PC構(gòu)件蒸養(yǎng)制度的建立與優(yōu)化

劉洋 袁繼東 高名揚(yáng) 王靖鑫

【摘要】在預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)過(guò)程中，提高預(yù)制構(gòu)件的早期強(qiáng)度能縮短脫模周期，提高模具周轉(zhuǎn)率和生產(chǎn)效率，文章對(duì)C30混凝土在不同的蒸養(yǎng)條件下，混凝土強(qiáng)度受不同的溫度隨時(shí)間變化的影響程度，根據(jù)檢測(cè)不同條件下的混凝土強(qiáng)度指標(biāo)以及混凝土表觀質(zhì)量，分析并確定適合C30混凝土蒸養(yǎng)參數(shù)。

【關(guān)鍵詞】預(yù)制構(gòu)件; 混凝土; 蒸養(yǎng)參數(shù); 早期強(qiáng)度

【中國(guó)分類號(hào)】

TU755.7【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A

伴隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)力的提升和城鎮(zhèn)化建設(shè)的日益加快，建筑工業(yè)化產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，裝配式預(yù)制構(gòu)件廣泛應(yīng)用于各建筑領(lǐng)域。在裝配式預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)中，由于鋼模具的制作成本較高，生產(chǎn)企業(yè)難以大量持有，從而通過(guò)提高混凝土的早期強(qiáng)度、將預(yù)制構(gòu)件的拆模時(shí)間提前、加快模具的周轉(zhuǎn)速率、降低模具的分?jǐn)偝杀境蔀楹芏囝A(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)企業(yè)提高效益的關(guān)鍵[1]。本文根據(jù)現(xiàn)有原材料，通過(guò)正交試驗(yàn)選擇合適的水膠比，砂率以及礦物摻合料用量，從而使混凝土配合比得以優(yōu)化。通過(guò)檢測(cè)不同蒸養(yǎng)條件混凝土各齡期的抗壓強(qiáng)度，分析比較確定合理的蒸養(yǎng)制度。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 混凝土原材料及配合比的選擇與確定

混凝土原材料宜選擇固定生產(chǎn)廠地，確保材料穩(wěn)定性，不宜隨意變動(dòng)。采用的原材料包括水泥（C）、粉煤灰（FA）、粗細(xì)骨料、高效減水劑等。水泥選用P·O 42.5R普通硅酸鹽水泥（表1），F(xiàn)A為Ⅱ級(jí)粉煤灰，需水量98 %，28 d活性指數(shù)78 %。減水劑為某減水劑母料廠生產(chǎn)供的聚羧酸高性能減水劑，減水率為26 %，細(xì)集料為普通河砂，細(xì)度模數(shù)Mx=2.6，含泥量5.9 %。粗集料為卵碎石，粒徑為5～26.5 mm，壓碎指標(biāo)9.5 %。

1.2 試件的成型和養(yǎng)護(hù)方案

根據(jù)表2的基準(zhǔn)配合比，采用HJW-60單臥軸強(qiáng)制式混凝土攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌，攪拌時(shí)間3 min，測(cè)試坍落度后振動(dòng)成型，坍落度控制（160±20） mm，試件尺寸為100 mm×100 mm×100 mm，隨后室溫25 ℃下靜養(yǎng)，然后放入蒸養(yǎng)室內(nèi)，升溫（升溫速度15～20 ℃/h），（60±5） ℃恒溫，降溫，各階段時(shí)間由試驗(yàn)確定。隨后蒸養(yǎng)結(jié)束后拆模，檢測(cè)拆模強(qiáng)度和標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)下的3 d、7 d、28 d強(qiáng)度。

1.3 試驗(yàn)方法

按照GB/T50081-2016《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》測(cè)定混凝土的抗壓強(qiáng)度。

1.4 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)蒸養(yǎng)工藝的特點(diǎn)，探究水膠比、砂率、礦物摻合料對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響，分別記做A、B、C。制備了三因素三水平的正交試驗(yàn)表。因素水平表見(jiàn)表3。

本試驗(yàn)為三水平三因素，常用正交試驗(yàn)表為三水平四因素，我們保持用水量不變，選用L9（34）正交試驗(yàn)表得出試驗(yàn)表得出以下試驗(yàn)（表4、表5）。

試驗(yàn)結(jié)果分析：利用極差分析法對(duì)上述結(jié)果進(jìn)行分析。

由表5可得出：A1是A因素的最優(yōu)解，B2是B因素的最優(yōu)解，C1是C因素的最優(yōu)解，得出的最優(yōu)組合是水膠比0.39，砂率38 %，礦物摻合料10 %。影響因素A>C>B，即

水膠比對(duì)蒸養(yǎng)混凝土強(qiáng)度影響最大，礦物摻合料摻量次之，砂率影響較小。最終C30優(yōu)化配比見(jiàn)表6。

2 蒸養(yǎng)制度的建立

蒸養(yǎng)制度分為靜停階段—升溫階段—恒溫階段—降溫階段。蒸養(yǎng)制度是在混凝土構(gòu)件澆筑完畢后，在高溫、高濕的蒸氣作用下，使構(gòu)件快凝、早強(qiáng)，達(dá)到脫模和放張要求，縮短模具周轉(zhuǎn)、混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間，從而提高模板、臺(tái)座周轉(zhuǎn)率，加快構(gòu)件預(yù)制速度的一種有效的施工工藝。

2.1 靜停階段對(duì)強(qiáng)度的影響

靜停階段又稱預(yù)養(yǎng)階段。此階段指的是混凝土構(gòu)件澆筑成型后至正式供給蒸汽前在常溫下靜養(yǎng)的時(shí)間。靜養(yǎng)為2～3 h，靜養(yǎng)時(shí)間的養(yǎng)護(hù)溫度為20～25 ℃。這一階段主要是使混凝土中水泥有一個(gè)比較充裕的水化時(shí)間，使混凝土形成一定的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，以抵抗蒸汽的熱脹作用，避免蒸汽養(yǎng)護(hù)時(shí)在構(gòu)件表面出現(xiàn)裂縫和疏松現(xiàn)象。試驗(yàn)試塊預(yù)養(yǎng)時(shí)間分別采用1 h、1.5 h、2 h，升溫2 h，60 ℃恒溫8 h，降溫2 h，蒸養(yǎng)養(yǎng)護(hù)后立即脫模，測(cè)脫模強(qiáng)度，之后測(cè)在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室3 d、7 d、28 d強(qiáng)度，相關(guān)數(shù)據(jù)見(jiàn)表7、圖1。

由圖1可以看出，隨著預(yù)養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)混凝土前期的抗壓強(qiáng)度逐漸升高，后期強(qiáng)度增幅不大，2 h的預(yù)養(yǎng)時(shí)間混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)最好，1 h和1.5 h下混凝土脫模強(qiáng)度較低，原因是1 h和1.5 h預(yù)養(yǎng)時(shí)間下混凝土處于塑性狀態(tài)，尚不具有足夠強(qiáng)度抵抗蒸養(yǎng)狀態(tài)下水和汽的熱脹作用，破壞內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使得內(nèi)部孔隙增加，影響密實(shí)度，導(dǎo)致強(qiáng)度降低。由強(qiáng)度發(fā)展可看出蒸養(yǎng)條件下混凝土靜養(yǎng)時(shí)間宜大于2 h。

2.2 升溫階段對(duì)強(qiáng)度的影響

升溫階段是通入蒸汽達(dá)到恒溫溫度的時(shí)間。通過(guò)不同的升溫速率30 ℃/h、15 ℃/h、10 ℃/h達(dá)到（60±5） ℃，測(cè)定不同升溫速率和時(shí)間下，混凝土脫模強(qiáng)度、3 d、7 d、28 d強(qiáng)度，相關(guān)數(shù)據(jù)見(jiàn)表8、圖2。

由圖2中數(shù)據(jù)可得升溫速率提高加速了水泥水化過(guò)程，30 ℃/h脫模強(qiáng)度和3 d、7 d抗壓強(qiáng)度均高于15 ℃/h和10 ℃/h，后期強(qiáng)度15 ℃/h和10 ℃/h強(qiáng)度高于30 ℃/h，較高的升溫速度能促進(jìn)水泥和礦物摻合料的水化反應(yīng)，促進(jìn)強(qiáng)度的發(fā)展，但同時(shí)也會(huì)加劇汽水的熱脹作用，影響混凝土后期強(qiáng)度。因此升溫速度不能太快，綜合考慮升溫速率15 ℃/h，升溫時(shí)間宜選于2 h。

2.3 恒溫階段對(duì)強(qiáng)度的影響

恒溫階段是混凝土經(jīng)過(guò)升溫后，維持定溫的一段蒸養(yǎng)時(shí)間，恒溫時(shí)間長(zhǎng)短很重要，根據(jù)其他條件不變的，維持恒溫7 h、8 h、9 h，測(cè)定混凝土試件脫模、3 d、7 d、28 d抗壓強(qiáng)度，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表9、圖3。

由圖3可得到以下結(jié)論：在恒溫階段，恒溫時(shí)間越長(zhǎng)，前期混凝土脫模強(qiáng)度越高，后期強(qiáng)度增長(zhǎng)較緩，但恒溫時(shí)間越長(zhǎng)并不一定增強(qiáng)混凝土強(qiáng)度，與內(nèi)部混凝土水化過(guò)程有關(guān)，8 h恒溫養(yǎng)護(hù)條件下7 d和28 d強(qiáng)度增長(zhǎng)比7 h和9 h養(yǎng)護(hù)時(shí)間下增長(zhǎng)3.5 %和6.4 %。因蒸養(yǎng)養(yǎng)護(hù)恒溫階段宜選擇8 h。

2.4 降溫階段對(duì)強(qiáng)度的影響

降溫階段是指是停止供氣到揭開(kāi)養(yǎng)護(hù)覆蓋物的階段。在降溫過(guò)程中，降溫梯度是關(guān)鍵，降溫梯度不能太大，降溫劇烈將使混凝土表面產(chǎn)生“裂縫”，降溫溫差不宜超過(guò)25 ℃/h，試驗(yàn)試塊經(jīng)過(guò)預(yù)養(yǎng)2 h、升溫2 h，恒溫8 h后，分別經(jīng)過(guò)0.5 h、1 h、2 h降溫，測(cè)定不同降溫時(shí)間下試塊的抗壓強(qiáng)度，結(jié)果見(jiàn)表10、圖4。

由圖4可得結(jié)論：降溫對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響隨著降溫時(shí)間的延長(zhǎng)，混凝土強(qiáng)度逐漸增大，在0.5 h降溫強(qiáng)度發(fā)展較差，驟然降溫導(dǎo)致混凝土內(nèi)外溫差較大，容易產(chǎn)生溫度裂縫，因此降溫時(shí)間宜適當(dāng)延長(zhǎng)，在不同的降溫時(shí)間中2 h降溫強(qiáng)度發(fā)展較好，從考慮強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律降溫時(shí)間宜選擇2 h，由此可得各階段的蒸養(yǎng)時(shí)間見(jiàn)圖5。

3 結(jié)論

（1）通過(guò)正交試驗(yàn)對(duì)C30混凝土配合比的優(yōu)化得出的最優(yōu)組合是水膠比0.39，砂率38 %，礦物摻合料10 %。在蒸養(yǎng)制度下各個(gè)因素的排序是：水膠比對(duì)混凝土強(qiáng)度影響最大，礦物摻合料次之，砂率影響因素較小。

（2）通過(guò)對(duì)各階段的時(shí)間控制得到合適的蒸養(yǎng)制度是：靜停2 h，升溫2 h，（60±5） ℃下恒溫8 h，降溫2 h，所得的混凝土脫模強(qiáng)度和前后期強(qiáng)度發(fā)展較好。

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