地铁车站装配式构件蒸汽养护工艺探讨

2023-09-21袁江斌

科学技术创新 2023年22期

袁江斌

（中铁四局集团上海工程有限公司，上海）

前言

在装配式混凝土构件生产中，蒸汽养护有利于提高模具及台座的周转率、提高工艺工装设备的使用率及生产效率、缩短生产周期，并有利于降低产品成本[1]。作为预制混凝土构件的重要应用场景，地铁车站装配式构件的广泛应用较大地提高了地铁车站的施工效率，而混凝土养护是装配式构件生产过程中的重要一环，其主要目的提供合适的环境让混凝土中的水泥能够顺利地进行水化反应，以此保证混凝土结构获得设计所需的性能指标。

混凝土养护主要包括对其所处环境湿度、温度和压力的控制，养护制度的不同直接影响混凝土微结构的形成与稳定性，对混凝土质量至关重要[2]。根据目前施工工艺现状，预制混凝土养护技术主要分为自然养护、标准养护以及蒸汽养护。在自然养护（气温大于5℃的自然环境）和标准养护（温度20 ℃，相对湿度60%）的条件下，构件混凝土前期的强度成长较慢，但是在蒸汽养护条件下，构件混凝土前期的强度成长较快，可以缩短预制周期，提高模具的周转率和生产设备的利用率。在此背景下，地铁车站装配式构件一般采用蒸汽养护的方式进行。

1 地铁车站装配式构件总体情况

如图1 所示，该装配式车站断面主要由A、B、C、D、E 五个预制节块拼装而成，块与块之间纵向接头通过定位销棒来进行定位和吊装就位，并锁紧相应位置的螺栓；环与环之间的环向接头，通过纵向平移千斤顶及龙门吊进行对接、合拢，并通过纵向接力式钢棒逐环张拉锁紧。通过这种拼装技术，能够从根本上解决拼接错位问题，减少了对拼接装配式构件的测量工作，从而提高拼装效率及精度。

图1 地铁车站装配式构件结构示意

2 蒸汽养护工艺研究目的及思路

混凝土因其自身的物理特性决定了它的热传导性能差、方向性差，使得地铁车站装配式构件在蒸汽养护过程中会表现出很大的温度滞后效应，形成预制构件温度场。

由于E 构件属于叠合薄板，温度场均匀，温度梯度问题基本可以忽略，故不在此进行研究。A、B、C、D构件截面结构复杂，又有闭合截面特有的框架约束作用，温度分布最复杂，由于它们特有的空腔结构导致热传导更慢，温度效应滞后更明显。本文以C、D 构件为研究对象，通过对装配式地铁预制构件蒸汽养护过程的温度场分析，掌握构件在蒸汽养护过程中的温度场情况以及温度沿构件截面的分布规律，对有效控制温度裂缝有重要参考意义。

首先通过预制构件厂现场实测得出蒸汽养护过程中构件的温度变化，再通过ANSYS 等有限元软件对蒸汽养护工况进行模拟，最后得出最优理论蒸汽养护参数。

3 蒸汽养护参数假设

3.1 现行蒸汽养护制度

目前该地铁车站装配式构件厂采用的蒸汽养护模式分为静置、升温、恒温以及降温四个阶段，并对每个阶段的温度及时间做了规定，蒸汽养护过程中在装配式构件表面、芯部以及蒸养工位预埋温度监测传感器，用以温度数据的测量与输出。表1 为该装配式地铁车站预制构件厂现行蒸汽养护制度。

表1 装配式构件厂现行蒸汽养护制度

3.2 现行蒸汽养护制度效果分析

采用该蒸汽养护制度进行装配式构件养护时，通过温度监测传感器采集输出的数据进行分析，发现在升温阶段末端和降温阶段，会出现混凝土芯部温度超标的现象，具体蒸汽养护温度曲线见图2。

图2 地铁车站装配式构件厂蒸汽养护曲线

为避免预制构件因芯部温度过高导致内外温差过大，从而产生混凝土裂缝的情况，同时也防止构件因恒温温度过高导致强度缺失现象，所以应提出一组更为合理的蒸汽养护参数，应用于地铁车站装配式构件的蒸养工艺中，保证养护质量。

根据相关混凝土预制构件蒸汽养护的研究[3]，采用“长静置、缓升温、低恒温、慢冷却”的蒸汽养护模式从而对减小预制构件的变形、保证混凝土强度等有良好的控制作用。我们在此基础上，提出另外一种更为温和的蒸汽养护模式的假设：“阶段性静置、低速升温、阶段性降温”的方式控制地铁车站装配式构件的蒸汽养护。如下是养护的具体参数，养护温度示意可见图3。