我國蒸養(yǎng)混凝土摻合料研究及應用開發(fā)概況★

連洵桓 蔣元海 陳 震 方 威 袁 濤 王文清 丁 忠

(1.嘉興學院，浙江 嘉興 314001； 2.舟山市毅正建筑工程檢測有限公司，浙江 舟山 316000)

0 引言

近年來，隨著我國建設(shè)行業(yè)的快速發(fā)展，我國采用蒸汽養(yǎng)護生產(chǎn)的混凝土制品的數(shù)量也在增大，其中常壓蒸汽養(yǎng)護技術(shù)應用于混凝土排水管、混凝土電桿、混凝土輸水管、混凝土井壁、混凝土軌枕、混凝土地下鐵路管片、高強混凝土管樁中越來越常見。對于蒸汽養(yǎng)護技術(shù)，早在20世紀70年代我國就有70%以上的預制構(gòu)件生產(chǎn)廠采用了此方案，而現(xiàn)如今使用蒸汽養(yǎng)護的方式進行養(yǎng)護則更為普遍[1]。

蒸養(yǎng)混凝土即在混凝土制作振搗完成后對混凝土進行蒸汽養(yǎng)護，具有早期水化速率快、早期強度高、節(jié)約時間、方便模具周轉(zhuǎn)、降低能耗、節(jié)約成本、運輸方便等優(yōu)點。但它后期強度增長緩慢、抗?jié)B透性能較差，往往給蒸養(yǎng)混凝土的耐久性帶來許多影響。眾所周知，摻合料能夠較大的改善混凝土的性能。在這里我們將蒸養(yǎng)混凝土的摻合料摻加到蒸養(yǎng)混凝土中同樣可以彌補蒸養(yǎng)混凝土的缺陷，使它達到理想的效果。

1 蒸養(yǎng)混凝土摻合料對抗壓性能的影響

摻合料是指在混凝土攪拌前或在攪拌中，直接與混凝土其他組分在一起，摻入的人造或天然的礦物材料以及工業(yè)廢料，摻量一般大于水泥質(zhì)量的5%。隨著它的加入可以調(diào)節(jié)混凝土的強度，同時也可以節(jié)約水泥用量等[2]。不同的摻合料以及相同摻合料不同用量對蒸養(yǎng)混凝土性能所產(chǎn)生的影響是不完全相同的。

研究指出：水膠比、礦物摻合料、蒸養(yǎng)參數(shù)等對蒸養(yǎng)混凝土的脫模強度都有相應的影響。且其中礦物摻合料和水膠比對蒸養(yǎng)混凝土的早期強度影響起著相當重要的作用。然而在許多的工程建筑中，后期強度往往決定著工程建設(shè)的質(zhì)量。我們之所以特別關(guān)注蒸養(yǎng)混凝土的后期強度，正是根據(jù)蒸養(yǎng)混凝土的特性出發(fā)，其后期強度增長并不明顯，往往比標準混凝土的后期強度還要低。

ZHIMIN H對此問題進行了探索性的研究，在研究摻加不同摻合料對蒸養(yǎng)混凝土后期強度的影響后得出結(jié)論：普通蒸養(yǎng)混凝土的后期強度增長的比標養(yǎng)混凝土慢，但是在蒸養(yǎng)混凝土中摻加了粉煤灰或粒化高爐礦渣后，蒸養(yǎng)混凝土的后期強度增長率有了很大的提高。從他們的研究中可以看出礦物摻合料運用在蒸養(yǎng)混凝土上的極大優(yōu)勢[3]。下面就不同蒸養(yǎng)混凝土摻合料對蒸養(yǎng)混凝土后期強度的影響做了簡要的概述。

1.1 硅灰與石膏等復配對蒸養(yǎng)混凝土抗壓性能的影響

我國對免蒸壓管樁生產(chǎn)技術(shù)也有許多研究，其目的就是為了提高蒸養(yǎng)混凝土后期強度。他們的研究也取得了很大程度上的成果，一些管樁專用的減水劑，高強摻合料的發(fā)現(xiàn)使得蒸養(yǎng)混凝土的后期強度的提高成為可能。對此，桂志偉等人對硅灰與石膏等復配得到的一種新型高強摻合料進行了研究。實驗得出：在摻入10%的新型高強摻合料，在最高溫度70 ℃保持6 h的養(yǎng)護條件下，經(jīng)過振動成型制備的混凝土，早前期強度和后期強度都能有很大程度的提高；離心成型與振動成型相比，離心成型提高的強度更高[4]。

1.2 納米微珠與天然沸石超細粉復合對蒸養(yǎng)混凝土抗壓性能的影響

馮乃謙等人對納米微珠超細粉技術(shù)配制混凝土進行了研究。他們采用52.5級早強型水泥，將納米微珠與天然沸石超細粉復合，加到蒸養(yǎng)混凝土中可以取代部分水泥，并使用復合高效減水劑，經(jīng)過85 ℃，恒溫4 h～5 h的蒸汽養(yǎng)護，可以配制出高性能混凝土，其強度可達100 MPa～110 MPa。將其應用于管樁中可以提高管樁的抗沖擊韌性。打樁時，該新型管樁可以承受豎向3 500 kN的力，而不摻加納米微珠與天然沸石超細粉管樁只有2 700 kN；同時可經(jīng)受多次反復錘擊[5]。

1.3 硬石膏粉對蒸養(yǎng)混凝土抗壓性能的影響

我國硬石膏粉資源豐富，它作為新型礦物摻合料，將其摻入蒸養(yǎng)混凝土中有利于提升蒸養(yǎng)混凝土的工作性能、力學性能以及長期的耐久性能。對此，王浩等人對硬石膏應用于蒸養(yǎng)混凝土開展了相關(guān)的實驗研究。研究表明：對摻不同礦物摻合料的混凝土，在常壓蒸養(yǎng)情況下，摻入一定量的硬石膏粉，可較大提高混凝土的早期抗壓強度，強度增長幅度在5%～20%之間，同時，硬石膏粉的摻入對后期強度的增長也有貢獻[6]。

2 耐久性的研究

混凝土的耐久性一直以來都是衡量混凝土質(zhì)量的重要指標。據(jù)調(diào)查，由于混凝土的各種腐蝕，美國每年都會損失2 500億美元～3 500億美元；瑞士每年用于橋面檢測維修的費用也高達8 000萬法郎，我國每年因混凝土造成的損失也同樣如此[2]。所以，維持混凝土在長期環(huán)境介質(zhì)中不被破壞，保持其正常使用性能是我們要達到的目的。這里主要從蒸養(yǎng)混凝土的抗凍性以及抗氯離子滲透性來對蒸養(yǎng)混凝土的耐久性進行研究。

2.1 抗凍性

在北方地區(qū)，預制構(gòu)件所用的混凝土強度等級并不是很高，且多用蒸汽養(yǎng)護縮短生產(chǎn)周期，雖然這樣可以節(jié)省時間，方便模具的周轉(zhuǎn)，但是對混凝土中水化產(chǎn)物的形態(tài)與結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生不利影響。尤其是在北方的冬季，室外溫差大，對混凝土耐久性的發(fā)展更是不利。

對此，一些相關(guān)的研究人員對在蒸養(yǎng)混凝土中摻入粉煤灰、硅灰后對其抗凍性能的影響做出了研究。當摻入的Ⅰ級粉煤灰的量在30%以內(nèi)時，可以提高其抗凍性能，在經(jīng)過30次凍融循環(huán)后，相對動彈模仍在95%以上[7]。

2.2 抗氯離子滲透性

生活中的許多建筑都是采用的蒸養(yǎng)混凝土構(gòu)件，在承受各種惡劣環(huán)境因素的影響下，水對混凝土耐久性的影響尤為重要，對于鋼筋混凝土來說，若其密實度不夠，則水的滲透率越大，它破壞的速率也就越快。所以混凝土的抗?jié)B性是評價混凝土耐久性的重要指標。

雖然蒸養(yǎng)時溫度的升高使混凝土結(jié)構(gòu)的形成變得更快，但同時對其結(jié)構(gòu)造成了一定的損傷，由于在高溫條件下，水泥的水化速率加快，而水化產(chǎn)物擴散速度不及水化速度，所以不能有效均勻的填充于水泥顆粒間隙，這就導致了水化產(chǎn)物分布不均勻，孔結(jié)構(gòu)變得粗糙，孔隙率也變的相對較大。這種較高的養(yǎng)護溫度對混凝土抗氯離子性能產(chǎn)生的不利影響也確實得到了研究人員的驗證。

同時，不同摻合料的摻入對蒸養(yǎng)混凝土的抗?jié)B性也有不一樣的影響。當摻入適量的礦渣時能提高蒸養(yǎng)混凝土的抗?jié)B性，降低蒸養(yǎng)溫度熱效應對混凝土產(chǎn)生的不良影響，且隨著礦渣摻量的增加，這種蒸養(yǎng)的熱效應得到進一步的弱化，這樣水化產(chǎn)物有足夠的時間均勻填充在水泥顆粒之間，混凝土的抗氯離子滲透性能也就得到了改善[8]。肖琳等人就粉煤灰—礦渣復合超細粉對蒸養(yǎng)混凝土的氯離子滲透性進行了研究，得出對于摻加超細粉煤灰來說，當其比例在3∶7時，可起到較好的填充效果，與純水泥顆粒相比，水泥與超細粉煤灰混合后密實程度大大提高[9]。劉偉等人就粉煤灰對蒸養(yǎng)混凝土抗氯離子滲透性能做出了研究，經(jīng)過試驗得出：粉煤灰等量代替部分水泥后，能夠顯著提高蒸養(yǎng)混凝土的抗氯離子滲透能力。當粉煤灰等量取代水泥的10%～30%時，不管是蒸養(yǎng)混凝土還是標養(yǎng)混凝土，他們的氯離子擴散電量比空白對照組降低了40%～70%。而當粉煤灰的摻量在30%時，蒸養(yǎng)混凝土的抗氯離子滲透效果最佳。同時，水膠比也是影響蒸養(yǎng)混凝土抗氯離子滲透性能的一個重要原因。在粉煤灰與硅灰雙摻的情況下，當水膠比降低時，蒸養(yǎng)混凝土與標準養(yǎng)護混凝土的6 h庫侖電量出現(xiàn)降低[10]。當然，蒸養(yǎng)參數(shù)對蒸養(yǎng)混凝土的抗氯離子滲透也有較大的影響。彭波等人研究得出:靜養(yǎng)時間、升溫速度、恒溫時間對蒸養(yǎng)混凝土的抗氯離子滲透都有一定程度的影響[11]。

3 結(jié)語

近年來，隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，對基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的投資也在不斷加大，我國對蒸養(yǎng)混凝土的需求越來越多，要求也越來越高，其發(fā)展前景非常廣闊。然而它也有許多不足之處，后期強度低、鈣礬石的延期出現(xiàn)以及抗?jié)B性差等一系列的問題給我們帶來了許多困擾。在生產(chǎn)過程中，我們不難發(fā)現(xiàn)礦物摻合料一直以來都是改善蒸養(yǎng)混凝土性能的重要因素之一。不同的摻合料對蒸養(yǎng)混凝土的性能有著不同的影響，同時，一些蒸養(yǎng)混凝土摻合料隨著其摻量的增加，還會對混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性能產(chǎn)生不良影響。因此，對于蒸養(yǎng)混凝土摻合料的研究還有待深入。