寒區(qū)冬季施工養(yǎng)生條件對橋梁用混凝土力學(xué)性能的影響

何承義，王景波，張顯軍，楊　揚

(黑龍江工程學(xué)院 土木與建筑工程學(xué)院,黑龍江 哈爾濱 150050)

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寒區(qū)冬季施工養(yǎng)生條件對橋梁用混凝土力學(xué)性能的影響

何承義，王景波，張顯軍，楊揚

(黑龍江工程學(xué)院 土木與建筑工程學(xué)院,黑龍江 哈爾濱 150050)

摘要：通過對冬季橋梁用混凝土試驗研究，比較不同養(yǎng)護(hù)溫度、濕度組合對橋梁用混凝土力學(xué)性能的影響。得出不同的養(yǎng)護(hù)溫度和相對濕度組合對冬季橋梁用混凝土抗壓強(qiáng)度的影響規(guī)律。實驗結(jié)果表明, 養(yǎng)護(hù)溫度升溫速度過快時混凝土表面的水分會大量蒸發(fā)使混凝土后期強(qiáng)度發(fā)展緩慢。高溫養(yǎng)護(hù)期混凝土保持充分濕度十分必要。

關(guān)鍵詞：寒區(qū)；養(yǎng)生；力學(xué)性能；橋梁

黑龍江省屬于寒溫帶，與我國其它地區(qū)混凝土冬季施工相比有很大區(qū)別。在嚴(yán)寒的冬季施工，混凝土養(yǎng)生一直也沒有科學(xué)規(guī)范的方法。事實上，混凝土的強(qiáng)度及耐久性與養(yǎng)護(hù)條件(尤其是溫度、濕度條件)關(guān)系很大，冬季施工混凝土的養(yǎng)生條件、溫濕度交替循環(huán)變化，混凝土強(qiáng)度增長與室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生下強(qiáng)度增長有較大差異，因而現(xiàn)場養(yǎng)生的混凝土品質(zhì)會存在較大差異性。近年來，由于交通設(shè)施建設(shè)的需要，有很多橋梁(特別是一些特大橋)采用了跨越嚴(yán)冬時節(jié)的冬季施工。所以，從保證寒區(qū)橋梁混凝土耐久性的角度，研究混凝土養(yǎng)生條件(溫度、濕度條件)對混凝土力學(xué)性質(zhì)及耐久性的影響十分必要。

1試驗材料配合比與試驗方法

冬季施工養(yǎng)生方法主要有綜合蓄熱法和外部加熱法，嚴(yán)寒時節(jié)只能使用外部加熱法。外部加熱時可通過紅外線加熱、電加熱、蒸汽加熱、火爐加熱來實現(xiàn)。通過對黑龍江省及吉林省橋梁冬季施工養(yǎng)生方法的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，施工企業(yè)考慮經(jīng)濟(jì)、工藝可行，通常使用搭棚覆蓋配合蒸汽加熱、焦炭爐加熱及焦炭爐配合蒸汽加熱等方法。本研究針對性地設(shè)計了3種室內(nèi)模擬環(huán)境即5 ℃不同相對濕度、30 ℃不同相對濕度及60 ℃不同相對濕度組合，以此分別模擬搭棚覆蓋蒸汽加熱、焦炭爐配合蒸汽加熱及焦炭爐加熱法養(yǎng)生環(huán)境。試驗時分3批制作混凝土立方體試件用于3種養(yǎng)護(hù)組合的試驗，每批試件強(qiáng)度等級C40。每組試件按標(biāo)準(zhǔn)條件和設(shè)計組合條件兩種方式進(jìn)行養(yǎng)護(hù)以便對比。

1.1原材料

試驗中水泥選用哈爾濱亞泰天鵝P.O 42.5普通硅酸鹽水泥；碎石來自阿城玉泉石場，為5～20 mm連續(xù)級配，表觀密度2 713 kg/m3，堆積密度1 476 kg/m3，壓碎值8.9%，含泥量<1%；砂子為天然砂，來自松花江，細(xì)度模數(shù)為2.4，含泥量<3%，最大粒徑5 mm，表觀密度2 620 kg/m3，堆積密度1 346 kg/m3；粉煤灰采用哈爾濱三電廠生產(chǎn)的Ⅰ 級粉煤灰，燒失量為3.5%，比表面積為5 400 cm2/g；減水劑采用黑龍江省低溫建筑科學(xué)研究所中間試驗廠萘系減水劑。

1.2混凝土配合比

通過對黑龍江省目前一些預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)所使用的混凝土配合比調(diào)查，確定了本試驗研究所使用混凝土配合比并按此配合比制備試塊。試驗用混凝土配合比見表1。

表1　試驗用混凝土配合比　kg/m3

1.3試驗方法

為了研究寒區(qū)冬季施工養(yǎng)生條件對橋梁用混凝土力學(xué)性能影響，選用混凝土抗壓強(qiáng)度這一重要力學(xué)性能指標(biāo)來進(jìn)行試驗研究。

將試驗設(shè)計為3種方式，方式Ⅰ采用養(yǎng)護(hù)溫度5 ℃，相對濕度(RH)為70%組合，試塊在此組合養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)1 d、3 d、7 d、14 d、28 d時分別進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗；方式Ⅱ采用養(yǎng)護(hù)溫度30 ℃與相對濕度(RH)分別為50%、70%、95%組合，試塊在此組合養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)1 d、3 d、7 d、14 d、28 d時分別進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗；方式Ⅲ采用養(yǎng)護(hù)溫度60 ℃與相對濕度(RH)分別為50%、70%、95%組合，試塊在此組合養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)1 d、3 d、7 d、14 d、28 d時分別進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗。另外同期、同材料制作一組進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)的試塊，也按照養(yǎng)護(hù)1 d、3 d、7 d、14 d、28 d分別進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗用于與前3種方式比較。

試驗結(jié)果按下列要求進(jìn)行整理: 標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下混凝土抗壓強(qiáng)度隨齡期增長的規(guī)律; 養(yǎng)護(hù)溫度為5 ℃，相對濕度(RH)為70%組合養(yǎng)護(hù)條件下混凝土抗壓強(qiáng)度隨齡期增長的規(guī)律; 養(yǎng)護(hù)溫度為30 ℃與相對濕度(RH)分別為50%、70%、95%組合養(yǎng)護(hù)條件下混凝土抗壓強(qiáng)度隨齡期增長的規(guī)律; 養(yǎng)護(hù)溫度為60 ℃與相對濕度(RH)分別為50%、70%、95%組合養(yǎng)護(hù)條件下混凝土抗壓強(qiáng)度隨齡期增長的規(guī)律。由此通過對比分析, 探討寒區(qū)橋梁混凝土冬季施工養(yǎng)生溫、濕度對混凝土力學(xué)性能的影響。

2試驗結(jié)果及分析

2.1試驗結(jié)果

溫度為5 ℃，相對濕度(RH)70%組合養(yǎng)護(hù)時，混凝土抗壓強(qiáng)度試驗結(jié)果隨齡期增長曲線如圖1所示。

圖1　溫度為5 ℃，相對濕度(RH)70%時混凝土抗壓強(qiáng)度隨齡期增長曲線

養(yǎng)護(hù)溫度30 ℃與相對濕度(RH)分別為50%、70%、95%組合養(yǎng)護(hù)條件下，對試件分別以Y1、Y2、Y3編號，Y1代表相對濕度(RH)50%,Y2代表相對濕度(RH)70%,Y3代表相對濕度(RH)95%，此組合混凝土抗壓強(qiáng)度試驗結(jié)果隨齡期增長曲線如圖2所示。

圖2　溫度為30 ℃時不同相對濕度(RH)混凝土抗壓強(qiáng)度隨齡期增長曲線

養(yǎng)護(hù)溫度60 ℃與相對濕度(RH)分別為50%、70%、95%組合養(yǎng)護(hù)條件下，對試件不同相對濕度(RH)編號同前，此組合混凝土抗壓強(qiáng)度試驗結(jié)果隨齡期增長曲線如圖3所示。

圖3　溫度為60 ℃時不同相對濕度(RH)混凝土抗壓強(qiáng)度隨齡期增長曲線

2.2試驗結(jié)果分析

試驗結(jié)果顯示溫度為5 ℃，相對濕度(RH)70%組合養(yǎng)護(hù)時，混凝土抗壓強(qiáng)度隨齡期增長而增長，但其增長速率低于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)混凝土，而且同樣齡期時其強(qiáng)度也低于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)混凝土，28 d抗壓強(qiáng)度僅為標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)混凝土抗壓強(qiáng)度的78.9%。說明溫度對混凝土抗壓強(qiáng)度增長有較大影響，在低溫養(yǎng)護(hù)時這一影響尤為顯著。

養(yǎng)護(hù)溫度30 ℃與相對濕度(RH)分別為50%、70%、95%組合養(yǎng)護(hù)條件下，不同相對濕度(RH)混凝土試塊在相同齡期時抗壓強(qiáng)度試驗結(jié)果區(qū)別不明顯，隨齡期增長曲線趨勢也相同，而且與標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)混凝土隨齡期增長曲線趨勢相同。試驗說明在溫度相同的情況下，養(yǎng)護(hù)濕度條件對混凝土抗壓強(qiáng)度影響不明顯。外部環(huán)境濕度與混凝土抗壓強(qiáng)度之間的關(guān)系不大，而真正影響混凝土力學(xué)性能的是混凝土內(nèi)部濕度。

養(yǎng)護(hù)溫度60 ℃與相對濕度(RH)分別為50%、70%、95%組合養(yǎng)護(hù)條件下，溫度60 ℃與相對濕度(RH)95%組合時混凝土抗壓強(qiáng)度增長很快，24 h時就已經(jīng)達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d強(qiáng)度，后期強(qiáng)度雖有增加但增長趨勢趨緩；相對濕度(RH)分別為50%、70%時24 h混凝土強(qiáng)度均低于相對濕度(RH)95%組合時很多，而且后期強(qiáng)度增長不明顯。試驗結(jié)果說明高溫、高濕組合是達(dá)到混凝土強(qiáng)度增長的最佳手段，但是高溫時濕度較低，不僅不能使混凝土強(qiáng)度快速達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度，而且即使增加齡期對混凝土強(qiáng)度增長也不明顯?？諝庀鄬穸扔绊懼炷林械南鄬穸?，而為維持水泥水化的進(jìn)行，混凝土中的相對濕度應(yīng)保持在80%以上才利于混凝土強(qiáng)度增長?；炷料鄬穸鹊陀?0%時，水化程度相對較低，說明相對濕度(RH)低時導(dǎo)致了混凝土早期干燥進(jìn)而顯著地影響混凝土強(qiáng)度發(fā)展。

以上試驗結(jié)果說明，混凝土澆筑后抗壓強(qiáng)度增長的速率是隨著養(yǎng)護(hù)溫度的增高而加快的，早期較高的養(yǎng)護(hù)溫度可加決混凝土水化的反應(yīng)速率，提高其反應(yīng)程度；早期低溫養(yǎng)護(hù)情況下混凝土的水化受到抑制，其反應(yīng)程度相當(dāng)?shù)?，后期?biāo)養(yǎng)條件下會有一定增長。外部環(huán)境濕度顯著地影響著混凝土內(nèi)部相對濕度。外部濕度越高，時間越長，其內(nèi)部相對濕度下降越慢，養(yǎng)生而得的混凝土抗壓強(qiáng)度越高。

目前寒區(qū)橋梁混凝土冬季施工時，很多施工企業(yè)選用混凝土暖棚養(yǎng)生配合焦炭爐供熱的方法，這樣的養(yǎng)護(hù)溫度高易保溫，成本也較經(jīng)濟(jì)，但濕度控制尤為重要；如果選用暖棚養(yǎng)生配合蒸汽的養(yǎng)生方法，暖棚內(nèi)可以達(dá)到高溫高濕，此時的混凝土強(qiáng)度上升快，會節(jié)省養(yǎng)護(hù)時間。這里僅探討了不同養(yǎng)護(hù)環(huán)境對抗壓強(qiáng)度的影響，對于不同養(yǎng)護(hù)環(huán)境時對混凝土耐久性的影響將在后面的試驗研究中涉及。

3結(jié)論

1)較低溫度養(yǎng)護(hù)時，混凝土抗壓強(qiáng)度增長低于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，混凝土抗壓強(qiáng)度在相同齡期也低于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)時。

2)在養(yǎng)護(hù)溫度30 ℃的情況下，養(yǎng)護(hù)濕度條件對混凝土抗壓強(qiáng)度影響不明顯。說明在接近標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)溫度養(yǎng)護(hù)時，相對濕度對混凝土抗壓強(qiáng)度影響程度較小。

3)在養(yǎng)護(hù)溫度60 ℃的情況下，外部環(huán)境濕度顯著地影響著混凝土內(nèi)部相對濕度。高溫養(yǎng)護(hù)升溫速度過快時混凝土外部濕度越高且時間越長，其內(nèi)部相對濕度下降越慢，同齡期養(yǎng)生而得的混凝土抗壓強(qiáng)度越高，高溫養(yǎng)護(hù)期混凝土保持充分濕度十分必要。

參考文獻(xiàn)

[1]于韻，蔣正武.養(yǎng)護(hù)條件對混凝土早期內(nèi)部相對濕度的影響研究 [J].江西建材，2003(1):15-17.

[2]黃瑜，祁錕，張君.早齡期混凝土內(nèi)部濕度發(fā)展特征[J].清華大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2007,47(3):309-312.

[3]趙蕓平，孫玉良，于濤,等.寒冷地區(qū)冬季混凝土強(qiáng)度增長規(guī)律的試驗研究[J].硅酸鹽通報,2009,28(4):123-125.

[4]梁軍林，王浩，張擎.養(yǎng)生溫濕度條件對路面水泥混凝土彎拉強(qiáng)度的影響[J].公路交通科技,2011,28(11):32-38.

[5]王慧穎，王堯天.寒區(qū)植被混凝土無側(cè)限抗壓性能試驗研究[J].黑龍江工程學(xué)院學(xué)報，2014，28(4)：4-7.

[6]李連志，于靜波.混凝土抗鹽凍性能的試驗研究[J].黑龍江工程學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版)，2008，22(3)：14-17.

[7]耿健，彭波，孫家瑛.蒸汽養(yǎng)護(hù)制度對水泥石孔結(jié)構(gòu)影響[J].建筑材料學(xué)報，2011,14(1):116-118.

[8]胡曙光,何永佳，王曉，等.不同養(yǎng)護(hù)制度下混合水泥反應(yīng)程度的研究[J].武漢科技學(xué)院學(xué)報，2005,18(12):33-36.

[9]郭成舉.混凝土的物理和化學(xué)[M].北京：中國鐵道出版社，2004:51-67.

[10] Steven H.kosmatka等.混凝土設(shè)計與控制[M].重慶：重慶大學(xué)出版社，2005.

[責(zé)任編輯：劉文霞]

Study on the effect of curing condition on the mechanical properties of bridge concrete in cold region

HE Chengyi, WANG Jingbo, ZHANG Xianjun, YANG Yang

(College of Civil and Architecture Engineering, Heilongjiang Institute of Technology, Harbin 150050,China)

Abstract：Based on the tests, comparison is made on the different curing temperature and humidity on the mechanical properties of concrete bridges. The results show that: different curing temperature and relative humidity affect the growth of concrete compressive strength, The conclusion shows that the water of the concrete surface is a lot of evaporation in the heating rate. Concrete late strength development is slow. It is necessary for the high temperature curing of concrete to keep enough moisture.

Key words：cold region; curing; mechanical properties；bridge

中圖分類號：TU528

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1671-4679(2016)01-0001-03

作者簡介：何承義(1962-)，男，教授,研究方向：橋梁工程材料與結(jié)構(gòu).

基金項目：黑龍江省自然科學(xué)基金資助項目(E201325)

收稿日期：2015-09-23