養(yǎng)護方式對混凝土強度和滲透性的影響

周昕，羅時勇，龐超明，秦鴻根

（1.江蘇城市職業(yè)學院建筑工程學院，江蘇南京210013；2.東南大學材料科學與工程學院江蘇省土木工程材料重點實驗室，江蘇南京211189）

養(yǎng)護方式對混凝土強度和滲透性的影響

周昕1，羅時勇2，龐超明2，秦鴻根2

（1.江蘇城市職業(yè)學院建筑工程學院，江蘇南京210013；2.東南大學材料科學與工程學院江蘇省土木工程材料重點實驗室，江蘇南京211189）

模擬不同現(xiàn)場施工條件及環(huán)境，設計了覆蓋薄膜養(yǎng)護、澆水養(yǎng)護、低溫養(yǎng)護幾種不同的養(yǎng)護方式，來探索不同養(yǎng)護制度下混凝土的強度發(fā)展及滲透性的變化規(guī)律．結果表明，養(yǎng)護制度對C50混凝土28 d強度的影響顯著低于C30．澆水養(yǎng)護7 d后，繼續(xù)延長澆水時間，對強度的影響不大，但對滲透性的影響較大．低溫養(yǎng)護下后期強度有一定的強度損失，但仍可以繼續(xù)發(fā)展．隨著澆水養(yǎng)護時間的延長，混凝土的抗?jié)B性提高．

混凝土；覆膜養(yǎng)護；澆水養(yǎng)護；低溫養(yǎng)護；強度；滲透性

0 引言

養(yǎng)護是混凝土施工工序中十分重要的環(huán)節(jié)，良好的養(yǎng)護制度是保證混凝土耐久性、控制早期裂縫、提高制品的表觀滲透性等最有效和最經(jīng)濟的途徑．決定養(yǎng)護工藝的3個要素是：養(yǎng)護溫度、濕度、養(yǎng)護時間．它們不僅影響混凝土強度的發(fā)展，而且影響著混凝土的耐久性，特別是影響著表面層混凝土的性能[1]，產(chǎn)生因養(yǎng)護不當導致的工程質(zhì)量問題．一般來說，高溫加速了混凝土的水化過程，養(yǎng)護溫度越高，強度發(fā)展越快．但并不是溫度越高對強度的發(fā)展越有利，早期的過高溫養(yǎng)護會對混凝土后期強度的發(fā)展產(chǎn)生不利影響[2]．水泥水化過程中，導致內(nèi)部水分趨向遷移到與環(huán)境接觸的混凝土表面的低壓區(qū)，從而導致早期的濕度散失．混凝土濕度越高，水分遷移越快，蒸發(fā)速率增加．過快的蒸發(fā)會導致空隙內(nèi)的濕度低于飽和水平之下，從而阻礙水泥的水化[3]．Spear[4]認為，當混凝土內(nèi)部相對濕度RH小于80％時，水泥水化停止．新澆注混凝土中的水分散失首先是從表面的泌水開始，當表面水完全蒸發(fā)后，通過毛細行為遷移到混凝土表面的水開始蒸發(fā)．如果水分蒸發(fā)速率大于通過毛細行為遷移到混凝土表面的速率，混凝土就會出現(xiàn)塑性收縮和裂縫．試驗表明，水分在混凝土澆注后的最初24 h損失最大[5]，因此早期的保濕養(yǎng)護對于混凝土來說至關重要．

公路橋涵施工技術規(guī)范指出，對新澆筑混凝土的養(yǎng)護，應根據(jù)施工對象、環(huán)境條件、水泥品種、外加劑或摻和料以及混凝土性能等因素，制定具體的養(yǎng)護的方案．針對徐州東三環(huán)高架工程施工現(xiàn)場的需要，研究了在不同早期養(yǎng)護方式對混凝土性能的影響，尤其是對混凝土強度和表面性能的影響，其中表面性能用氯離子滲透和氣體滲透性能來分析，從而為混凝土的現(xiàn)場施工提供技術參考．

1 原材料與配合比

水泥采用中聯(lián)P O42.5普通硅酸鹽水泥，永騰Ⅰ級粉煤灰，中誠S95礦渣微粉，細度模數(shù)Mx=2.5的中砂，安徽蕭縣5～20mm連續(xù)級配碎石，外加劑為浙江五龍ZWL-A-IX聚羧酸高效減水劑，減水率27％，摻量1.3％．

研究采用現(xiàn)場用典型C50配合比市場上最常用的C30配合比，其中C50混凝土控制膠凝材料總量500kg/m3，粉煤灰和礦渣微粉摻量各為10％．而C30混凝土，取粉煤灰摻量20％．實驗所用C30、C50混凝土配合比如表1所示．

表1 混凝土配合比Tab.1 M ixture proportion of concrete

按上述兩個配合比，于2013年4月進行混凝土的制備與成型，測得新拌混凝土的性能如表2所示．C30組混凝土的坍落度略低，目測其粘聚性和保水性較好，C50組流動性較大，目測保水性略低于C30混凝土，1 h后坍落度損失低，新拌性能較好．

表2 新拌混凝土的性能Tab.2 Propertiesof fresh concrete

2 養(yǎng)護制度的確定

試件成型后，模擬施工現(xiàn)場的灑水養(yǎng)護或腹膜養(yǎng)護，采用灑水養(yǎng)護4 d、7 d、10 d或14 d后置于自然環(huán)境中、或薄膜覆蓋養(yǎng)護10 d后自然養(yǎng)護、薄膜覆蓋養(yǎng)護10 d后低溫（約1℃）養(yǎng)護，同時對比標準養(yǎng)護（溫度為20±2℃，相對濕度＞95％）．覆膜養(yǎng)護7 d后，再低溫養(yǎng)護，目的是模擬冬季施工情況．各種養(yǎng)護條件的編號如表3所示．

表3 混凝土養(yǎng)護制度Tab.3 Curing conditionsof concrete

澆水養(yǎng)護為每天早上9點、中午12點和下午5點左右分別澆1次水，每天澆3次水．自然養(yǎng)護的條件以查詢氣象資料的結果為準，南京市2013年4月到7月的的氣象資料如表4所示．

表4 自然養(yǎng)護的氣候條件Tab.4 Climate in nature curing environment

3 養(yǎng)護制度對混凝土強度的影響

混凝土澆筑后在室溫下養(yǎng)護1 d后拆模，然后采取不同的養(yǎng)護制度，測得不同養(yǎng)護條件下C30、C50混凝土在不同齡期的強度如圖1所示．

圖1 混凝土在不同養(yǎng)護制度下不同齡期的強度Fig.1 Compressivestrength of concreteatdifferentage in differentcuring condition

強度測試時，各組C30混凝土離散性較小，同組內(nèi)數(shù)據(jù)非常接近．而C50混凝土離散性較大，同組內(nèi)數(shù)據(jù)相差較大，多組數(shù)據(jù)都出現(xiàn)一個數(shù)據(jù)偏差超過15％的情況，且部分后期強度數(shù)據(jù)甚至略低于齡期稍早時的強度這主要是由于其流動性較大，導致試件成型對混凝土性能的影響很大，部分試件強度相差甚至達10MPa左右，達到試件強度的20％左右，同時還測試了大量與強度對應的回彈數(shù)據(jù)，也發(fā)現(xiàn)了C50混凝土數(shù)據(jù)的離散性，說明混凝土本身的均勻程度偏低．

經(jīng)4 d預養(yǎng)后的養(yǎng)護制度對C50混凝土28 d強度的的影響顯著低于C30，可能是由于經(jīng)過帶模養(yǎng)護1 d加澆水4 d的預養(yǎng)之后，水化程度已經(jīng)較高，表面結構已較為致密，水分的蒸發(fā)顯著降低．對比C30混凝土在澆水養(yǎng)護和標準養(yǎng)護制度下在28 d、56 d和90 d的強度可以看出，僅澆水養(yǎng)護4 d對C30混凝土28 d強度影響很大，但對56 d之后影響不大．而對C50混凝土，除低溫外，帶模養(yǎng)護1 d加澆水養(yǎng)護4 d后的養(yǎng)護影響較低．與標準養(yǎng)護28 d強度相比，C30混凝土澆水養(yǎng)護4 d強度低10MPa，齡期增長到56 d，除澆水養(yǎng)護4 d外，其他各組養(yǎng)護均已與標準養(yǎng)護相當．C50混凝土覆膜養(yǎng)護的效果略高于澆水養(yǎng)護，采用澆水養(yǎng)護7 d或覆膜養(yǎng)護7 d其養(yǎng)護強度僅略低于標準養(yǎng)護強度．

冬季混凝土即使有一段正常溫度的預養(yǎng)期，后期強度雖然會有一定程度的強度損失．C50低溫養(yǎng)護后強度損失較C30大，這是因為水膠比越低，溫度對混凝土抗壓強度的影響越大[6]．但值得注意的是，與澆水或薄膜養(yǎng)護后不同，其后期的強度仍有較大幅度的增長，且C50組后期強度增加更為顯著，可能和礦物摻合料中的粉煤灰有關．劉麗娜等[7]的研究也有相似的結論，摻入粉煤灰的混凝土在低溫下養(yǎng)護60 d后強度仍有較大發(fā)展，且水膠比降低增長幅度加大．覆膜養(yǎng)護7 d后低溫養(yǎng)護C30混凝土的28 d的強度僅相當于7 d標準養(yǎng)護強度（31 MPa），C30、C50混凝土的28 d強度僅分別為標養(yǎng)的60％和58％，90 d齡期仍然略低于其他養(yǎng)護的28 d強度，分別僅為標養(yǎng)28 d強度的84.7％和73.5％．根據(jù)JGJ/T104-2011建筑工程冬期施工規(guī)程，其28 d等效齡期De=T×t=11.9 d，可以看出僅相當于標準養(yǎng)護11.9 d齡期的強度；使用用Nurse-Saul方程[8-9]：表示成熟度可得出在低溫（1～2℃）養(yǎng)護下的28 d的成熟度僅相當于標養(yǎng)溫度下的55％；而Freiesleben Hansen等[10]考慮了溫度對水化速率的影響后，提出了基于Arrhenius方程的等效齡期新方法：僅相當于標養(yǎng)時8.69 d的強度．

總體而言，抗壓強度的發(fā)展與環(huán)境溫度、濕度密切相關，即使自然環(huán)境的溫度，澆水養(yǎng)護7 d是有必要的．在早期通過抗壓強度指標可以判斷養(yǎng)護制度的差異，用于評價混凝土的養(yǎng)護效率是可行的，但隨著齡期的延長，用強度判斷養(yǎng)護質(zhì)量的好壞的敏感性降低[11]，因此進一步研究混凝土的滲透性．

4 養(yǎng)護制度對混凝土滲透性能的影響

滲透性是多孔材料的基本性質(zhì)之一，它反映了材料內(nèi)部孔隙的大小、數(shù)量、分布及連通情況．混凝土的滲透性與其耐久性之間有著密切的聯(lián)系，除抗凍性指標外，混凝土的耐久性很大程度上取決與流體（包括液體和氣體）侵入混凝土內(nèi)部及其在內(nèi)部遷移的難易程度，因此認為滲透性時評價混凝土耐久性最重要的指標．對于許多暴露在有害環(huán)境中的混凝土結構，耐久性和強度同等重要．本文采用RCM法和氣體滲透法評估混凝土的滲透性能．其中氣體滲透性測試方法參考JTJ270-1998．實驗采用測試壓力可調(diào)的NELD-BL混凝土透氣性測定儀．采用標準方法，真空度從0.056 MPa下降到0.050 MPa時，滲透系數(shù)計算公式可簡化為式中：Ka為氣體滲透系數(shù)，m2/s；ta為所測透氣時間，s；Vs為抽真空試驗槽體積與連接閥門、試驗槽皮管的體積之和，m3；L為試件厚度，m；試件透氣截面積，m2；P0、P1分別為起始和終止測試時試驗槽側(cè)的壓力；Pa為外側(cè)壓力（標準標準狀態(tài)下為大氣壓）．

按表1配合比制備的混凝土養(yǎng)護到56 d，進行混凝土的氯離子滲透性和氣體滲透性能實驗．測得的實驗結果如表5所示．

表5 不同養(yǎng)護制度下混凝土的滲透性能Tab.3 Permeability of concrete underdifferentcuring condition

可看出，隨著澆水養(yǎng)護時間的延長，水化程度增加，結構逐漸變得更致密，離子擴散系數(shù)和氣體擴散系數(shù)均不斷減?。渲?，高性能C30和C50混凝土56 d氯離子擴散系數(shù)分別在5×1012～15×1012m2/s和3 ×1012～5×1012m2/s，氣體擴散系數(shù)分別為12×108～25×108m2/s和7×108～15×108m2/s．混凝土的氣體滲透性遠遠大于液體滲透性，氣體滲透系數(shù)與液體滲透系數(shù)相差達4個數(shù)量級．在不同的養(yǎng)護制度下，混凝土的氯離子滲透規(guī)律和氣體滲透規(guī)律一致，說明兩者有較大的相關性[11]．對比澆水養(yǎng)護和薄膜養(yǎng)護，可以看出，澆水養(yǎng)護有利于降低混凝土的滲透性，其氯離子滲透系數(shù)和氣體滲透系數(shù)均有所降低，這可能澆水養(yǎng)護時，由于表面水分的蒸發(fā)，使表面的水膠比減低，而薄膜覆蓋養(yǎng)護則使混凝土表面水分充分，反而增大了水膠比，使?jié)B透性降低．

綜合強度和抗?jié)B性能分析，采用澆水養(yǎng)護比覆膜養(yǎng)護更有優(yōu)勢，且澆水養(yǎng)護7 d強度與養(yǎng)護10～14 d相近，因此為節(jié)約勞動成本，可以采用7 d的澆水養(yǎng)護方式．

5 結論

通過對不同養(yǎng)護方式條件下的混凝土強度和滲透性能的研究，主要結論如下：

1）經(jīng)4 d預養(yǎng)后的養(yǎng)護制度對C50混凝土28 d強度的影響顯著低于C30．除低溫外，帶模養(yǎng)護1 d加澆水養(yǎng)護4 d后的養(yǎng)護對C50混凝土影響較低．

2）在相同齡期下，澆水養(yǎng)護4 d的C30混凝土強度遠低于澆水養(yǎng)護超過7 d或覆膜養(yǎng)護、或標準養(yǎng)護的強度．當澆水養(yǎng)護達7 d后，繼續(xù)延長澆水養(yǎng)護時間，對強度發(fā)展的影響較低．覆膜養(yǎng)護7 d與澆水養(yǎng)護7d的強度相近，因此從強度來看，可采取澆水養(yǎng)護7 d的方式進行養(yǎng)護．低溫養(yǎng)護下混凝土的后期強度仍可能有較大的發(fā)展．

3）隨著澆水養(yǎng)護齡期的延長，混凝土的抗?jié)B透性降低明顯，說明養(yǎng)護有助于提高混凝土的表面性能．澆水養(yǎng)護的抗?jié)B透性略高于覆膜養(yǎng)護試件的滲透性．

4）氣體滲透性遠大于離子滲透系數(shù)，其相差達4個數(shù)量級以上．高性能C30和C50混凝土56 d氯離子擴散系數(shù)分別在5×1012～15×1012m2/s和3×1012～5×1012m2/s，氣體擴散系數(shù)分別為12×108～25×108m2/s和7×108～15×108m2/s．

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[責任編輯 楊屹]

Effectcuringmethodson the strength and permeability of concrete

ZHOU Xin1，LUO Shiyong2，PANG Chaom ing2，QIN Honggen2

(1.The Collegeof Architectural Engineering,The City VocationalCollegeof Jiangsu,Jiangsu Nanjing 210013,China;2.Schoolof Materials Scienceand Engineering,SoutheastUniversity,Jiangsu Key laboratory of Construction Materials,Jiangsu Nanjing 211189, China)

The strength developmentand permeability of concrete under different curing regimeswere studied,such as the film curing,watering curing,low temperature curing by simulation ofdifferentconditionsorenvironmentin site.The resultsshow that,theeffectof curingmethodson the28 d strength ofC50 concretewasmuch less than thatofC30.When curing time is up to 7 d,water curing time has little effect on the strength,but has greateffecton the permeability of concrete.The laterstrength under low temperature curing stillcan develop though the strength somewhatw illbe reduced. With theextension ofwater curing time,improve the impermeability of concrete is improved.

concrete;film curing;watering conservation;low temperature curing;strength;permeability

TU528

A

1007-2373(2016)03-0109-05

10.14081/j.cnki.hgdxb.2016.03.018

2015-11-09

國家自然科學基金（51108077）；江蘇省自然科學基金（BK2011612）

周昕（1977-），男（漢族），工程師，zhouxin@jstvu.edu.cn．