不同養(yǎng)護(hù)條件下混凝土耐久性的研究

　　摘要: 研究了不同養(yǎng)護(hù)條件下混凝土的收縮變形、抗?jié)B性及抗凍融耐久性。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在自然條件養(yǎng)護(hù)下，混凝土的體積穩(wěn)定性較差，且混凝土的抗?jié)B等級(jí)遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)下混凝土的測(cè)試結(jié)果，經(jīng)受不同次數(shù)的抗凍融循環(huán)后，混凝土抗壓強(qiáng)度和劈拉強(qiáng)度的損失率較大?；炷量?jié)B性試驗(yàn)結(jié)果表明，混凝土的強(qiáng)度等級(jí)越低，自然養(yǎng)護(hù)對(duì)混凝土抗?jié)B性帶來(lái)的影響也越大。在保濕的自然養(yǎng)護(hù)下，混凝土的收縮變形較小，與標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)相比，混凝土抗?jié)B性和抗凍性的試驗(yàn)結(jié)果差別不大，這說(shuō)明加強(qiáng)混凝土的濕度養(yǎng)護(hù)，有利于改善混凝土的耐久性。 

　　關(guān)鍵詞: 養(yǎng)護(hù)條件;水工混凝土;耐久性;收縮 

　　1 概述 

　　混凝土耐久性問(wèn)題是當(dāng)今混凝土領(lǐng)域中研究的重點(diǎn)。影響混凝土耐久性的因素有原材料、配合比、施工、養(yǎng)護(hù)等，其中養(yǎng)護(hù)制度對(duì)混凝土后期性能的發(fā)展有顯著影響。在養(yǎng)護(hù)制度的研究中，大多數(shù)學(xué)者主要是通過(guò)控制養(yǎng)護(hù)條件中的某些因素如溫度、濕度等，研究單因素對(duì)混凝土性能的影響情況 。Basham 發(fā)現(xiàn)過(guò)高的早期養(yǎng)護(hù)溫度使混凝土早期強(qiáng)度增長(zhǎng)率更快，但后期強(qiáng)度增長(zhǎng)率降低，Verbeck等則指出，高溫養(yǎng)護(hù)時(shí)水泥顆粒表面所形成的致密層阻止了水分進(jìn)入，從而使其后期的水化程度降低。Cather與Older等研究均認(rèn)為高溫干燥的養(yǎng)護(hù)環(huán)境對(duì)混凝土的耐久性不利。 

　　溫度、濕度和風(fēng)速等均是控制混凝土養(yǎng)護(hù)條件的重要因素。由于真實(shí)自然氣候條件的復(fù)雜性和隨機(jī)性，這些因素的綜合交互作用，對(duì)混凝土的性能都會(huì)產(chǎn)生不同影響。目前國(guó)內(nèi)在這一方面的研究成果還較少，且大多集中在混凝土強(qiáng)度上面，而對(duì)混凝土耐久性的評(píng)價(jià)還不多見(jiàn)。因此，本文主要研究了不同養(yǎng)護(hù)條件下混凝土性能，特別是耐久性。 

　　2 原材料 

　　水泥采用42.5普通硅酸鹽水泥，化學(xué)成分見(jiàn)表1;使用Ⅰ級(jí)粉煤灰，粉煤灰的化學(xué)成分見(jiàn)表1，品質(zhì)檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2;細(xì)骨料采用天然砂，細(xì)度模數(shù)為2.71，屬中砂，粗骨料采用二級(jí)配碳酸鹽碎石，表觀(guān)密度2750kg/m3 ，面干吸水率0.42%，含泥量0.0%，堅(jiān)固性1.9%;外加劑采用液態(tài)萘系緩凝高效減水劑（摻量0.6%，減水率21.7%）和改性松香酸鹽引氣劑（摻量0.018%，含氣量4.0%）。 

　　3 試驗(yàn)與方法 

　　混凝土試驗(yàn)配合比、拌和物性能及28d抗壓強(qiáng)度見(jiàn)表3?；炷恋陌韬?、成型均按DL/T5150-2001《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》的相關(guān)方法進(jìn)行。試驗(yàn)采用強(qiáng)制式攪拌機(jī)拌和，混凝土性能的測(cè)試均按DL/T5150-2001《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》的有關(guān)方法進(jìn)行。 

試驗(yàn)養(yǎng)護(hù)條件分標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)、自然養(yǎng)護(hù)、保濕養(yǎng)護(hù)3種。標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)下，養(yǎng)護(hù)室的溫度控制在（20±3）℃、相對(duì)濕度95%以上;自然養(yǎng)護(hù)下，測(cè)得溫度范圍為17～34℃，平均溫度在27℃左右，測(cè)得濕度為63%～89%，平均濕度75%;保濕養(yǎng)護(hù)是處在自然條件下蓋上濕麻袋養(yǎng)護(hù)。 

　　4 試驗(yàn)結(jié)果及分析 

　　4.1 收縮變形 

　　混凝土的體積穩(wěn)定性（即膨脹與收縮）對(duì)混凝土的耐久性影響很大。在實(shí)際情況下，混凝土的收縮和膨脹都受到不同程度的外部和內(nèi)部約束。在受外部約束條件下，混凝土的收縮變形產(chǎn)生拉應(yīng)力σp 與應(yīng)變?chǔ)胖g關(guān)系是:σp =εE，式中E為混凝土彈性模量。收縮變形包括干縮、塑性收縮、自收縮以及溫度變形。當(dāng)拉應(yīng)力大于抗拉強(qiáng)度（fp ）時(shí)，混凝土開(kāi)裂，即σp =εE>fp 。 

　　混凝土收縮變形試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。從表4可以發(fā)現(xiàn)，自然養(yǎng)護(hù)試件的體積穩(wěn)定性較差，其變形絕對(duì)值要大于保濕養(yǎng)護(hù)下試件的試驗(yàn)結(jié)果。這表明在混凝土施工過(guò)程中，加強(qiáng)對(duì)混凝土塊體的濕度保護(hù)，有利于提高混凝土的體積穩(wěn)定性。在表4的試驗(yàn)結(jié)果中，試件7d之前的變形值較小，有的試件還發(fā)生膨脹（即表4中的負(fù)值），可能是因?yàn)樗嘀泻蠱gO的緣故。水泥中MgO通常水化非常緩慢，但由于自然養(yǎng)護(hù)時(shí)溫濕度較高，水泥水化反應(yīng)迅速，促進(jìn)了MgO的水化，產(chǎn)生了膨脹效果。本試驗(yàn)采用的水泥中MgO含量為3.29%，使得在較高溫度養(yǎng)護(hù)下混凝土試件早期易發(fā)生膨脹。 

　　4.2 抗?jié)B 

　　混凝土的抗?jié)B性是指混凝土抵抗壓力水滲透的性能，對(duì)混凝土耐久性的影響十分重要。因?yàn)樗只蚯治g性介質(zhì)的入侵是引發(fā)混凝土質(zhì)量劣化、耐久性不足的主要原因之一。有學(xué)者認(rèn)為混凝土的抗?jié)B性是評(píng)價(jià)混凝土耐久性最重要的綜合指標(biāo)。就混凝土的滲透性與耐久性存在密切關(guān)系這一點(diǎn)，許多學(xué)者都進(jìn)行了深入研究，得出的結(jié)論非常一致。美國(guó)的Metha，英國(guó)的Nevill及我國(guó)已故工程院院士吳中偉都主張，大幅度提高混凝土的抗?jié)B性是改善混凝土耐久性的關(guān)鍵。 

　　混凝土抗?jié)B性的試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。從表5可以看出，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下，混凝土的相對(duì)滲透系數(shù)小，抗?jié)B等級(jí)高，本試驗(yàn)配合比下混凝土的抗?jié)B等級(jí)均在W24以上;在自然養(yǎng)護(hù)條件下，混凝土試塊的相對(duì)滲透系數(shù)均明顯大于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下試樣的測(cè)試值，抗?jié)B等級(jí)較低，比較不同強(qiáng)度等級(jí)的混凝土，結(jié)果表明混凝土的強(qiáng)度等級(jí)越低，自然養(yǎng)護(hù)對(duì)混凝土抗?jié)B性帶來(lái)的影響越大;在保濕的自然養(yǎng)護(hù)情況下，混凝土的相對(duì)滲透系數(shù)略低于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)的測(cè)試結(jié)果，抗?jié)B等級(jí)的差別也較小，這表明加強(qiáng)對(duì)混凝土的濕度養(yǎng)護(hù)，有利于提高混凝土的抗?jié)B性。 

　　4.3 抗凍 

　　凍融破壞是我國(guó)東北、西北和華北地區(qū)的水工混凝土建筑物在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的主要病害之一，對(duì)于水閘、渡槽等水工混凝土建筑物，凍融破壞的地區(qū)范圍更為廣泛?？箖鲂允腔炷聊途眯缘囊豁?xiàng)重要指標(biāo)，提高抗凍性一直是混凝土研究領(lǐng)域的重要課題。 
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　　混凝土抗凍等級(jí)的試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6，經(jīng)各凍融次數(shù)后混凝土的強(qiáng)度保留值見(jiàn)表7。從表6可以發(fā)現(xiàn)，與標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)相比，自然條件下混凝土試件經(jīng)各凍融次數(shù)后質(zhì)量損失率和相對(duì)動(dòng)彈性模量下降率較大，按DL/T5150-2001《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》評(píng)定的混凝土抗凍等級(jí)也略顯低。保濕養(yǎng)護(hù)后，混凝土凍融后的質(zhì)量損失和相對(duì)動(dòng)彈性模量同標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試件的測(cè)試值差別不大，且評(píng)定的混凝土抗凍等級(jí)與標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)下混凝土抗凍等級(jí)一致。 

　　如圖1、2（略）所示，從各凍融次數(shù)后混凝土抗壓強(qiáng)度和劈拉強(qiáng)度的保留值來(lái)看，凍融循環(huán)次數(shù)越多，混凝土強(qiáng)度下降越顯著，如標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)下，分別經(jīng)100、200次循環(huán)后，2號(hào)試件的抗壓強(qiáng)度從30.0MPa下降到22.7MPa、再降到13.0MPa。自然養(yǎng)護(hù)時(shí)，經(jīng)不同次數(shù)的凍融循環(huán)后，混凝土強(qiáng)度的下降幅度更大，如1號(hào)試件經(jīng)200次凍融循環(huán)后，抗壓強(qiáng)度僅為原來(lái)的36.1%，2號(hào)試件經(jīng)200次凍融循環(huán)后，抗壓強(qiáng)度僅為原來(lái)的32.1%;與之相比，經(jīng)200次凍融循環(huán)后，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)中混凝土的抗壓強(qiáng)度分別為原來(lái)的77.9%、43.3%。經(jīng)過(guò)自然條件下的保濕養(yǎng)護(hù)，混凝土經(jīng)受各凍融循環(huán)次數(shù)后強(qiáng)度的保留值略低于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)測(cè)試值，但大于暴露自然條件下混凝土的試驗(yàn)結(jié)果，這說(shuō)明改善混凝土早期養(yǎng)護(hù)條件可顯著改善混凝土的抗凍融耐久性。 

　　5 結(jié)語(yǔ) 

　?。?）加強(qiáng)對(duì)混凝土塊體的濕度保護(hù)，有利于提高混凝土的體積穩(wěn)定性。 

　?。?）養(yǎng)護(hù)條件對(duì)混凝土的抗?jié)B性和抗凍性影響很大，混凝土的強(qiáng)度等級(jí)越低，養(yǎng)護(hù)條件對(duì)混凝土抗?jié)B性帶來(lái)的影響越大。 

　?。?）經(jīng)不同次數(shù)凍融循環(huán)后，混凝土的抗壓強(qiáng)度、劈拉強(qiáng)度有不同程度的下降，凍融循環(huán)次數(shù)越多，強(qiáng)度下降越顯著;自然養(yǎng)護(hù)條件下混凝土的劣化速度越快。 

　　（4）為了提高混凝土的耐久性，加強(qiáng)混凝土的濕度養(yǎng)護(hù)是很重要的。 

　　作者簡(jiǎn)介: 王迎春，男，長(zhǎng)江水利委員會(huì)長(zhǎng)江科學(xué)院水工程安全與病害防治工程技術(shù)研究中心，高級(jí)工程師。