裝配式建筑構(gòu)件免蒸汽養(yǎng)護(hù)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀研究分析

崔嘉銘，蔣元海，黃發(fā)軍，藍(lán)豪杰，程洪燁，殷旭峰，駱可揚(yáng)

（嘉興學(xué)院建筑工程學(xué)院，浙江 嘉興 314001）

0 引言

“免蒸汽養(yǎng)護(hù)混凝土”是指混凝土在養(yǎng)護(hù)過(guò)程中，僅通過(guò)自然養(yǎng)護(hù)就可以達(dá)到超早強(qiáng)的目的，是不需要常壓蒸汽或高壓蒸汽的一種最新混凝土配制技術(shù)?！懊庹羝B(yǎng)護(hù)混凝土”相比于蒸養(yǎng)混凝土可減少蒸養(yǎng)養(yǎng)護(hù)的過(guò)程，降低了制作成本，同時(shí)響應(yīng)了國(guó)家節(jié)能減排的號(hào)召，是未來(lái)建筑行業(yè)走向可持續(xù)發(fā)展的必經(jīng)之路。

1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

1.1 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

明維等[1]通過(guò)對(duì)PHC管樁免蒸養(yǎng)工藝的配合比進(jìn)行不斷改善，摻入不同的摻和料進(jìn)行研究，但由于實(shí)驗(yàn)環(huán)境溫度較低，混凝土脫模強(qiáng)度未滿足要求，因此增加養(yǎng)護(hù)時(shí)間。當(dāng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間延長(zhǎng)至18 h時(shí)，達(dá)到出廠強(qiáng)度。

張惠敏等［2］通過(guò)結(jié)合應(yīng)用免蒸養(yǎng)混凝土與自密實(shí)混凝土，預(yù)制構(gòu)件研究中采用在自密實(shí)混凝土中摻入含有早強(qiáng)效果的膠凝材料組合設(shè)計(jì)方法成功達(dá)到出廠要求。

趙志剛等［3］采用配合比為P.II水泥、硫鋁酸鹽水泥 5%、礦渣粉20%、粉煤灰15%時(shí)，可實(shí)現(xiàn)免蒸養(yǎng)自密實(shí)，綜合性能較佳。30℃左右的免蒸養(yǎng)條件下，10 h即可脫模，低溫季節(jié)也可縮短蒸養(yǎng)時(shí)間4 h以上。

張建綱等［4］發(fā)現(xiàn)在 20℃條件下，納米超早強(qiáng)劑能夠促進(jìn)水泥的早期水化、縮短混凝土凝結(jié)時(shí)間，有利于管片早期收面、抽芯。按照管片常規(guī)生產(chǎn)流程，8 h即達(dá)到15 MPa以上的拆模強(qiáng)度，可實(shí)現(xiàn)免蒸汽養(yǎng)護(hù)。

戶廣旗等［5］發(fā)現(xiàn)調(diào)整配合比為礦粉、砂率分別為15%、36%，水膠比為0.18、膠凝材料用量500 kg/m3時(shí)，經(jīng)自然養(yǎng)護(hù)，混凝土1 d、3 d、28 d強(qiáng)度分別可達(dá)到50 MPa、62 MPa和79.5 MPa，滿足方樁混凝土技術(shù)要求；耐久性良好，相比于蒸汽養(yǎng)護(hù)氯離子滲透系數(shù)降低0.6×10-12m2/s；而自然養(yǎng)護(hù)混凝土與蒸汽養(yǎng)護(hù)混凝土相比，每1 m3造價(jià)可節(jié)約41.73元。

吳勇等［6］發(fā)現(xiàn)在夏秋季日平均溫度25℃以上的廣東地區(qū)，利用常規(guī)材料配制兩種早強(qiáng)混凝土，白班自然養(yǎng)護(hù)8 h、晚班自然養(yǎng)護(hù)12 h強(qiáng)度均超過(guò)15 MPa，加上工廠后期的工序時(shí)間，兩班生產(chǎn)大約需要23 h，實(shí)現(xiàn)兩班制免蒸養(yǎng)預(yù)制樓梯生產(chǎn)。

楊海波等［7］通過(guò)摻入適量礦粉和早強(qiáng)劑的復(fù)合技術(shù)在免蒸養(yǎng)條件下可達(dá)到混凝土電桿早強(qiáng)要求。其耐久性更好，水化產(chǎn)物形貌及分布狀態(tài)更佳，產(chǎn)物結(jié)晶更完整，缺陷更少，內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)優(yōu)化，微觀結(jié)構(gòu)更為密實(shí)；相比于同強(qiáng)度蒸養(yǎng)混凝土，抗氯離子滲透能力提高。

成燕燕［8］發(fā)現(xiàn)在低溫條件下，硅灰粉具有一定早強(qiáng)作用。當(dāng)其摻量為水泥摻量的10%時(shí)使早期強(qiáng)度達(dá)到最佳效果?；炷猎陴B(yǎng)護(hù)時(shí)間為1~3 d內(nèi)早期強(qiáng)度受早強(qiáng)劑影響較大，在7~28 d的強(qiáng)度影響較小。當(dāng)其摻入的復(fù)合早強(qiáng)劑達(dá)到6%時(shí)，預(yù)制混凝土構(gòu)件所需的凝結(jié)時(shí)間最短。 1 d、3 d、7 d、28 d強(qiáng)度分別為 12.8 MPa、38.8 MPa、53.5 MPa、72.2 MPa。在低溫條件下，摻入鋼纖維對(duì)預(yù)制構(gòu)件混凝土的早期強(qiáng)度有顯著增長(zhǎng)作用。

李洋等［9］通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，摻入聚羧酸高效減水劑、大量活性摻和料和8%的鋼纖維可配制出滿足出廠要求的高性能免蒸養(yǎng)混凝土。粗骨料用量在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)與混凝土的流動(dòng)性、抗折強(qiáng)度成反比,與抗壓強(qiáng)度、靜力受壓彈性模成正比。當(dāng)粗骨料摻入量為675 kg/m3時(shí)，整體性能較佳;在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下,力學(xué)性能良好，抗氯離子滲透能力符合規(guī)范要求,抗凍性能及體積穩(wěn)定性良好，自收縮應(yīng)變值較低。

李洪民等［10］通過(guò)大量研究發(fā)現(xiàn)，摻入含Ba的Al2（SO4）3鹽熟料制造的低堿性水泥對(duì)混凝土有一定的早強(qiáng)作用。以此作為理論依據(jù)配制出有較佳早強(qiáng)效果的低堿性復(fù)合早強(qiáng)劑，在添加該低堿性水泥時(shí)混合兩類有機(jī)早強(qiáng)劑，可將水泥3 d、28 d抗壓強(qiáng)度增加到175%、159%。

丁慶軍等［11］利用其團(tuán)隊(duì)自制的混凝土安全性專家專業(yè)檢測(cè)系統(tǒng)，按照武漢地鐵的地質(zhì)狀況設(shè)計(jì)出地鐵隧道管片混凝土的耐久性要求；采用密實(shí)堆積設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)并在免蒸養(yǎng)條件下配制出達(dá)到出廠要求的高抗?jié)B耐久性盾構(gòu)隧道管片混凝土。

上官玉明等［12］通過(guò)原材料不斷適配調(diào)整，發(fā)現(xiàn)PL粉對(duì)于配置活性粉末混凝土具有一定的影響。該法以52.5水泥、PL粉、天然砂、高效減水劑及鋼纖維等作為原材料在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)下，即可配制出達(dá)到要求的混凝土。其抗折抗壓強(qiáng)度均可滿足出廠要求，同時(shí)制作成本低廉，加快了活性粉末混凝土的推廣應(yīng)用。其強(qiáng)度隨PL粉摻量的增加而增大，在含量達(dá)到15%以后增長(zhǎng)速度減緩;隨鋼纖維和減水劑摻量的增大而增加;隨砂膠比的增大先增加后減小。免蒸養(yǎng)條件下的活性混凝土由于其優(yōu)良的耐久性與較小的收縮值而極具推廣價(jià)值。

王成啟等［13］利用水泥的水化熱特性能促進(jìn)混凝土升溫，加速水泥早期水化反應(yīng)提高混凝土早期強(qiáng)度。由于密閉容器中的混凝土?xí)占缙谒療?，可提高其早期養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度。第一階段（養(yǎng)護(hù)池保溫養(yǎng)護(hù)）：將PHC管樁放入養(yǎng)護(hù)池密閉保溫養(yǎng)護(hù)，降低因保溫性能降低混凝土失水收縮的影響，同時(shí)加速早期強(qiáng)度增加。當(dāng)PHC管樁脫模強(qiáng)度達(dá)45.0 MPa后即可進(jìn)行脫模。第二階段（自然養(yǎng)護(hù)）：將PHC管樁露天養(yǎng)護(hù)至C80出廠強(qiáng)度。

周飛飛等［14］發(fā)現(xiàn)在夏季制備混凝土構(gòu)件時(shí)，在原材料中加入夏季型早強(qiáng)劑可使C30混凝土1 d抗壓強(qiáng)度達(dá)到15 MPa以上的要求。在冬季低溫條件下,原材料中加入冬季型早強(qiáng)劑制備的產(chǎn)品亦可在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)達(dá)到強(qiáng)度要求。在60℃下恒溫養(yǎng)護(hù)4 h,可使C30混凝土的1 d抗壓強(qiáng)度達(dá)到16.5 MPa,超過(guò)了其設(shè)計(jì)強(qiáng)度15 MPa。在20℃左右的環(huán)境條件下,摻入0.5%的Ca5Si6O16·4H2O可提高C30混凝土的抗壓強(qiáng)度，還能改善混凝土耐久性。

秦明強(qiáng)等［15］發(fā)現(xiàn)偏高嶺土具有提高混凝土早期強(qiáng)度的作用，可實(shí)現(xiàn)自然養(yǎng)護(hù)條件下免蒸養(yǎng)工藝，達(dá)到管片12 h脫模強(qiáng)度要求，同時(shí)還能提高混凝土的抗碳化性、干縮性和抗?jié)B性;由于單摻偏高嶺土制備的混凝土抗裂性能不佳，因此復(fù)合摻入偏高嶺土與適量的粉煤灰來(lái)彌補(bǔ)其不足。

趙世煜等［16］發(fā)現(xiàn)摻入鋼纖維可提高混凝土強(qiáng)度，減少摻水量過(guò)大對(duì)強(qiáng)度的影響,同時(shí)還會(huì)增加混凝土早期抗壓強(qiáng)度。

1.2 國(guó)外研究現(xiàn)狀

美國(guó)某單位研發(fā)出由C2H8N2環(huán)氧化合物、某類無(wú)機(jī)鹽、C3H4O2與鏈烷醇胺制備的混凝土外加劑。配制出外加劑用量占膠凝物質(zhì)0.43%、水灰比為0.37的混凝土，在13 h常溫度養(yǎng)護(hù)下抗壓強(qiáng)度超過(guò)20 MPa，可實(shí)現(xiàn)預(yù)制混凝土構(gòu)件的免蒸汽養(yǎng)護(hù)［17］。

意大利的馬佩公司研發(fā)了一種早強(qiáng)型聚羧酸減水劑，通過(guò)減少水泥水化誘導(dǎo)期使水泥加速凝結(jié)硬化，提升水泥水化反應(yīng)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)布局，避免骨料顆粒聚集。

2 原料配合比

參考國(guó)內(nèi)免蒸養(yǎng)混凝土研發(fā)的生產(chǎn)技術(shù)，整合免蒸養(yǎng)混凝土配合比如表1。

表1

3 采用免蒸養(yǎng)工藝的注意事項(xiàng)

為保證混凝土產(chǎn)品的質(zhì)量性能及穩(wěn)定性，采用免蒸養(yǎng)工藝時(shí)需要注意以下幾點(diǎn)：

（1）使用足夠的水泥用量；

（2）注意外界環(huán)境溫度；

（3）細(xì)骨料為河砂；

（4）需灑水養(yǎng)護(hù)。

4 免蒸養(yǎng)混凝土的適用對(duì)象

4.1 構(gòu)件

國(guó)家正大力推廣建筑施工使用裝配式建筑，建筑大部分結(jié)構(gòu)如墻體、樓板、樓梯等都可以采用免蒸養(yǎng)混凝土構(gòu)件，這將大量降低污染，加快施工速度。

4.2 適用地區(qū)

結(jié)合氣候條件，南方地區(qū)的廠家建議在4到10月份大量生產(chǎn)免蒸養(yǎng)混凝土制品，自然養(yǎng)護(hù)12 h即可脫模，7 d達(dá)到出廠強(qiáng)度要求；11月到第二年3月份，如果所需產(chǎn)量不高亦可采用免蒸養(yǎng)工藝，但是脫模時(shí)間需要延遲6 h。相較于傳統(tǒng)蒸壓工藝，免蒸養(yǎng)工藝制作的成品養(yǎng)護(hù)時(shí)間更長(zhǎng)，需要噴灑養(yǎng)護(hù)并且按生產(chǎn)日期堆放，對(duì)堆放養(yǎng)護(hù)的場(chǎng)地要求更高。

5 結(jié)語(yǔ)

目前各類早強(qiáng)劑復(fù)配方法和早強(qiáng)減水劑的研究開發(fā)已初具規(guī)模，免蒸養(yǎng)工藝也在大力推廣的階段，但該工藝仍存在一些不足之處。

（1）加入高性能早強(qiáng)減水劑的免蒸養(yǎng)工藝已達(dá)到國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，但仍需進(jìn)一步降低制作成本。

（2）在PHC管樁制備中，免蒸養(yǎng)工藝相比于傳統(tǒng)工藝在達(dá)到PHC管樁產(chǎn)品的質(zhì)量與性能的基礎(chǔ)上，還提高了管樁的耐久性和耐打性，滿足低碳、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展需求。

（3）由于該技術(shù)仍處于發(fā)展階段尚不完全成熟，在預(yù)制混凝土的耐久性方面需要學(xué)術(shù)界再多做相關(guān)研究。

（4）在免蒸養(yǎng)技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中缺少相對(duì)權(quán)威的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，需要國(guó)家牽頭學(xué)術(shù)界以及相關(guān)行業(yè)權(quán)威制定有關(guān)的國(guó)家制作標(biāo)準(zhǔn)。