保濕養(yǎng)護膜法養(yǎng)護對混凝土收縮及強度影響的研究

王采成

（中鐵十一局集團第三工程有限公司 湖北十堰 442012）

1 研究背景

混凝土的水化作用需要適當(dāng)?shù)臏貪穸葪l件，為防止混凝土成型后受環(huán)境因素影響而出現(xiàn)不正常的收縮、裂縫、脫落等，需要對澆筑成型后的混凝土進行養(yǎng)護［1］。合理的養(yǎng)護不僅可以保證混凝土的水化反應(yīng)，確保早期強度，而且對控制混凝土的早期失水開裂、后期干燥收縮開裂，以及溫度裂縫至關(guān)重要［2］。

1.1 混凝土的自然養(yǎng)護方法

混凝土的養(yǎng)護分為自然養(yǎng)護和蒸汽養(yǎng)護兩種養(yǎng)護方法，對于大多數(shù)現(xiàn)場澆筑的混凝土，自然養(yǎng)護通常采用養(yǎng)護劑、覆蓋（草簾、土工布或薄膜等）+灑水、節(jié)水保濕養(yǎng)護膜等方法養(yǎng)護［3-4］。

1.1.1 養(yǎng)護劑養(yǎng)護

養(yǎng)護劑養(yǎng)護是將過氯乙烯樹脂料溶液用噴槍噴涂在混凝土表面上，溶液揮發(fā)后在混凝土表面形成一層塑料薄膜，將混凝土與空氣隔絕，阻止其中水分的蒸發(fā)以保證水化作用的正常進行［5-6］。特別適用于不易灑水養(yǎng)護的異型或大面積混凝土結(jié)構(gòu)。

1.1.2 覆蓋（草簾、土工布或薄膜等）+灑水養(yǎng)護

混凝土去除表面覆蓋物或拆模后，在混凝土表面處于潮濕狀態(tài)時，采用草簾、土工布、塑料薄膜等材料將暴露面混凝土覆蓋或包裹，并定時灑水保濕養(yǎng)護。包覆期間，包覆物應(yīng)完好無損，彼此搭接完整，內(nèi)表面應(yīng)具有凝結(jié)水珠。有條件地段應(yīng)盡量延長混凝土的包覆保濕養(yǎng)護時間［7-9］。

1.1.3 節(jié)水保濕養(yǎng)護膜養(yǎng)護

節(jié)水保濕養(yǎng)護膜是新發(fā)展起來的一種養(yǎng)護材料，節(jié)水保濕養(yǎng)護膜由不透氣塑料薄膜面層、親水性微孔無紡布底層和可控儲（釋）水高分子材料中間層組成。養(yǎng)護時進行一次灑水，首先使養(yǎng)護膜中的高分子材料吸收儲存大量水，然后在不透氣面層的存在下，阻隔了水分向外界傳輸，保證了養(yǎng)護期間無需再次補水，最后高分子材料中吸收儲存的水通過親水性底層向混凝土緩慢釋放水，使混凝土始終處于濕養(yǎng)護狀態(tài)下。

1.2 各種養(yǎng)護方法的優(yōu)缺點

1.2.1 養(yǎng)護劑養(yǎng)護優(yōu)缺點

1.2.1.1 優(yōu)點

（1）操作簡單，施工方便；

（2）節(jié)約用水，節(jié)省人工；

（3）特別適用于干旱缺水地區(qū)混凝土養(yǎng)護，以及難以灑水養(yǎng)護的異形混凝土構(gòu)件［10］。

1.2.1.2 缺點

（1）很難保證噴灑的均勻性，易漏噴；

（2）養(yǎng)護劑只能起到密封作用，不能額外補水，很難實現(xiàn)真正的保濕養(yǎng)護；

（3）有的養(yǎng)護劑薄膜在養(yǎng)護完成后不會自行老化脫落，需要粉刷的混凝土表面要進行清理；

（4）在夏季，薄膜成型后要采取防曬措施，否則易產(chǎn)生裂紋［11］；

（5）養(yǎng)護劑無法實現(xiàn)保溫養(yǎng)護；

（6）不能重復(fù)使用，使用成本較高。

1.2.2 覆蓋+灑水養(yǎng)護優(yōu)缺點

1.2.2.1 優(yōu)點

（1）操作簡單、施工方便；（2）覆蓋材料可以重復(fù)使用。

1.2.2.2 缺點

（1）需要大量的人力和淡水來保持覆蓋物處于濕潤狀態(tài)，在嚴(yán)重缺水的地區(qū)要考慮養(yǎng)護用水的供應(yīng)問題；

（2）當(dāng)灑水養(yǎng)護的頻次和水量得不到保證時，會形成干濕循環(huán)，引起混凝土收縮開裂，嚴(yán)重降低混凝土表面性能；

（3）適用范圍有限，對于立面、異形面等非平面結(jié)構(gòu)覆蓋保濕比較困難，需增加灑水養(yǎng)護次數(shù)；（4）消耗較多人工、設(shè)備和水；（5）薄膜易破損。

1.2.3 節(jié)水保濕養(yǎng)護膜養(yǎng)護優(yōu)缺點

1.2.3.1 優(yōu)點

（1）操作簡單、施工方便；

（2）節(jié)約用水，大量減少養(yǎng)護水量；

（3）節(jié)省人工、設(shè)備；

（4）部分產(chǎn)品可重復(fù)使用；

（5）早期混凝土強度增長較快；

（6）混凝土保溫、保濕狀態(tài)良好，有效減少了收縮裂紋；

（7）適用于干旱缺水地區(qū)混凝土養(yǎng)護。

1.2.3.2 缺點

（1）一次攤銷成本較高，部分型號產(chǎn)品重復(fù)使用后可降低成本；

（2）混凝土面如有后續(xù)工序需沖洗清理保濕結(jié)晶體。

2 試驗部分

2.1 原材料與配合比

水泥：金隅P.O42.5水泥；粉煤灰：普通Ⅰ級；礦粉：S95級?；郀t礦渣粉；細骨料：河沙，細度模數(shù)為2.45；粗骨料：江蘇鎮(zhèn)江5～25 mm連續(xù)級配玄武巖碎石。

混凝土配合比：制備C50混凝土試件，配合比見表1。

表1 混凝土配合比 kg／m3

2.2 不同養(yǎng)護方法混凝土性能試驗

2.2.1 混凝土試件制作

2.2.1.1 混凝土收縮率試件制作

按照表1的配合比成型100 mm×100 mm×515 mm的混凝土試件，共4組試件，每組3個試件。

2.2.1.2 混凝土強度試件制作

按照表1的配合比成型150 mm×150 mm×150mm的混凝土試件，共12組試件，每組3個試件。

2.2.2 混凝土試件養(yǎng)護

養(yǎng)護膜養(yǎng)護：1組收縮率試件和3組強度試件拆模后立即包覆已預(yù)先飽和吸水的節(jié)水保濕養(yǎng)護膜（以下簡稱為養(yǎng)護膜），膠帶封邊，置于20℃環(huán)境中進行養(yǎng)護。

覆蓋灑水自然養(yǎng)護：將1組收縮率試件和3組強度試件置于20℃環(huán)境中進行覆蓋土工布+灑水養(yǎng)護。

標(biāo)養(yǎng)：將1組收縮率試件和3組強度試件放置在標(biāo)養(yǎng)室進行養(yǎng)護，養(yǎng)護室溫度控制在（20±2）℃范圍，相對濕度在95%以上。

密封養(yǎng)護：將1組收縮率試件和3組強度試件抹平壓光表面無水后噴灑混凝土養(yǎng)護劑，置于20℃環(huán)境中進行養(yǎng)護。

2.2.3 性能測試

2.2.3.1 混凝土收縮率

按照《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB／T 50082-2009）測試不同齡期的收縮率，測試情況見圖1。

圖1 不同養(yǎng)護條件下混凝土的收縮

從圖1可以看出，覆蓋+灑水條件下的混凝土收縮量最大，塑料膜密封條件下的次之，標(biāo)養(yǎng)與養(yǎng)護膜養(yǎng)護的混凝土收縮量較小。其中采用養(yǎng)護膜養(yǎng)護的混凝土收縮微應(yīng)變甚至低于標(biāo)養(yǎng)條件下的混凝土收縮微應(yīng)變。在溫度基本一致情況下，養(yǎng)護環(huán)境濕度有較大不同，養(yǎng)護膜可以提供與標(biāo)養(yǎng)相同甚至優(yōu)于標(biāo)養(yǎng)的濕養(yǎng)環(huán)境，抑制了混凝土的早期收縮。

2.2.3.2 混凝土強度

按照《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB／T 50082-2009）測試不同齡期的抗壓強度。不同齡期試件抗壓強度及與設(shè)計強度比較分別見表2、表3。

表2 不同齡期試件抗壓強度值

表3 不同齡期試件強度與設(shè)計強度比值

從圖2可以看出，不同養(yǎng)護條件下的混凝土在早期7 d的齡期時，養(yǎng)護膜養(yǎng)護試件強度最高，達到設(shè)計強度的92%，說明具有提高早期強度作用；28 d齡期時，養(yǎng)護膜養(yǎng)護試件的強度發(fā)展最快，達到設(shè)計強度的124%；從28 d至56 d，各組試件強度緩慢增長，養(yǎng)護膜養(yǎng)護試件的強度在56 d時達到設(shè)計強度的126%。每段齡期，養(yǎng)護膜養(yǎng)護的試件的強度都略高于標(biāo)養(yǎng)試件，都為最高值。說明養(yǎng)護膜養(yǎng)護能提高早期混凝土強度，對混凝土的最終強度也有較大提高［12］。

圖2 不同養(yǎng)護條件下混凝土的強度發(fā)展

3 養(yǎng)護膜現(xiàn)場應(yīng)用測試

3.1 現(xiàn)場應(yīng)用

在商合杭高鐵某標(biāo)段，對軌道底座板進行養(yǎng)護膜的現(xiàn)場應(yīng)用試驗。步驟如下：

清理：用掃帚清掃底座板表面浮漿和碎石，保證表面無污物。

灑水：先將底座板的凹槽中灌滿水，然后一邊灑水一邊鋪展養(yǎng)護膜，使膜充分吸水，膜內(nèi)高分子材料呈連續(xù)的凝膠狀。

鋪設(shè)：根據(jù)底座板尺寸（寬2.9 m，高0.3 m），將3卷1.5 m寬的養(yǎng)護膜依次在底座板一端排開，搭接兩處，每處寬25 cm，兩側(cè)各預(yù)留25 cm。

壓沙袋：為防止養(yǎng)護期間養(yǎng)護膜被風(fēng)吹起，影響?zhàn)B護質(zhì)量，采用砂袋壓在搭接處以及側(cè)壁預(yù)留的養(yǎng)護膜上。

養(yǎng)護：連續(xù)養(yǎng)護14 d，無需再次澆水。連續(xù)觀察，并測試內(nèi)部溫度、濕度。

如圖3所示，14 d養(yǎng)護期間內(nèi)，養(yǎng)護膜內(nèi)可保證混凝土的內(nèi)部濕潤。

圖3 養(yǎng)護膜貼覆狀態(tài)

3.2 養(yǎng)護膜內(nèi)部濕度、溫度測試

養(yǎng)護期間內(nèi)，定期測試養(yǎng)護膜內(nèi)的溫度、濕度，結(jié)果見表4。如表4可知，養(yǎng)護膜內(nèi)溫度、濕度均高于環(huán)境中的溫度和濕度，養(yǎng)護膜內(nèi)濕度均高于90%。此外，隨著環(huán)境溫度的升高，膜內(nèi)的溫度、濕度會隨之升高。

表4 養(yǎng)護膜內(nèi)溫濕度

4 結(jié)論

（1）采用養(yǎng)護膜對混凝土進行養(yǎng)護，可以有效降低混凝土的收縮，達到標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護的效果。

（2）養(yǎng)護膜對混凝土的強度發(fā)展速度有不同影響，早期能較快提高早期強度，后期最終強度也高于標(biāo)養(yǎng)等養(yǎng)護條件下的混凝土。

（3）現(xiàn)場應(yīng)用時，養(yǎng)護膜施工簡單，只需一次灑水便可完成14 d的養(yǎng)護，相較于傳統(tǒng)覆蓋灑水養(yǎng)護方式，可節(jié)省大量養(yǎng)護用水和勞力設(shè)備。同時，養(yǎng)護膜內(nèi)溫度比環(huán)境溫度有一定提高，濕度比環(huán)境濕度有較大提高，對混凝土強度提高有非常大的促進作用。

（4）采用養(yǎng)護膜養(yǎng)護混凝土工藝對混凝土收縮控制、整個齡期強度提高有顯著的作用，具有很高的推廣應(yīng)用價值。