低溫養(yǎng)護下納米混凝土抗壓強度試驗研究

夏百惠 張晏 陳志捷 楊碩 楊錳 張克啟

摘?要：試驗分別研究了低溫（3℃）、常溫（20℃）、常溫轉(zhuǎn)低溫，低溫轉(zhuǎn)常溫在不同齡期（3d、7d、14d、28d）養(yǎng)護條件下納米材料對混凝土抗壓強度的影響規(guī)律，結(jié)合北方冬期施工條件，對低溫下納米混凝土抗壓強度結(jié)果進行分析，試驗結(jié)果表明，摻加納米的混凝土抗壓強度比普通混凝土的高，隨著養(yǎng)護齡期的增加，混凝土的強度不斷提高。納米材料的摻入可提高混凝土抗壓強度，確定了低溫養(yǎng)護下納米混凝土抗壓強度隨齡期變化的增長規(guī)律。

關(guān)鍵詞：納米;養(yǎng)護;抗壓強度;恒溫;變溫

混凝土作為一種主要的建筑材料，廣泛應(yīng)用于各類建筑中，其強度和耐久性是混凝土力學性能中最重要的特性。基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的快速發(fā)展使混凝土材料的應(yīng)用范圍越來越廣，也推動了混凝土材料的高耐久性、高強度、可持續(xù)發(fā)展等方面的應(yīng)用。我國幅員遼闊，南北溫差很大，北方大部分地區(qū)進入冬期時間較早且持續(xù)時間長，為了能盡早完工，需在冬期進行施工建設(shè)，但由于混凝土在低溫條件下抗壓強度低，因此限制了我國北方冬季施工，且混凝土結(jié)構(gòu)在冬期施工中容易出現(xiàn)強度不足、裂縫過多等質(zhì)量隱患，進而影響建筑物的安全性及耐久性。目前在混凝土冬期施工中，為了防止混凝土早期凝固時被凍壞，保證其后期強度，會在施工和養(yǎng)護期間采取一些措施，如蓄熱法、外部加熱法等加熱原材料的方法，預(yù)留施工縫用特殊材料進行填補的方法以及摻加外加劑等，但這些措施不僅會增加施工難度，延緩施工進度，同時也會改變混凝土的一些性能，影響工程質(zhì)量。

國內(nèi)外眾多實驗結(jié)果表明，納米材料能夠顯著提高混凝土的力學性能及耐久性。周勝波等[1]發(fā)現(xiàn)納米二氧化硅能在一定程度上改善機制砂混凝土抗壓強度，對混凝土抗凍性能改善作用顯著;蔣方聽等[2]認為試件在不同養(yǎng)護齡期和不同納米二氧化硅摻量的條件下，水泥混凝土改性效果不同;苗生龍等[3]發(fā)現(xiàn)納米CaCO3的添加改善了混凝土的基體結(jié)構(gòu)，減少了內(nèi)部缺陷，使混凝土密實度增加，提高了混凝土的抗壓強度和耐高溫性能。也有學者對混凝土低溫條件下的各項性能做了相關(guān)研究。張潤瀟等[4]研究了恒定低溫養(yǎng)護情況下，混凝土早期抗壓與抗拉強度的增長規(guī)律，發(fā)現(xiàn)養(yǎng)護溫度與齡期對混凝土增長強度有著非常重要的影響;張杰[5]進行了低溫環(huán)境下預(yù)拌混凝土試驗，認為必須根據(jù)現(xiàn)場實際情況采取切實可行的技術(shù)措施來提高低溫環(huán)境下混凝土工程的施工質(zhì)量。然而，關(guān)于納米混凝土在低溫條件下強度變化規(guī)律的研究還較少。本試驗結(jié)合寒冷地區(qū)混凝土冬季施工條件，研究低溫養(yǎng)護（020℃）對納米混凝土抗壓強度增長的影響規(guī)律，系統(tǒng)地介紹低溫環(huán)境下納米混凝土的制備和試驗過程，且對試驗結(jié)果進行系統(tǒng)全面的分析研究，以期對納米混凝土在寒冷地區(qū)的廣泛應(yīng)用提供一定的參考價值。

1?試驗設(shè)計

1.1?試驗原材料

水泥采用遼寧省鞍山市某廠家生產(chǎn)的P.0?42.5級硅酸鹽水泥;拌合水采用實驗室的普通自來水;細集料為中砂，細度模數(shù)為2.73;粗集料為玄武巖碎石，粒徑大小為5～20mm;減水劑為聚羧酸高性能減水劑（Q8081PCA），減水率為25%;納米材料采用二氧化硅（CAS號：7631869）。

1.2?試驗方案

1.2.1?配合比

試驗采用兩種配合比混凝土，如表1所示。

1.2.2?試驗過程

試驗過程參照GB/T?500802016《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》、GB?501192013《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》、GB?510812015《低溫環(huán)境混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》和JTG?E302005《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規(guī)程》進行。

2?試驗結(jié)果與分析

2.1?恒溫條件下納米材料對混凝土抗壓強度的影響

混凝土的強度增長速度是一個由快到慢的過程，由于反應(yīng)物的量是一定的，故混凝土后期強度發(fā)展有一個極值。對比圖1中不同溫度條件下養(yǎng)護齡期與抗壓強度的關(guān)系，可以看出，納米混凝土與普通混凝土在恒溫養(yǎng)護條件下，養(yǎng)護齡期分別為3天、7天、14天和28天時對應(yīng)的強度值不同。在3℃和20℃養(yǎng)護七天的普通混凝土抗壓強度分別為17.6MPa和28.0MPa，而納米試件在相同養(yǎng)護條件下的強度分別為25.2MPa、34.9MPa;與普通混凝土強度相比分別提高了432%和24.6%;而在養(yǎng)護齡期為28天的條件下3℃和20℃養(yǎng)護的普通混凝土強度分別為34.1MPa、47.9MPa，納米混凝土試件的強度分別為43.3MPa、54.3MPa，強度分別提高了27.0%和13.4%。

綜合以上數(shù)據(jù)可以得出，在同齡期情況下，納米材料的摻入對混凝土的抗壓強度具有顯著提升效果，這是因為對于混凝土而言，摻入納米材料可以很好地填充骨料間的空隙，從而提高了混凝土的密實度。而隨著養(yǎng)護齡期的增長與溫度的提高，納米混凝土與普通混凝土試件的強度均普遍提高，并且養(yǎng)護時間越長，養(yǎng)護溫度越高，混凝土抗壓強度越高。

2.2?變溫條件下納米材料對混凝土抗壓強度的影響

可以發(fā)現(xiàn)，變溫條件下，養(yǎng)護溫度和養(yǎng)護時間相同的條件下，納米混凝土的抗壓強度均高于普通混凝土的強度。普通混凝土和納米混凝土試件在20℃條件下養(yǎng)護3天后轉(zhuǎn)到3℃條件下養(yǎng)護，測得的抗壓強度分別為372MPa和40.3MPa;養(yǎng)護7天后變溫，抗壓強度達到424MPa和44.5MPa，與3天后變溫的強度相比，分別提高140%和10.4%;養(yǎng)護14天后變溫，抗壓強度分別提高185%和20.6%;20℃條件下養(yǎng)護28天，抗壓強度分別提高28.8%和34.7%。說明變溫條件下，當養(yǎng)護溫度相同時，常溫養(yǎng)護時間越長，普通混凝土和納米混凝土的抗壓強度越高。