養(yǎng)護(hù)溫度和濕度對(duì)長(zhǎng)緩凝混凝土強(qiáng)度的影響

陳平

（天臺(tái)博豐混凝土有限公司，浙江 臺(tái)州 317200）

0 前言

建筑技術(shù)的發(fā)展離不開(kāi)新材料技術(shù)的推動(dòng)，隨著超長(zhǎng)大體積混凝土結(jié)構(gòu)工程的建設(shè)，對(duì)混凝土配制技術(shù)提出了更高的要求。大體積混凝土要求更低的水化放熱量、較低的溫升峰值以及更嚴(yán)格的養(yǎng)護(hù)條件，延長(zhǎng)混凝土凝結(jié)時(shí)間成為了預(yù)防大體積混凝土開(kāi)裂的常用手段[1]；通過(guò)控制外加劑中緩凝劑的用量或者外摻緩凝劑可以獲得緩凝時(shí)間 15h 以上的混凝土。對(duì)于地鐵咬合樁等[2]工程有時(shí)混凝土需要最長(zhǎng) 72h 終凝時(shí)間，對(duì)混凝土工作性能和施工養(yǎng)護(hù)提出更高的要求。

混凝土工程質(zhì)量不僅要求良好的混凝土工作性能，更重要的是混凝土交付工地后的養(yǎng)護(hù)措施，實(shí)際上往往比較重視前者，忽視甚至不進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，從而使得混凝土出現(xiàn)開(kāi)裂、強(qiáng)度不足乃至混凝土耐久性下降等問(wèn)題[3]。長(zhǎng)緩凝混凝土強(qiáng)度發(fā)展相對(duì)緩慢，需要?jiǎng)?chuàng)造條件，加強(qiáng)混凝土后期養(yǎng)護(hù)，減少對(duì)早期混凝土擾動(dòng)。溫度和濕度是對(duì)混凝土養(yǎng)護(hù)影響較大的兩個(gè)參數(shù)，二者均涉及到大氣環(huán)境和混凝土表里的溫度和水分交換，因此需要更多關(guān)注。本項(xiàng)目研究了養(yǎng)護(hù)溫度和濕度對(duì)長(zhǎng)緩凝混凝土強(qiáng)度的影響，以期為相關(guān)應(yīng)用提供理論和實(shí)際參考。

1 原材料及試驗(yàn)方法

1.1 原材料

（1）水泥采用海螺 P·O42.5 普通硅酸鹽水泥；粉煤灰采用Ⅱ級(jí)灰，需水比為 98%，燒失量 3.5%；礦粉采用 S95 級(jí)礦粉，比表面積 435m2/kg。水泥的主要性能指標(biāo)見(jiàn)表1，粉煤灰和礦粉的化學(xué)組成見(jiàn)表2。

表1 試驗(yàn)用水泥的性能指標(biāo)

表2 粉煤灰和礦粉的化學(xué)組成 %

（2）采用聚羧酸高性能減水劑（標(biāo)準(zhǔn)型），固含量為 15.6%，摻量根據(jù)實(shí)際確定。

（3）細(xì)骨料采用卵石機(jī)制砂，細(xì)度模數(shù)為 3.1，含粉量 9.0%；粗集料采用小石（5～10mm）和大石（10～5mm）按照一定比例使用，壓碎值 10.0%。

（4）試驗(yàn)使用復(fù)合緩凝劑 R 調(diào)節(jié)混凝土凝結(jié)時(shí)間，其中 R 為白糖和普鈉按照一定比例復(fù)合而成。

1.2 試驗(yàn)方法

（1）試驗(yàn)復(fù)合緩凝劑 R 摻入混凝土（以膠凝材料百分比添加），從而獲得試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)混凝土凝結(jié)時(shí)間。

（2）按照 GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行混凝土坍落度、擴(kuò)展度和凝結(jié)時(shí)間測(cè)試。

（3）按照 GB/T 50081—2019《混凝土物理力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》成型 100mm×100mm×100mm 混凝土試件，測(cè)定混凝土7d、28d 和 90d 的抗壓強(qiáng)度。

2 試驗(yàn)結(jié)果及討論

2.1 緩凝劑用量對(duì)混凝土工作性能和凝結(jié)時(shí)間的影響

要求混凝土可模型好，能適應(yīng)不同形狀的建筑結(jié)構(gòu)，重要的就是混凝土具有良好的工作性能。加大緩凝用量可以降低水泥水化速率，使得水泥放熱峰扁平化，起到延峰、削峰的作用[4]，從而影響水泥塑性的保持，對(duì)混凝土保坍性能帶來(lái)影響。表3 和圖1 為添加不同比例緩凝劑后混凝土工作性能的測(cè)試結(jié)果。

圖1 緩凝劑摻量對(duì)混凝土凝結(jié)時(shí)間的影響

表3 結(jié)果顯示，緩凝劑摻量增加對(duì)混凝土初始坍落度和擴(kuò)展度有一定的改善作用，這是因?yàn)榫從齽┠軌蚋街谒囝w粒，降低水泥與自由水反應(yīng)的勢(shì)能，從而改善混凝土流動(dòng)性；同時(shí)緩凝劑的加入對(duì)水泥水化起到部分抑制作用，從而使得混凝土塑性得以保持，混凝土經(jīng)時(shí)坍落度損失降低，甚至在緩凝劑摻量在 0.21% 和0.3% 時(shí)，混凝土坍落度相比初始有返大滯后現(xiàn)象，此時(shí)緩凝劑對(duì)水泥水化抑制作用較為明顯。

表3 不同緩凝時(shí)間對(duì)混凝土工作性能的影響

圖1 中隨著混凝土中緩凝劑用量增多，混凝土初凝和終凝時(shí)間延長(zhǎng)，且緩凝劑用量增加，終凝和初凝時(shí)間的差值越大，這說(shuō)明緩凝劑延長(zhǎng)水泥水化進(jìn)程，混凝土在緩凝劑過(guò)多時(shí)，形成水化產(chǎn)物的能力大幅降低，使得混凝土硬化變得困難。

2.2 養(yǎng)護(hù)溫度和濕度對(duì)長(zhǎng)緩凝混凝土強(qiáng)度的影響

良好的養(yǎng)護(hù)對(duì)于混凝土工程強(qiáng)度發(fā)展和耐久性十分關(guān)鍵，其中養(yǎng)護(hù)溫度和濕度是養(yǎng)護(hù)制度的兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。通過(guò)設(shè)置兩種溫度（20℃、35℃），兩種養(yǎng)護(hù)制度：室內(nèi)干燥養(yǎng)護(hù)（相對(duì)濕度 50%±5%）和保濕養(yǎng)護(hù)（相對(duì)濕度≥90%）測(cè)試混凝土 7d、28d、90d 的抗壓強(qiáng)度。

從表4 結(jié)果可以看出，養(yǎng)護(hù)溫度和濕度無(wú)論對(duì)正常凝結(jié)混凝土還是長(zhǎng)時(shí)間凝結(jié)混凝土來(lái)說(shuō)都有較大影響。對(duì)于 12h 正常凝結(jié)混凝土，在相同養(yǎng)護(hù)溫度時(shí)，保濕養(yǎng)護(hù)能夠提升混凝土各齡期強(qiáng)度，而室內(nèi)養(yǎng)護(hù)由于水分不足，混凝土內(nèi)部與大氣存在水氣交換，混凝土內(nèi)部水分通過(guò)內(nèi)部孔隙蒸發(fā)，進(jìn)一步增加了混凝土內(nèi)部孔隙數(shù)量，使得混凝土強(qiáng)度降低。而提高養(yǎng)護(hù)溫度則受混凝土養(yǎng)護(hù)濕度影響，水分充足時(shí)，高溫養(yǎng)護(hù)可以提高混凝土7d 和 28d 抗壓強(qiáng)度，而 90d 抗壓強(qiáng)度低于 20℃ 保濕養(yǎng)護(hù)；干燥環(huán)境下，35℃ 溫度混凝土各齡期強(qiáng)度均低于20℃ 干燥養(yǎng)護(hù)。這是因?yàn)楦稍锃h(huán)境下，升高溫度進(jìn)一步加速混凝土內(nèi)部水分散失，使得混凝土劣化加快。

表4 養(yǎng)護(hù)溫、濕度對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響 MPa

對(duì)于長(zhǎng)時(shí)間凝結(jié)混凝土而言，相同溫度下，充足的濕養(yǎng)護(hù)環(huán)境可促進(jìn)混凝土內(nèi)部有序水化反應(yīng)的進(jìn)行[5]，使得水化產(chǎn)物均勻分布，長(zhǎng)期水化得以持續(xù)，混凝土28d 和 90d 抗壓強(qiáng)度得以提升，尤其對(duì)于 60h 凝結(jié)的混凝土，在長(zhǎng)期水分補(bǔ)充下混凝土 90d 強(qiáng)度甚至超過(guò) 12h凝結(jié)混凝土 2.7MPa。而長(zhǎng)時(shí)間凝結(jié)混凝土早期水化受到抑制，生成的水化產(chǎn)物較為分散，交聯(lián)性較弱，在水分持續(xù)散失時(shí)內(nèi)部結(jié)構(gòu)變得疏松、致密性下降，進(jìn)而強(qiáng)度下降明顯。當(dāng)水分充足，溫度提高可以加速混凝土內(nèi)部水化反應(yīng)進(jìn)程，使得混凝土內(nèi)部生成排列緊密、均勻分布的水化產(chǎn)物，混凝土強(qiáng)度得以持續(xù)增長(zhǎng)，甚至超過(guò)正常凝結(jié)混凝土，而干燥環(huán)境下，提高養(yǎng)護(hù)溫度雖然使得混凝土 7d 抗壓強(qiáng)度稍有提高，但對(duì)于混凝土 28d 乃至 90d 抗壓強(qiáng)度發(fā)展極為不利。

3 結(jié)論

（1）緩凝劑用量適當(dāng)增加有利于提高混凝土初始工作性能，同時(shí)混凝土經(jīng)時(shí)保坍能力得到增強(qiáng)。

（2）緩凝劑摻量越高，混凝土凝結(jié)時(shí)間越長(zhǎng)，初凝和終凝的時(shí)間差越大。

（3）相同養(yǎng)護(hù)溫度下，保濕養(yǎng)護(hù)通過(guò)提供充足的水分，可以使得長(zhǎng)緩凝混凝土內(nèi)部持續(xù)水化，混凝土后期強(qiáng)度得以增長(zhǎng)，水分不足則會(huì)加速長(zhǎng)緩凝混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)劣化，混凝土強(qiáng)度下降明顯。在養(yǎng)護(hù)濕度充分時(shí)，適當(dāng)提高養(yǎng)護(hù)溫度可以提高水泥水化速率，對(duì)混凝土強(qiáng)度發(fā)展有利。

（4）長(zhǎng)緩凝混凝土施工過(guò)程中，需要保持一定的養(yǎng)護(hù)濕度和溫度，以確保混凝土強(qiáng)度的良性發(fā)展。