杨义文

(中铁武汉大桥工程咨询监理有限公司，湖北 武汉 430000)

1 工程概况

武汉杨泗港长江大桥(以下称大桥)主桥为双层公路悬索桥，跨度465 m+1 700 m+465 m。主塔采用钢筋混凝土门式框架结构，汉阳侧主塔全高228.8 m，武昌侧塔柱全高240.8 m(见图1)。

塔柱采用液压爬模施工，分节高度为6 m，为减轻爬架自重，采用木制工字梁胶合板模板。汉阳侧主塔高228.8 m，分39个节段，液压爬模施工38个节段；武昌侧主塔高240.8 m，分41个节段，液压爬模施工40个节段(见图2)。塔柱壁厚1.4 m～4.0 m，塔柱鞍座下5.9 m高节段为实心段，塔柱、横梁均采用C60高性能混凝土，均为高标号大体积混凝土，60 d配制强度70 MPa，基准配合比见表1。

表1 塔柱混凝土配合比

为控制主塔各节段混凝土出现危害性裂缝，对主塔各节段混凝土从混凝土配合比、入模温度、表面保湿保温养护、埋设冷却水管等几个方面按规范要求采取了措施。其中，针对高空高强大体积混凝土的水化热升温降温与拆模时间的关系特点，对平常容易被忽视和极易出现问题的环节，塔柱节段混凝土保湿保温养护措施进行了分析和总结。

2 现行高大塔柱、墩柱节段混凝土的养护措施分析

塔柱、墩柱由于其独特的竖向、立式结构，能够采取湿养护的面积相对较小，不像混凝土箱梁、路面那样直观明了，采取的养护工艺不尽一致，效果千差万别，养护工艺是否恰当关系到塔、墩柱施工期裂缝的产生。目前常见的混凝土养护方法有：蓄水养护、连续喷雾、湿覆盖养护、塑料布养护、喷涂养护剂，基本都是对敞露在外的混凝土面进行养护。塔柱由于其敞露在外的混凝土面在养护最关键的前7 天只有相对面积很小的节段顶面，其他侧面都被模板包裹，此时只能对其顶面进行湿覆盖养护或者蓄水养护；在侧模拆除前要不要对占塔柱节段主要面积的侧面进行养护，如何养护没有统一的看法，在侧模拆除后的养护措施主要有两种：一种是喷涂养护剂，第二种是喷淋水养护。有的用水泥对表面缺陷进行修补后什么也不做，对于塔柱这样的结构如何养护没有统一的养护方案、措施，也缺少相关文献的理论指导，因而塔柱混凝土在施工期因养护方法不恰当而产生裂缝的情况不在少数。

3 大桥主塔节段混凝土养护措施

3.1 主塔节段混凝土水化热温度变化时间与拆模时间

采用半导体智能温度数字传感器,结合应用软件和检测模块进行温度测量。本次在壁厚2.4 m～3.0 m的第六个空心浇筑段沿塔柱截面厚度方向均匀布置了6个温度测点，塔柱表面温度实测表面内10 cm处的水化热温度；中心点取塔壁的实际中心(距表面1.5 m)。水化热温度在混凝土入模后即进行监测,之后每隔1 h电脑自动采集一次数据,结果见表2,温度变化曲线见图3。

表2 水化热温度实测值

从图3可看出,水化热温度随时间发展曲线分为4个阶段：急剧上升段、缓慢上升段、缓慢下降段和较快下降段。水化热温升在早期变化很快,之后进入缓慢上升阶段直到最高温度。从表2可知塔柱混凝土表面点在入模后40 h便到达了最高温度58.14 ℃,而中心点在入模后100 h才达到最高温度72.31 ℃。为避免塔柱早期开裂采用晚拆模的施工方法,即混凝土浇筑完成至拆模最少100 h。

从图3曲线可看出,混凝土水化热温度发展曲线是一条依赖于龄期的复合指数曲线。温度上升段曲线很陡,而在温度下降段却很平缓,这样的温度变化便会在塔柱表面留下残余温度拉应力。降低水化热温度可以有效减少塔柱早期开裂[1]。降低水化热温度的措施在前期控制方面主要有：选用最优配合比、选用低热水泥、采用最优的骨料级配、冷水拌和设置冷却管等，为了防止内外过大温差引起的表面裂缝,混凝土浇筑完成后可以采用的措施有:加强墩身的养护、合理控制拆模时间等。

3.2 塔柱节段顶面混凝土的养护

主塔一个节段混凝土浇筑完毕，在节段顶面混凝土收浆后尽快采用麻袋或者土工布覆盖后再对其进行洒水湿润，后续洒水过程中在顶面形成蓄水养护，混凝土水化热开始时就蓄水完成，确保蓄水水温与混凝土温度同时增长，过程中及时缓慢小流量补充水量，在下节节段混凝土浇筑前使混凝土表面仍是湿润状态。由于塔柱顶面竖向钢筋和劲性骨架的影响，顶面混凝土要做到完全覆盖几乎不可能，塔柱节段在混凝土灌注后至拆模前采用顶面蓄水的方法是最好的养护方法(见图4)。

3.3 塔柱节段侧面混凝土的养护

3.3.1 拆模前的养护

塔柱侧模给混凝土的浇筑成型和强度增长提供支撑，也给混凝土养护提供了条件，即平常说的带模养护。大桥南北两岸塔柱均采用木模，减轻了爬架自重也给混凝土的保温保湿养护带来益处，塔柱的内外模板和顶面的蓄水层共同为新浇混凝土打造出一个相对密闭的养护空间。内外模板的材质、厚度、整体完整性、安装的紧密性、孔洞的多少大小及脱模剂的质量和涂刷质量等直接关系到空间的密闭程度，防止混凝土水分蒸发的快慢程度，保水效果的好坏。塔柱侧面模板越密实、安装越紧密，对新浇混凝土的保水保温效果越好，养护效果就越好。此时因养护不当或模板选择不当使混凝土的内外产生大的温度梯度，混凝土即会因温度应力而产生表面裂缝。采取保温性好热导系数低的木模能显著降低混凝土的内外温差，减少表面裂缝的产生。采用钢模对保温不利，应根据保温养护的需要再增加保温措施；采用木模时，保温性能较好，可将其直接作为保温材料考虑[2]。

3.3.2 拆模后的养护

大桥南岸主塔施工周期：上游塔柱从2017年2月24日开 始施工第一节到2017年12月27日完成塔顶段，下游塔柱从2017年3月1日开始施工第一节到2017年12月23日完成塔顶段。平均7.5 d一个节段，拆模时间基本在4 d～5 d时间段。在塔柱混凝土浇后的3 d内严禁拆模，一是从混凝土的强度考虑确保施工、结构的安全；二是混凝土水化热正处于相对高峰期，此时拆模侧面混凝土失去保护屏障失水加速，造成混凝土干缩裂缝的出现，同时混凝土表面散热急剧加速造成混凝土内外温差过大产生过高的温度应力造成温度裂缝。拆模后采取的养护措施是塔柱、高大墩柱是否产生早期裂缝或者已有表层裂缝是否发展成深层裂缝的关键。目前主要有两种养护措施：

第一种是拆模后喷涂养护剂,也是大桥南北两塔采取的养护工艺。养护剂是一种喷洒或涂刷于混凝土表面，能在混凝土表面形成一层连续不透水的密闭养护薄膜的乳液或高分子溶液。养护剂具备养护保水功能，且不影响混凝土的各项物理力学性能，其自身水分蒸发后，能防止混凝土硬化早期的水分蒸发，不但可用于新浇混凝土的养护，也可用来继续养护脱模后的混凝土以及经过早期湿养的混凝土[3]。大桥塔柱节段拆模后立即在塔柱侧面喷涂养护剂两道，确保能在混凝土表面形成一层连续不透水的密闭养护薄膜。尽可能的减少侧面混凝土水分的散失，同时利用养护剂形成的养护薄膜给混凝土表面保温。爬架的多层工作平台给养护剂的涂刷创造了良好的工作环境(见图5)。喷涂养护剂同样要讲究及时，成立了专门的班组在拆模后及时在每个侧面同时喷涂，最大限度的缩短拆模后的养护间断时间。在现代的混凝土施工中喷刷养护剂已成为混凝土养护的重要措施。养护剂在水泥混凝土路面、滑膜施工的高耸建筑物上使用比较多(混凝土浇筑后立即使用，通过养护剂的成膜密封保水进行养护)；在桥梁塔柱上也有使用,如金塘大桥、武汉二七长江大桥、鄂东长江公路大桥等(塔柱侧模拆除后使用，通过养护剂的成膜密封保水继续进行养护)。通过相关试验研究表明，对混凝土表面涂刷养护剂，可以增强混凝土早期的保水能力，与不涂刷养护剂的混凝土相比抗压强度有一定程度的增长，降低混凝土的干缩率，并可改善混凝土的抗开裂性能[4]。

第二种是拆模后喷水或者淋水养护，此种养护方式风险较大，实际操作过程中极易造成塔柱表面产生裂缝，或者使拆模后的表面裂缝发展成深层裂缝。以大桥南岸主塔拆模后的混凝土表面温度实测数据统计，可以看出在拆模的一般时间段80 h～120 h此时塔柱混凝土表面温度在52 ℃～56 ℃左右，这时在混凝土表面浇以环境温度温差太大的冷水，则可能会使混凝土表面温度急速冷却而造成混凝土断面上的温度梯度骤升，从而引起混凝土的“热震”[5]。JTG/T F50—2011公路桥涵施工技术规范第6.13.2条第6款：利用冷却水管中排出的降温用水，在混凝土顶面蓄水保温养护时，养护水温度与混凝土表面温度的差值应不大于15 ℃[6]。这是能在规范里找到的唯一关于养护水温度的要求，虽然是对混凝土水化热开始时顶面蓄水保温养护时的要求，但对养护水温度与混凝土表面温度的差值应不大于15 ℃的规定仍然有意义，目的是防止混凝土内外温差过大而产生裂缝。《钢筋混凝土结构裂缝控制指南》提出：表面淋水及拆模引起的瞬时温差不宜超过15 ℃[7]。以塔柱拆模时混凝土表面温度55 ℃计算，向塔柱侧面喷淋水的水温需达到40 ℃以上，这在施工现场较难实现，施工用水、养护用水都是自然温度，基本都在30 ℃以下。较冷的养护用水直接喷淋在拆模后的高温混凝土表面，使混凝土表面温度快速下降，而混凝土内部温度下降慢，从而加大了混凝土的内外温度梯度，温度应力加大，塔柱、墩柱施工期柱壁裂缝由此产生。裂缝产生的大小、深度与侧面喷淋水温、现场水管流量大小及持续时间有关，也就是冷却的速度相关。拆模后对高温的塔壁喷淋冷水，看似在对塔壁进行养护，其实加速了塔壁表面混凝土的冷却，是人为的环境降温，也是塔柱、墩柱一直存在的养护误区。塔壁在水化热单独作用下不会发生开裂[8]，但若叠合环境降温作用，或者是人为降温，塔壁表面应力将超出混凝土在该时刻的抗拉强度，导致混凝土开裂。

4 塔柱横梁混凝土养护

横梁在浇筑完后其敞露在外的混凝土面相对塔柱一个节段多，能采取湿养护的面积大，相当于一段高截面的现浇混凝土单室箱梁，采取湿覆盖养护是通常的做法。杨泗港长江大桥中横梁梁高10 m，上横梁梁高11 m，均分两次浇筑，为减轻托架荷载采用胶合板模板。中横梁第一次浇筑底板和5.5 m高腹板，浇筑完成，混凝土收浆后立即对水平混凝土敞露面进行湿覆盖养护。养护至混凝土强度达到设计强度的90%后张拉部分底板索，张拉完成后安装模板进行剩余4.5 m高腹板、顶板混凝土的浇筑。第二次浇筑完成只剩下顶板混凝土敞露在外，一个大面积的水平面相当好进行湿覆盖养护。横梁模板拆除时间比塔柱侧模晚，提供保温养护的时间长，很少出现表面裂缝。横梁养护参照现浇箱梁的做法,养护在混凝土浇筑至顶板时即可开始，收光一段用塑料薄膜覆盖一段，前段还在浇筑，后段已经覆盖，至浇筑完成，覆盖也跟随完成。真正做到了混凝土开始养护的时间应尽早及时。待顶面混凝土可以上人踩不出脚印再覆盖土工布、洒水养护。箱梁养护还有一个优点：养护水湿润整个顶面覆盖的土工布过程中自然通过箱梁人孔流入箱梁内室，在内室形成蓄水养护。此时箱梁顶面有塑料薄膜和湿润的土工布覆盖层防止混凝土的水分蒸发，箱梁内室有30 cm左右蓄水层与混凝土温度一同升高，在箱梁内室形成一个相对湿度很高的环境，箱梁底部有底板、翼板木模板的保温养护，且拆模时间长达一个月左右，经此养护箱梁很少有表面裂缝，底板光洁有镜面效果。

5 结语

1)对采用爬模施工的塔柱或墩柱的养护，提倡柱壁混凝土养护利用木模板保水保温养护，拆模后喷涂混凝土养护剂保水保温养护衔接，塔柱节段顶面蓄水养生的组合养护工艺。大桥南北两岸塔柱均采用此种养护工艺，施工期塔柱表面均未见有害裂缝出现。

2)拆模后对塔柱、墩柱侧面喷淋冷水造成混凝土表面温度应力的突然加大是施工期塔柱、墩柱柱壁混凝土产生裂缝的主要原因。

3)对采用翻模施工的塔柱或墩柱的养护，节段顶面蓄水养生，柱壁利用木模板或者经加保温层处理的钢模保温养护至少7 d后可拆模，此时最低要求的养护期已完成，没有工作平台的可以不涂刷养护剂，提前拆模或者向柱壁淋水将增大柱壁裂缝产生的风险。