養(yǎng)生方式對水泥混凝土強(qiáng)度發(fā)展時(shí)變規(guī)律的影響

張德文，李 俊

（1.海南省公路勘察設(shè)計(jì)院，海南 海口570206；2.長沙理工大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院，湖南 長沙410114；3.長安大學(xué)公路學(xué)院，陜西 西安710064）

0 引言

水泥混凝土在澆筑成型后，其強(qiáng)度發(fā)展與原材料、其水化期間所處的溫度、濕度以及混凝土的齡期密切相關(guān)。在原材料與施工工藝一定的情況下，混凝土的強(qiáng)度發(fā)展主要由其水化期間所處的溫度、濕度決定。一般將混凝土從澆筑完成到水化進(jìn)程基本結(jié)束這一時(shí)期稱為早期，包括潛伏期、激烈水化期，直到水泥混凝土溫度場與環(huán)境溫度達(dá)到一致，混凝土水化進(jìn)程開始進(jìn)入緩慢水化期，如圖1所示。

圖1 水泥混凝土水化時(shí)期劃分

混凝土強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律的成熟度理論表明，混凝土的強(qiáng)度增長速率是一個(gè)與溫度、濕度、時(shí)間有關(guān)的函數(shù)，因此本文重點(diǎn)分析不同溫度、不同濕度的養(yǎng)生條件下，不同齡期水泥混凝土強(qiáng)度發(fā)展的時(shí)變規(guī)律。

1 原材料及試驗(yàn)方法

1.1 原材料

（1）水泥：冀東P.O 42.5，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量26.7%，細(xì)度2.1。

（2）細(xì)集料：潔凈河砂，細(xì)度模數(shù)2.6。

（3）粗集料：級配碎石，粒徑分別為4.75～9.5mm、9.5～19mm。

（4）水：普通自來水。

（5）外加劑：聚羧酸高效減水劑。

以上幾種原材料技術(shù)指標(biāo)均滿足《公路水泥混凝土路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F30—2003）要求。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 水泥混凝土配合比

本文所用的水泥混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C35，為了滿足工作性的要求，混凝土中摻入了高效減水劑?；炷恋呐浜媳仍O(shè)計(jì)如表1所示。

表1 混凝土配合比

1.2.2 養(yǎng)生方式

（1）不同溫度養(yǎng)生方式

本文采用在混凝土表面覆蓋不同遮蓋物的方式來控制混凝土內(nèi)部的溫度場，以此研究不同溫度場下混凝土強(qiáng)度發(fā)展的時(shí)變規(guī)律。試驗(yàn)所用試件尺寸均為150×150×150mm3。養(yǎng)生方式選用5種，分別為：標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生、自然養(yǎng)生、塑料薄膜養(yǎng)生、白色土工布養(yǎng)生和黑色土工布養(yǎng)生，厚度均為6 絲。除標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生外，其余4 種養(yǎng)生方式均置于室外自然條件下，適時(shí)抽樣測定水泥混凝土試件板體溫度，并按時(shí)灑同量的水，保證相同的濕度條件。待養(yǎng)生1d、3d、7d、14d、21d、28d后，分別進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，測定試件的抗壓強(qiáng)度。

（2）不同濕度養(yǎng)生方式

本文采用將試件始終同時(shí)置于室內(nèi)的方式，保證試件處于相同的溫度場，并采用麻布覆蓋、灑水養(yǎng)生的方式，通過灑水養(yǎng)生時(shí)間的長短來控制混凝土內(nèi)部的濕度場，以此研究不同濕度場下混凝土強(qiáng)度發(fā)展的時(shí)變規(guī)律。試驗(yàn)所用試件尺寸均為150×150×150mm3。選用以下3種養(yǎng)生方式：

①室內(nèi)自然養(yǎng)生：將混凝土試件置于室內(nèi)，待養(yǎng)生7d、14d、21d、28d 后，進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，測定試件的抗壓強(qiáng)度；

②灑水3d+室內(nèi)自然養(yǎng)生：先將混凝土試件灑水養(yǎng)生3d，然后取出，置于室內(nèi)繼續(xù)養(yǎng)生，待養(yǎng)生7d、14d、21d、28d后，進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，測定試件的抗壓強(qiáng)度；

③灑水7d+室內(nèi)自然養(yǎng)生：先將混凝土試件灑水養(yǎng)生7d，然后取出，置于室內(nèi)繼續(xù)養(yǎng)生，待養(yǎng)生7d、14d、21d、28d后，進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，測定試件的抗壓強(qiáng)度。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 不同覆蓋物養(yǎng)生試驗(yàn)

水泥混凝土試件在不同覆蓋物條件下的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 不同覆蓋物條件下混凝土的抗壓強(qiáng)度

繪制不同覆蓋物條件下混凝土抗壓強(qiáng)度隨齡期的增長曲線，如圖2所示。由圖中可以看出，混凝土的抗壓強(qiáng)度在前7d 迅速增長，并且不同的養(yǎng)生方式表現(xiàn)出較為明顯的差異，其中自然養(yǎng)生增長最快，塑料薄膜養(yǎng)生與白色土工布養(yǎng)生次之，黑色土工布抗壓強(qiáng)度增長最慢。7d 后，混凝土抗壓強(qiáng)度發(fā)展表現(xiàn)出兩種類型：一種類型是抗壓強(qiáng)度發(fā)展趨于穩(wěn)定，其養(yǎng)生方式主要是標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生和自然養(yǎng)生；第二種類型則是抗壓強(qiáng)度仍持續(xù)增長，其養(yǎng)生方式為塑料薄膜養(yǎng)生、白色土工布與黑色土工布養(yǎng)生?？梢姡?種養(yǎng)生方式中，自然養(yǎng)生表現(xiàn)出早期強(qiáng)度高，而后期強(qiáng)度發(fā)展平緩并低于其他養(yǎng)生方式的特點(diǎn)，白色土工布和黑色土工布養(yǎng)生，雖然前期強(qiáng)度較低，但7d 后強(qiáng)度繼續(xù)發(fā)展，表現(xiàn)出后來居上的特點(diǎn)。

圖2 不同覆蓋物下混凝土抗壓強(qiáng)度時(shí)變曲線

本文在試驗(yàn)過程中對不同溫度條件下水泥混凝土板體溫度進(jìn)行不同時(shí)段抽樣測量，并選取混凝土處于激烈水化期的第7d 的溫度分布，對混凝土強(qiáng)度發(fā)展時(shí)變規(guī)律進(jìn)行分析。不同覆蓋物條件下板體平均溫度如表3所示。

表3 不同覆蓋物條件下板體溫度測量值（單位：℃）

由表3 可知，不同覆蓋物在同樣的環(huán)境條件下，由于熱交換方面的差異性，對混凝土板體表現(xiàn)出不同程度的影響，以第7d 為例，塑料薄膜養(yǎng)生平均溫度最高，而白色土工布養(yǎng)生平均溫度最低，其他養(yǎng)生方式次之。因此，不同的養(yǎng)生方式通過影響水泥混凝土水化進(jìn)程中板體的溫度場，進(jìn)而影響混凝土強(qiáng)度發(fā)展。

2.2 不同灑水條件養(yǎng)生試驗(yàn)

水泥混凝土試件在不同灑水條件下的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表4 不同灑水條件下混凝土抗壓強(qiáng)度（單位：MPa）

繪制不同灑水條件下混凝土抗壓強(qiáng)度隨齡期的增長曲線，如圖3所示。

圖3 不同灑水條件下混凝土抗壓強(qiáng)度時(shí)變曲線

由圖3可以看出，直接置于室內(nèi)自然養(yǎng)生的混凝土試件，其抗壓強(qiáng)度發(fā)展較為緩慢，而灑水養(yǎng)生之后再置于室內(nèi)自然養(yǎng)生的混凝土試件的抗壓強(qiáng)度要遠(yuǎn)大于直接置于室內(nèi)自然養(yǎng)生的混凝土，其中灑水7d的混凝土抗壓強(qiáng)度要大于灑水3d的混凝土。這是由于，混凝土早期強(qiáng)度發(fā)展階段水化反應(yīng)需要大量的水分，自然養(yǎng)生的混凝土由于缺少水化反應(yīng)所需的水分，水化進(jìn)程緩慢，混凝土強(qiáng)度發(fā)展也相對滯后。而灑水養(yǎng)生的混凝土，一方面灑水養(yǎng)生提供了混凝土水化反應(yīng)所需的水分，為強(qiáng)度發(fā)展提供了保證；另一方面，灑水養(yǎng)生可以減少由于混凝土試件內(nèi)外濕度不同所造成的梯度應(yīng)力，防止混凝土早期微裂縫的產(chǎn)生；同時(shí)，由于灑水養(yǎng)生提高了混凝土整體結(jié)構(gòu)的密實(shí)性，降低了混凝土暴露于空氣時(shí)內(nèi)部水分向外傳輸?shù)哪芰Γ@就使得灑水養(yǎng)生后的混凝土試件的強(qiáng)度發(fā)展要大于直接置于空氣中自然養(yǎng)生的混凝土試件。此外，灑水時(shí)間越長，混凝土水化進(jìn)程以及整體密實(shí)性就越能得到保證，混凝土的強(qiáng)度發(fā)展也就越大。

因此，在混凝土強(qiáng)度發(fā)展早期及時(shí)提供一定濕度的養(yǎng)生措施，對混凝土強(qiáng)度發(fā)展有著極其重要的作用。

3 結(jié)語

（1）在不同覆蓋物養(yǎng)生條件下，混凝土板體呈現(xiàn)不同的溫度場，致使混凝土早期強(qiáng)度發(fā)展表現(xiàn)出明顯的差異，7d 前這種差異呈擴(kuò)大化的趨勢；7d 后混凝土的強(qiáng)度發(fā)展則趨于平緩和持續(xù)增長兩種狀態(tài)。

（2）不同濕度養(yǎng)生條件下，灑水養(yǎng)生之后的混凝土試件強(qiáng)度發(fā)展要大于直接自然養(yǎng)生的混凝土，且灑水時(shí)間越長，這種差異就越明顯。

（3）在混凝土強(qiáng)度發(fā)展早期，及時(shí)采取養(yǎng)生措施，保證混凝土水化進(jìn)程中溫度與濕度條件，對混凝土強(qiáng)度發(fā)展具有重要的意義。

[1] 申東. 水泥混凝土強(qiáng)度的影響因素分析[J]. 交通標(biāo)準(zhǔn)化，2010（7）：227-229.

[2] 鄧鐵軍，羅杰，唐菁，等.有標(biāo)準(zhǔn)差要求的混凝土抗壓強(qiáng)度質(zhì)量控制與評定方法的研究及其運(yùn)用[J].中南公路工程，2005（12）：178-181.

[3] 王昌衡，李珍玉，李志豐.水泥混凝土不同強(qiáng)度之間的關(guān)系[J].中南公路工程，2005（6）：37-44.

[4] 韓建國，胡益彰，閻培渝.混凝土在不同濕度條件下強(qiáng)度發(fā)展歷程研究[J].特種混凝土與瀝青混凝土新技術(shù)及工程應(yīng)用，2012（8）：82-87.

[5] 張濤，蘭英靜，王楠.不同養(yǎng)護(hù)方式的混凝土強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律探討[J].鐵道建筑，2013（9）：131-133.

[6] 權(quán)磊.不同養(yǎng)生方式對水泥混凝土板早期溫度場和強(qiáng)度發(fā)展的影響分析[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2011.

[7] 常全才，李慶春，劉文瑋.混凝土早期養(yǎng)護(hù)對其抗壓強(qiáng)度的影響[J].建筑設(shè)計(jì)管理，2010（1）：66-68.

[8] 林勇.早期預(yù)測混凝土強(qiáng)度的理論分析和試驗(yàn)研究[D].天津：天津大學(xué)，2008.

[9] 張子明，周紅軍，趙吉坤.溫度對混凝土強(qiáng)度的影響[J].河海大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2004（11）：674-679.

[10] 王楠.養(yǎng)護(hù)方式對水泥膠砂及混凝土強(qiáng)度影響試驗(yàn)研究[D].包頭：內(nèi)蒙古科技大學(xué)，2012.