真空脫水對水泥混凝土地坪強度影響的應用研究

董恒瑞，鄧鈴夕，李城，陳敬，李斯祺，石從黎

（1重慶市建筑材料與制品工程技術研究中心，重慶401122；2重慶大學材料科學與工程學院，重慶400045；3重慶建工新型建材有限公司，重慶401122）

真空脫水對水泥混凝土地坪強度影響的應用研究

董恒瑞1，3，鄧鈴夕2，李城1，陳敬1，3，李斯祺3，石從黎1，3

（1重慶市建筑材料與制品工程技術研究中心，重慶401122；2重慶大學材料科學與工程學院，重慶400045；3重慶建工新型建材有限公司，重慶401122）

混凝土經(jīng)真空脫水后打破原有“固‐液‐氣”三相平衡體系，引起混凝土強度、表觀密度、含氣量等指標參數(shù)的改變。通過采用“上脫水”式真空處理工藝對水泥混凝土試驗地坪進行真空脫水，研究了不同部位混凝土28d強度的變化情況，并分析經(jīng)真空脫水后混凝土內(nèi)部體系組分的變化與強度值波動的規(guī)律。試驗結(jié)果顯示：真空脫水后不同部位混凝土強度變化較大，強度受設計強度、脫水真空度、真空影響深度及脫水處理時間的綜合影響。

真空脫水；水平層位；垂直層位；表觀密度

引言

真空脫水混凝土的概念最早出現(xiàn)于1935年，并在預制與現(xiàn)澆混凝土工程中加以使用，該工藝原理是在剛澆筑振搗的混凝土表面上鋪設真空脫水墊，利用真空泵產(chǎn)生合理的負壓所引起的“擠壓力、毛細管微管擠壓力、氣泡膨脹擠壓力”使混凝土內(nèi)部壓力差的改變，將混凝土中多余的游離水分、帶入氣體和引入氣體擠壓出去，縮短混凝土的凝結(jié)時間，提高密實度和早期及后期強度[1]，我國曾在混凝土路面、機場、停車場和平面預制構(gòu)件生產(chǎn)中采用過真空脫水處理工藝并取得較好的效果。近幾年，隨著裝配式構(gòu)件的大力推廣，建筑行業(yè)逐漸提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件預制化比重，真空脫水工藝具有提高混凝土早期強度、縮短模板周期、減少預制墻板表面裂縫的優(yōu)勢逐漸顯現(xiàn)，混凝土真空脫水技術將被人們逐漸重視起來。

樓板、地坪等大面積混凝土在一定真空制度下經(jīng)真空脫水后，混凝土水平方向同一層位深度的強度是否一致？經(jīng)脫水后混凝土垂直方向不同層位的強度將呈現(xiàn)怎樣的趨勢？為探討上述未知技術問題，本文結(jié)合工程實例，對真空脫水混凝土地坪不同部位的強度變化規(guī)律進行了試驗研究。

1 試驗對象與試驗設計

試驗地坪混凝土的設計強度等級C20，混凝土配合比為：

水泥∶石粉∶水∶外加劑∶河砂∶機砂∶碎石=1∶0.235∶0.627∶0.017∶0.916∶4.471，單方水泥用量為240kg。施工時混凝土經(jīng)均勻充分攤鋪振搗，故可認為地坪混凝土各處脫水前是宏觀均質(zhì)的；試驗地坪面積尺寸為：3300mm×5200mm×6000mm的等腰梯形、厚度D為300mm，其中真空脫水墊脫水試驗面積尺寸為：3000mm×5000mm的矩形。

試驗采用瑞典TREMIX型真空脫水設備、柔性真空吸墊進行脫水，試驗真空度為0.06MPa（0.6bar），真空脫水時間為45min，試驗現(xiàn)場見圖1。按照脫水時的真空吸墊分布，自然養(yǎng)護28d齡期后選取有代表性的11個點進行鉆芯取樣，試驗芯樣尺寸75mm×75mm，見圖2所示，其中⑥是脫水墊中心部位，①和②為未經(jīng)真空脫水部位。編號③、④、⑤、⑦的鉆芯點分別與編號11、⑩、⑨、⑧的鉆芯點一一對稱分布。

圖2 試驗鉆芯取樣、位置編號示意圖

混凝土芯樣加工后的平整度、垂直度和實際高徑比符合《鉆芯法檢測混凝土強度技術規(guī)程》CECS03-2007的要求。

2 試驗結(jié)果及分析

依據(jù)《普通混凝土力學性能試驗方法標準》GB/T50081-2002對各組芯樣進行強度測定，換算系數(shù)β均以1計算，芯樣表觀密度測定時均為自然面干狀態(tài)。各層混凝土強度分布見圖3。

圖3 各鉆芯點不同層位的強度變化

從圖3（a）抗壓強度變化趨勢看出：經(jīng)真空脫水的混凝土地坪上層各位置的強度約為未經(jīng)真空脫水混凝土強度的1.37～1.65倍，強度差值最大達到11.47MPa，上層混凝土脫水后對強度提高十分顯著，上層混凝土在真空負壓作用下產(chǎn)生“氣孔擠壓效應”、“毛細管效應”和“上層壓應力效應”三大效應，致使上層混凝土內(nèi)部的成分比例發(fā)生變化，具體為水膠比降低，含氣量下降，密實度提高，表觀密度增大以及界面過渡區(qū)缺陷進一步減少等，各影響因素疊加作用使得上層混凝土強度提高，且靠近脫水匯集回收帶和吸墊中心的真空負壓更大，“三大效應”更明顯，故吸墊中心附近處的混凝土強度更高。

圖3（b）數(shù)據(jù)顯示：在真空脫水作用下，各點中層的抗壓強度分布較為離散，除⑤處外其他各點的強度均較低，各點的強度均低于同層位置未脫水混凝土的強度，且各點的強度均低于相同取芯點位置對應的上層混凝土強度，分析認為出現(xiàn)上述現(xiàn)象主要是由三方面原因?qū)е碌模海?）由于真空脫水在垂直方向上有效影響深度是有限的，在距離真空吸墊相對“較遠”的中層位置，混凝土中的水分和氣泡排出速率下降；（2）在真空脫水作用下，表層混凝土產(chǎn)生過早的橫向擠壓堵塞了排放通道，造成中層水分和氣泡被滯留；（3）試驗過程發(fā)現(xiàn)，在真空脫水作用下混凝土內(nèi)部會產(chǎn)生部分脫水孔縫（見圖4），人工抹平收光僅僅對上層有修復作用，中層脫水孔縫依舊存在。

圖4 真空脫水混凝土內(nèi)部脫水孔縫示意

由圖3（c）可知：經(jīng)真空脫水后混凝土各點下層混凝土強度均大于同水平未脫水混凝土，各點強度達到40MPa以上，雖然混凝土地坪厚度為300mm，但真空作用仍然可以對其強度產(chǎn)生一定的影響。

圖5 各位置垂直層位強度和表觀密度對比

將各鉆芯點的芯樣垂直方向的上層、中層、下層的抗壓強度和表觀密度進行對比，結(jié)果如圖5所示。

對比圖5（b）可知：同樣地除未經(jīng)真空脫水處理的WTS-1、WTS-2的表觀密度隨深度的增大而增加外，其余經(jīng)真空脫水工藝處理的各位置芯樣表觀密度隨垂直深度的變化趨勢為先降低后增加。圖5顯示強度與已硬化混凝土的表觀密度呈正相關。表觀密度的變化趨勢從側(cè)面反映出混凝土內(nèi)部單位含水量、孔隙率、孔級配和漿骨比的變化趨勢；WTS-1和WTS-2的表觀密度變化規(guī)律表明混凝土地坪經(jīng)施工振搗后粗骨料下沉，垂直層方向出現(xiàn)混凝土表觀密度相對層差[2-3]，混凝土強度出現(xiàn)下高上低的現(xiàn)象；表觀密度層差混凝土在經(jīng)真空脫水作用后，上層混凝土在水膠比降低、孔隙率降低、孔徑平均尺寸顯著減少等“有利因素”推動下強度有所回升；由于上層各點的真空度不一致，故“有利因素”的作用效果也不同，疊加效應的結(jié)果便呈現(xiàn)出上層強度離散的情況，真空脫水對下層混凝土的影響程度下降，各點“有利因素”作用效應基本一致，疊加效應致使下層強度有所提高且強度分布集中。

3 結(jié)論

混凝土經(jīng)真空脫水后內(nèi)部組分將發(fā)生變化，原有平衡體系被打破，在真空負壓因素作用下表現(xiàn)為混凝土強度、表觀密度等宏觀指標的變化，具體為：

（1）經(jīng)真空脫水后的混凝土性能指標的變化受混凝土自身性能、脫水真空度、真空影響深度及脫水處理時間等綜合因素的影響；

（2）在一定的真空工藝制度下，混凝土水平方向上抗壓強度和表觀密度分布的一般趨勢為：靠近真空吸墊中心和真空脫水匯集帶的強度偏高，遠離真空吸墊和脫水匯集帶的位置強度相對偏低；在一定的真空工藝制度下，混凝土垂直方向上抗壓強度和表觀密度分布的一般趨勢為：上層位置受真空脫水工藝有益作用影響更大，中層位置受脫水有弊作用影響更大，下層位置混凝土受真空脫水工藝和混凝土自身保水能力綜合作用影響。

從圖5（a）看出：未脫水部位WTS-1和WTS-2的抗壓強度隨垂直深度的增加而增大，其他各點混凝土強度呈現(xiàn)出隨垂直深度增加、強度值先降后升的現(xiàn)象；另外，下層各點強度分布集中，與上層不同位置的強度離散形成鮮明對比。

[1]程作渭，陳章洪．混凝土真空脫水技術[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1986：4-7.

[2]吳中偉．關于混凝土真空脫水的工作機理和改進意見[J]．混凝土與水泥制品，1984（2）：1-3.

[3]袁承斌，高文達，孫昌明，等．真空脫水對混凝土強度的影響研究[J].混凝土，2007（5）：24-26.

責任編輯：孫蘇，李紅

Application of Vacuum-dewater on Strength Influence of Cement Concrete Floor

The concrete equilibrium system of Solid-liquid-gas is broken after vacuum dehydration,causing changes in index parameters like compressive strength,apparent density and gas content.The"upper dehydration"vacuum treatment technique is adopted for cement concrete testing floor to study the variation situation of concrete 28d strength of different locations and analyze the interior systematic changes and strength variation rule of vacuum-dewatered concrete.The results show that the strength of different concrete parts changes dramatically after vacuum dehydration,and the strength is affected by the comprehensive action of design strength,vacuum-dewater degree,vacuum influential degree and dewater treatment time.

vacuum-dewater;horizontal level;vertical horizon;apparent density

TU528

：A

：1671-9107（2016）11-0061-03

10.3969／j.issn.1671-9107.2016.11.061

2016-08-22

董恒瑞（1988-），男，河南商丘人，本科，初級工程師，主要從事混凝土相關技術研究、應用與管理。