 d内每天须安排专人洒水，而采用高效保湿养护膜从开始包裹到完成浇水仅需1 h，工人6个，共6工时。因此，在铁路工程中采用高效保湿养护膜进行墩身养护，在提升养护效果的同时，也省时省工，节约水资源，具有较好的社会效益和经济效益。

4 结论

针对铁路工程中墩身混凝土养护湿度不均，洒水养护效果得不到保障等问题，在北京—雄安城际铁路工程中进行了墩身混凝土高效保湿养护膜应用现场试验。得出以下结论：

1）28 d龄期墩身混凝土养护膜内湿度为96.1%，膜内湿度受外部干燥环境影响较小。

2）与洒水养护相比，采用高效保湿养护膜养护28 d龄期墩身混凝土气体渗透系数下降了78.3%，56 d龄期墩身混凝土表层碳化深度降低了38.1%，回弹强度增加了6.3%。采用扫描电子显微镜观察28 d龄期墩身混凝土表面试样，其结构比较密实。说明采用高效保湿养护膜养护在改善混凝土养护湿度的同时，促进了墩身混凝土的水化，有利于混凝土密实度和强度的发展。

3）采用高效保湿养护膜易于操作，省工省时，节省水资源。

综上，高效保湿养护膜不仅可以提升工程的养护质量，还具有较好的经济效益和社会效益，值得推广。