不利養(yǎng)護條件對混凝土強度影響試驗研究

張鷗 武利強 李曉娜

摘? ? ? 要：研究不同養(yǎng)護齡期、不同養(yǎng)護過程以及典型不利養(yǎng)護條件對混凝土強度的影響。利用人工環(huán)境模擬室，設(shè)計不同養(yǎng)護過程，重點模擬夏季高溫施工、冬季低溫施工、低濕度自然養(yǎng)護等不利養(yǎng)護條件，盡可能真實反映工程現(xiàn)場實際養(yǎng)護情況而得到各種試驗試樣，對其進行室內(nèi)抗壓強度試驗，得到各種養(yǎng)護條件下混凝土抗壓強度值。結(jié)果表明：混凝土抗壓強度整體上隨養(yǎng)護齡期增大而增大，但高溫養(yǎng)護條件下，強度與齡期的關(guān)系基本符合雙曲線規(guī)律，標準養(yǎng)護條件下，抗壓強度與齡期關(guān)系更接近冪函數(shù)關(guān)系;模擬不利養(yǎng)護條件反映出施工季節(jié)不同，對混凝土強度的影響比較大;而且實際工程中若不采取養(yǎng)護措施，混凝土的溫度和濕度均無法得到保證，強度損失最嚴重。因此，科學(xué)合理的養(yǎng)護措施對工程中混凝土強度的保證非常必要。

關(guān)? 鍵? 詞：強度;齡期;養(yǎng)護條件;人工環(huán)境

中圖分類號：TV431? ? ? ? ?文獻標識碼： A? ? ? ? ?文章編號： 1671-0460（2020）09-1847-05

Abstract： The influences of different curing age， different curing process and typical unfavorable curing conditions on concrete strength were studied. Using the artificial environment simulation room， different curing processes were designed. The unfavorable curing conditions， such as high temperature construction in summer， low temperature construction in winter and natural curing in low humidity， were simulated. The actual curing conditions of the project site were reflected as much as possible， and various test samples were obtained. The indoor compressive strength tests were carried out to obtain the compressive strength values of concrete under various curing conditions. The results showed that the compressive strength of concrete increased with the increase of curing age as a whole， but the relationship between strength and curing age basically conformed to hyperbolic law under high temperature curing conditions. Under standard curing conditions， the relationship between compressive strength and curing age was closer to power function relationship; the simulation of unfavorable curing conditions reflected the different construction seasons， which had a greater impact on concrete strength. The temperature and humidity of concrete cannot be guaranteed without taking curing measures in practical projects， and the loss of strength is the most serious. Therefore， scientific and reasonable maintenance measures are necessary to ensure the strength of concrete in the project.

Key words： Strength; Curing age; Conservation conditions; Artificial environment

材料學(xué)中，強度定義為“材料抵抗應(yīng)力作用，不破壞的能力”?；炷翉姸鹊亩x更加直接，即“混凝土試件所能承受的最大荷載水平”。在混凝土力學(xué)性能中，強度是比較容易測定且具有代表性的指標，與其他性能指標具有較好相關(guān)性[1]，因此，強度是混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工中最常采取的控制指標。

養(yǎng)護條件對混凝土強度的影響已有較多成果，例如ALDEAA[2]等采用高溫高壓養(yǎng)護、高溫蒸汽養(yǎng)護的方式，重點研究高溫作用下礦渣混凝土的抗壓強度、抗拉強度等指標，認為高溫養(yǎng)護不利于混凝土長期強度發(fā)展。于韻和蔣正武[3-4]研究了不養(yǎng)護和水養(yǎng)28 d條件下混凝土內(nèi)部相對濕度的情況，發(fā)現(xiàn)濕養(yǎng)對延遲混凝土內(nèi)部濕度下降有十分重要的作用。分析已有研究[5-13]發(fā)現(xiàn)，以往設(shè)計的養(yǎng)護條件與工程現(xiàn)場實際養(yǎng)護過程有一定差距，尤其是溫度方面，沒有真實反映現(xiàn)場情況。本文主要從養(yǎng)護條件模擬方面繼續(xù)深入探討，即利用人工環(huán)境模擬室模擬實際工程養(yǎng)護條件，尤其是夏季高溫施工、冬季低溫施工、高溫養(yǎng)護、低濕度養(yǎng)護等不利養(yǎng)護條件。在模擬現(xiàn)場施工條件時，考慮了晝夜溫度不等及交替的特點，模擬的養(yǎng)護條件與工程現(xiàn)場較為接近，以此研究不利養(yǎng)護條件對混凝土抗壓強度的影響，以及無專門養(yǎng)護條件對混凝土抗壓強度的損傷程度等。

1? 試驗概況

1.1? 試驗原材料

水泥采用普通硅酸鹽水泥，P·O 42.5;砂石料來自天然料場，砂為天然砂和人工砂混合砂，干砂表觀密度為2 510 kg·m-3，篩分試驗得到平均細度模數(shù)為3.07，砂樣通過10 mm篩篩余百分率為1.7%;石子為人工碎石，粒徑5～20 mm，干表觀密度為? ? 2 620 kg·m-3;外加劑采用HQ-3型緩凝高效減水劑，密度為1.144 g·mL-1。

1.2? 配合比設(shè)計

本文試樣配合比均設(shè)計0.50膠比，膠凝材料為水泥。具體試樣配合比設(shè)計見表1，其中試樣砂率均為45%，外加劑均為2.5%。試樣拌和方法均為攪拌機拌和，振搗方法為振動臺振搗。

其中對表中試件編號說明如下：編號第1個數(shù)字對應(yīng)養(yǎng)護條件（1）～（11）類，見下文1.3節(jié)內(nèi)容詳細說明;第2個數(shù)字代表膠凝材料，0代表水泥;第3個數(shù)字代表水膠比。后文中出現(xiàn)的1-0-0.5-1、1-0-0.5-2、1-0-0.5-3、2-0-0.5-1、2-0-0.5-2、2-0-0.5-3、10-0-0.5-1、10-0-0.5-2、10-0-0.5-3、11-0-0.5-1、11-0-0.5-2、11-0-0.5-3編號最后一位表示塌落度，1代表塌落度95 mm，2代表塌落度? ? 50 mm，3代表塌落度150 mm。

1.3? 養(yǎng)護條件設(shè)計

為研究養(yǎng)護條件對混凝土強度的影響，設(shè)計多種養(yǎng)護條件，包括養(yǎng)護齡期、養(yǎng)護溫度、養(yǎng)護濕度等多種因素，具體養(yǎng)護方法如下：

1）標準養(yǎng)護7 d;

2）標準養(yǎng)護14 d;

3）標準養(yǎng)護28 d;

4）第1 d起養(yǎng)護溫度30 ℃，持續(xù)48 h，相對濕度100%，其余時間為標準養(yǎng)護;

5）第3 d起養(yǎng)護溫度30 ℃，持續(xù)48 h，相對濕度100%，其余時間為標準養(yǎng)護;

6）第5 d起養(yǎng)護溫度30 ℃，持續(xù)48 h，相對濕度100%，其余時間為標準養(yǎng)護;

7）模擬夏季高溫養(yǎng)護，白天35 ℃，夜間20 ℃，7 d后轉(zhuǎn)標準養(yǎng)護;

8）模擬冬季低溫養(yǎng)護，白天15 ℃，夜間5 ℃，7 d后轉(zhuǎn)標準養(yǎng)護;

9）自然養(yǎng)護，即不采取專門養(yǎng)護措施，將試件直接置于試驗室空氣環(huán)境中，養(yǎng)護期間自然溫度平均低溫為11 ℃，平均高溫為17 ℃;

10）標準養(yǎng)護56 d;

11）標準養(yǎng)護104 d。

1.4? 養(yǎng)護條件實現(xiàn)方法

標準養(yǎng)護在標準養(yǎng)護室內(nèi)進行，溫度（202）℃，相對濕度95%以上。自然養(yǎng)護在試驗室內(nèi)進行，試件不采取任何養(yǎng)護措施。其余養(yǎng)護條件將在人工模擬氣候試驗室內(nèi)進行。

人工模擬氣候試驗室由上海espec公司生產(chǎn)，溫度控制范圍為5～80 ℃，相對濕度控制范圍為20%～95%。溫濕度在控制范圍內(nèi)可連續(xù)變化，采用程序進行智能化控制，能夠滿足1.3節(jié)各種養(yǎng)護條件的需求。養(yǎng)護過程見圖1、圖2。

1.5? 抗壓強度試驗

抗壓強度試驗依據(jù)《混凝土試驗規(guī)程》（SL 352—2006）進行。試件尺寸為150 mm×150 mm×? 150 mm，3個試件為1組，在指定齡期進行試驗。圖3、圖4為試驗過程。

2? 試驗成果及分析

2.1? 抗壓強度與齡期的關(guān)系

本文研究了2批試樣抗壓強度隨齡期的變化規(guī)律，分別為1-0-0.5-1、1-0-0.5-2、1-0-0.5-3、2-0-0.5-1、2-0-0.5-2、2-0-0.5-3、10-0-0.5-1、10-0-0.5-2、10-0-0.5-3、11-0-0.5-1、11-0-0.5-2、11-0-0.5-3和4-0-0.5、5-0-0.5、6-0-0.5。前一批試樣水膠比、配合比一致但塌落度不同，試驗齡期為7、14、56和104 d。后一批試樣水膠比、配合比、塌落度均一致，但養(yǎng)護溫度有所差別，分別在養(yǎng)護1、3、5 d時間節(jié)點上進行高溫（30 ℃）養(yǎng)護48 h，其余時間標準養(yǎng)護，試驗養(yǎng)護齡期分別為7、9、19、21、23、28、29、53、55、57、90、91 d。

兩批試樣抗壓強度與齡期的關(guān)系見圖5和圖6。由圖可見，高溫養(yǎng)護后的4-0-0.5、5-0-0.5、6-0-0.5試樣28 d后強度增長幅度大大減小（相比28 d 強度，56 d強度增長幅度分別為1.7%、12.6%和6.1%），56 d時達到最高值，90 d時強度反而有所降低（90 d強度與28 d相比，增長幅度分別為-1.2%、11.1%和-0.8%）;而標準養(yǎng)護試件強度則在28 d后仍持續(xù)增長（56 d強度相比28 d強度增長幅度分別為8.9%、11.8%和9.8%），100 d左右時強度增長仍較大（相比28 d強度，104 d強度增長幅度分別為31.9%、35.6%和32.0%）。

關(guān)于混凝土抗壓強度與齡期的關(guān)系，ACI（美國混凝土學(xué)會）建議采取公式（1）：

定義為相對強度，并以此為縱坐標，齡期為橫坐標，二者關(guān)系見圖7和圖8?？梢姡瑢τ诟邷仞B(yǎng)護下的試件，其強度隨齡期的發(fā)展規(guī)律基本符合ACI公式，即相對強度與齡期的關(guān)系符合雙曲線。然而，對于一直標準養(yǎng)護條件下的試件而言，其強度一直保持較大的增長態(tài)勢，此時ACI公式的適用性較差，建議采用冪函數(shù)形式：

2.2? 抗壓強度與不利養(yǎng)護條件的關(guān)系

本文研究3種不利養(yǎng)護條件下混凝土的抗壓強度，分別為：①夏季高溫施工情況模擬，白天35 oC，夜間20 oC，相對濕度90%以上，保持此狀態(tài)7 d，? ?7 d后轉(zhuǎn)標準養(yǎng)護，試件編號7-0-0.5;②冬季低溫施工情況模擬，白天15 oC，夜間5 oC，相對濕度80%～90%，7 d后轉(zhuǎn)標準養(yǎng)護，試件編號8-0-0.5;③不養(yǎng)護，即拆模后置于試驗室內(nèi)直到預(yù)定試驗齡期，試件編號9-0-0.5。同時，以標準養(yǎng)護條件下28 d強度作為參照強度，試件編號3-0-0.5。

抗壓強度試驗結(jié)果見表2和圖9。與標準養(yǎng)護條件相比，夏季高溫施工養(yǎng)護條件在濕度充足的情況下，28 d抗壓強度提升6.9%;冬季低溫養(yǎng)護時，強度有較大的下降，幅度為24.7%;而不采取養(yǎng)護措施時，強度則劇烈下降，幅度為35.3%。9-0-0.5試件在養(yǎng)護期間自然溫度平均低溫為11 oC，平均高溫為17 oC，低于標準養(yǎng)護溫度20 oC，相對濕度無統(tǒng)計記錄，但明顯低于標準養(yǎng)護條件下的95%?？梢?，濕度尤其溫度對混凝土強度發(fā)展是至關(guān)重要的，不采取養(yǎng)護措施將造成混凝土強度的巨大損失。

3? 結(jié) 論

本文具體介紹了模擬現(xiàn)場不同養(yǎng)護的施工條件，主要探究養(yǎng)護齡期、溫濕度、不利養(yǎng)護條件等因素對混凝土抗壓強度的影響及對混凝土抗壓強度的損傷程度等，得到以下結(jié)論：

1）抗壓強度隨養(yǎng)護齡期增大而增大。高溫養(yǎng)護條件下，強度與齡期的關(guān)系基本符合雙曲線規(guī)律，28 d后強度基本穩(wěn)定，56 d時強度達到最大值（增幅6.8%），90 d強度則有所降低（增幅3.0%），抗壓強度與齡期的關(guān)系符合雙曲線。標準養(yǎng)護條件下，28 d后強度增長幅度仍不減小，56 d強度增長10%左右，而100 d強度則增長30%左右，抗壓強度與齡期關(guān)系不再是雙曲線，冪函數(shù)形式則更準確。

2）施工季節(jié)不同，對混凝土強度影響也比較大。夏季高溫施工，當(dāng)濕度得到保證時，28 d強度會有一定的提升;而冬季低溫條件施工，則不利于混凝土早期強度的發(fā)揮，28 d強度大幅低于標準值。

3）不采取養(yǎng)護措施，混凝土的溫度和濕度均無法得到保障，強度損失最嚴重，與標準強度相比，降低幅度高達35%。因此在實際建設(shè)工程中，對混凝土材料進行科學(xué)合理的養(yǎng)護過程非常必要。

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