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高性能混凝土的养护

摘要：分析了湿度、温度以及养护时问三项因素对高性能混凝土养护影响的特点，提出将HPC的养护分为初期养护和湿养护两个不同的阶段，而且介绍了两个阶段各自的养护方法。关键词：混凝土；养护；方法　　混凝土养护就是使已密实成型的混凝土进行水化反应，获得所需的物理力学性能及耐久性等指标的工艺措施。养护过程中主要是建立在水泥水化初期所需的介质湿度及温度条件。养护的目的就是保证混凝土的硬化以及水泥的水化达到一定程度，从而获得性能优良的混凝土。合适的养护能提高混凝土的强度、抗渗性、耐磨性、抗冻融性。如果混凝土养护不当，混凝土强度和耐久性将明显降低．当前我国存在着严重忽视混凝土养护的现象，特别是使用商品混凝土，施工单位认为混凝土的质量好坏皆有混凝土搅拌站负责，因此轻视混凝土的养护甚至对混凝土不进行养护，为此导致了混凝土质量的严重下降，同时产生了多起质量事故。　　当代高性能混凝土的养护比以前任何时候都显得更为重要。因为：①HPC与普通强度混凝土比有一个更低的水灰比，混凝土产生自干燥的倾向，为防止自干燥导致混凝土早期较大的收缩，应保证湿养供水或涂养护剂，甚至采用内养护；②HPc中一般都掺有矿物外加剂，有必要通过较长时间的湿养护，保证混凝土性能的正常发展：③为了缩短施工工期，加快模板周转，使用高强度等级，高早强水泥，易使混凝土养护不充分；④现代建筑结构的发展，超高层建筑结构和异型建筑结构很难保证充足的供水养护。当前，混凝土的养护机理需要研究．混凝土养护也需要管理和控制，就某建筑工程而言，很难确定混凝土养护是否到位，目前还没有标准可参考，而且现场养护技术也是混凝土迫切需要解决的施工技术难题。 1 影响HPC养护的因素 1．1 新浇筑混凝土的湿度损失　　集料占据混凝土的大部分体积。在混凝土拌合料中，细集料填充在粗集料之间的空隙中。虽然水泥占据着较小尺寸的空隙，但它并不能完全填满那些空隙，结果，混凝土拌合料中就保留一些空隙，这些空隙被称为毛细孔。当混合料中加入水后，水填充了空隙的剩余部分。用水量超过了水泥水化所需要的水量，这些多余的水帮助增加新拌混凝土的工作性，并且其中一些用作自干燥。随着水化的进行，水化产物逐渐填充毛细孔。然而，水化产物并不能完全填充所有的空隙。　　混凝土性能，如强度和抗渗性取决于水化程度。水泥水化产物的体积几乎比原水泥体积大1倍。随着水化的进行，水化产物开始填充毛细空隙的空间，从而减少空隙空间，增加了空隙中的水压力，产生毛细现象引起水份迁移。水份趋向于迁移到与环境接触的混凝土表面的低压区，从而导致水化早期混凝土的湿气散失。混凝土湿度越高，水份迁移越快，而且增加蒸发的速率。过快的水份蒸发将导致空隙内的湿度低于饱和水平之下，从而阻碍水泥的水化，给混凝土的性能造成有害的影响。Spears[2]认为，当混凝土内部相对湿度RH小于80%时，水泥水化将停止。然而，随着水化产物对空隙的填充，毛细管空间变得不连续了，当毛细空间足够不连续时，通过毛细行为向表面迁移水份将停止，由水份的扩散导致的水份散失开始。　　从新浇筑混凝土中泌到表面的水首先开始蒸发，当这些水完全蒸发后，通过毛细行为迁移到混凝土表面的水开始蒸发。如果水份的蒸发速率大于通过毛细行为迁移到混凝土表面的速率，混凝土就会出现塑性收缩裂缝，塑性收缩裂缝对混凝土的强度、耐久性以及混凝土的整个性能都是有害的。湿度、风速、混凝土温度和混凝土构件暴露部分的面积与混凝土构件的体积比对新浇筑混凝土的水份散失影响很大。　　相对湿度越低，混凝土水份散失的速率越快，水份散失随着风速的增加而增加，环境温度和混凝土的温度越高，新拌混凝土水份散失的速率越快。蒸发速率随着构件的暴露面的面积与体积之比的增大而加快，因为暴露在环境中的面积越大，新浇筑混凝土的湿汽损失越高。美国混凝土学会《凝土养护方法》指出，当水从混凝土中蒸发速度超过0．5kg／m2 ·h时，由于塑性收缩，在混凝土表面形成裂缝是难免的．在HPC中，一般使用了较细粒径的矿物掺合料，如硅灰、粉煤灰和磨细矿渣等。因为矿物掺合料有较小的颗粒直径和高的比表面增加了混凝土的用水量。化学外加剂，如高效减水剂，减少了混凝土的用水量。由于矿物掺合料的火山灰活性和填充效应，某种程度上改变了混凝土的各种性能。再者，由于小的球形颗粒，在有高效减水剂存在的情况下，更容易分散并且填充水泥颗粒之间和周围的空隙，从而使混凝土拌合物能更好的密实。所以水泥和具有火山灰活性的矿物掺合料共同使用有助于获得更为密实的HPC，矿物掺合料的火山灰反应以及改善颗粒分布的填充效应导致了硬化HPC孔结构的大大改善，从而可以制得高强、高抗渗混凝土。HPC的水胶比同NSC的水灰比相比要低，有些时候，HPC的用水量比供其中水泥水化所需的用水量还要小，从而导致自干燥。HPC中水的散失对混凝土的长期性能有极其有害的影响。HPC的水份在混凝土浇筑后的最初24h损失最大。　　　　　　同NSC相比，HPC拌合物泌水少，粘聚性大。泌水蒸发很快使HPC更易于产生塑性收缩裂缝，而且通常在混凝土初凝时就产生塑性收缩裂缝。塑性收缩裂缝可以产生严重问题。高温、低湿和大风加速了新浇筑混凝土水份的蒸发。为了克服这一问题，HPC应在新拌混凝土浇筑后立即开始养护。 1．2 温度的影响　　养护温度对NSC和HPC的强度影响很大。高温加速了混凝土的水化过程。浇筑温度和养护温度越高，混凝土的极限强度越低，养护温度越高，混凝土早期强度越高。低温养护的混凝土具有相对均匀的微结构，特别是混凝土空隙的分布较均匀。虽然在较低温度养护不能获得较高的早期强度，但最终导致高的极限强度。控制养护期间混凝土的温度是重要的，特别是在炎热天气下。　　火山灰反应的水化进程较水泥反应的水化进程慢，但在较高的温度下，火山灰反应的水化进程将大大加速。因为水化较高的热量，通常HPC初期养护温度较高。同NSC相比，HPC具有较高的早期强度。但在后期，HPC强度的发展类似于NSC。因此，用高的温度养护HPC并不理想。　　根据构件的尺寸，水泥含量，水胶比，环境条件，炎热条件下采取如下措施控制养护期混凝土的温度是必要的：①降低混凝土的浇筑温度；②覆盖有很好隔热性能的材料；③混凝土宜在晚上或白天较凉的时候浇筑；④对新浇筑混凝土的暴露面进行覆盖。　　在炎热的条件下，如果不采取人工降温，通常很难满足新浇筑混凝土所需的最适宜温度，温度在10℃一15℃时对混凝土性能最为有利，但这种温度只在一定条件下才能得到。实际施工中应尽可能不使混凝土浇筑时的温度过高。冬季施工时，HPG的初期养护温度不宜低于规定的温度。 1．3 养护时间的影响养护时间对混凝土的长期性能有显著影响。对一给定的水灰比，混凝土强度随着龄期的增长而增加。然而，在湿养护一段时间后，强度的增长降低了。　　　　　　图2显示了NSC在湿养护条件下最初28d强度的增长较显著。养护通常在混凝土水化程度最小时结束，此后混凝土可以在没有任何保护的条件下，增长强度。一旦毛细孔变得足够不连续，毛细孔中的水就会存在于混凝土内而不用保护。从理论上说，水份迁移从毛细形为转为扩散以后，养护就可以停止。从毛细行为到扩散，混凝土中水份损失的转变时间取决于混凝土的配合比，环境条件和暴露面的面积与混凝土构件的体积比。　　混凝土的养护期可以根据混凝土在固定温度下的养护时间来确定。实际工程中，混凝土是在温度不断变化的环境中养护的。养护期可以根据混凝土的成熟度来确定。混凝土的成熟度是基于强度发展是养护时间和温度函数的原理而建立的。成熟度是温度和时间的积。成熟度的概念仍然适用于HPC。成熟度对建立HPC合理的养护条件有一定的帮助，对确定达到一定成熟期的HPC的养护时间是有益的。　　HPC的水胶比很低，并且由于矿物掺合料的使用其粒子分布较好，导致每单位体积拌合物中水泥基材料的空隙小得多。由于较少的空隙需要少的水化产物填充，所以同NSC相比，HPC中水化产物填充空隙的速度要快得多。因此，在同样养护条件下，同NSC相比，HPC由于毛细行为造成的水份损失的结束较早。HPC水份的损失在最初的24h占主导地位。由于很低的水胶比，使用高效减水剂以及早期的水化速度快，HPC较早的失去了水化的潜力。所以HPC的养护期同NSC比要短一些。但对硅灰混凝土延长养护期可以达到更佳的养护效果，混凝土的性能可达到显著的加强。 2 高性能混凝土的养护方法　　新拌HPC在浇筑后，立即采用湿养护，可以抵抗塑性收缩开裂，而对NSC，将对硬化混凝土的表面层的质量产生有害的影响。假如混凝土的湿养护在混凝土终凝前进行，养护水将消弱表面附近的水泥浆，增加表面混凝土的水胶比。结果，混凝土的强度、抗渗性能将严重降低。大量的试验观察证明，如果新拌HPC浇筑后很快进行湿养护，硬化混凝土的表面将粉化或导致浅表层剥落。因此，HPC需要在早期就进行养护，但不能直接在新浇筑混凝土暴露的表面使用水。为了方便，将HPC的整个养护过程分为两个阶段，初期养护和湿养护。初期养护应在新拌HPC浇筑以后立即开始，湿养护在混凝土终凝后开始。HPC的初期养护是错综复杂的，初期养护的目的是阻止新拌混凝土的水份散失，直到湿养护开始。使用养护剂进行混凝土的初期养护似乎并不很有效。在新拌混凝土浇筑后，混凝土表面上会立即出现少量泌水，如果在水份干透以前涂养护剂，那么在混凝土表面就会出现养护剂和水混合的局部坑洼．再者，若为了让泌水蒸发完，将新拌混凝土暴露在环境条件下，对混凝土的长期性能又会产生有害的影响，特别是在炎热的气候条件下，这段时间混凝土已经发生了水份迁移的湿损失，从而导致混凝土的开裂。　　因此覆盖PVC薄膜接触新拌混凝土的暴露面是HPC初期养护更加有效的方法。在炎热的气候下，覆盖PVC，再盖以湿麻袋可以保持混凝土的持续潮湿以及降低混凝土初期养护阶段混凝土的温度。HPC的湿养护从混凝土终凝后开始。潮湿养护混凝土的强度比空气养护混凝土的强度高，28d湿养护的强度比28天完全空气中养护可以高1倍。湿养护是HPC养护的最终阶段，在混凝土终凝后开始。任何传统的湿养护方法如蓄水养护，用湿麻袋覆盖暴露面的养护以及在暴露面上洒水的方法，HPC都可以采用。通过覆盖湿麻袋并且连续喷水保持潮湿这样的湿养护是HPC湿养护的有效方法。　　低温下混凝土采用自然养护时宜使用不透明的塑料薄膜覆盖或喷洒养护液。在负温条件下养护时，不得浇水，混凝土浇筑后，应立即用塑料薄膜及保温材料如稻草或者干草覆盖，进行保温，防止混凝土冻结。用以玻璃纤维、海绵橡胶、纤维素、矿棉、乙烯泡沫和聚氨脂泡沫材料制成的保温毯效果更佳。在寒冷气候条件下，需要额外的热量来保持10℃一15℃，这样有利养护的温度，可以采用加热线圈，便携式的循环加热器或蒸汽来提供所需的热量，所有情况下，都应避免混凝土中水份的损失。　　HPC中水化产物填充空隙的速度很快，早期水份从外部进入混凝土内部较困难，而且HPC水胶比极小，小到自身内部的水分连水泥完全水化就不能满足。为此，早在1991年，Philleo就提出了内养护的思路，他建议在混凝土中掺用饱水的轻细集料以提供水泥水化过程中因化学收缩而需消耗的水，当水泥水化时，额外的水可以从相对较大的轻集料孔隙中转移到孔径较小的水泥浆体中，这样可减少水泥的自收缩。对于低水胶比的又需要充分水化的HPC，加入60kg／m3至80 kg／m3 的饱和轻质细集料，轻细集料的粒径可以大于4mm，小于8mm，加入的轻质细集料能提供额外的水以供水化，从而提高强度和耐久性。拌合物中所有细集料都可以用饱和的轻质细集料来代替以获得最大限度的内部湿养护，但要防止过多的轻质细集料导致混凝土强度的过度降低以及在混合时集料的分离。除利用轻细集料外，还可利用超吸水性树脂，减缩剂进行内养护。当然内部湿养护方法还必须与外部养护方法一同使用。 3 结语　　养护对HPC的整个性能都有较大的影响，特别是强度和抗渗性，养护方法和养护期对HPC的收缩影响较大。在HPC的养护中应尽量减少新浇筑混凝土的湿度损失。养护温度对HPC的强度影响较大，在较低温度下养护不能获得较高的早期强度，但最终的极限强度较高，因此控制养护期间混凝土的温度是重要的，特别是在炎热条件下。养护期长，会增加养护的成本，而且过长的养护时间必要性不大，一般来说，HPC的养护期要较NSC短一些。HPC的初期养护仅使用养护剂效果不理想，在炎热气候条件下，用塑料薄膜覆盖外加湿麻袋降温效果较好；HPC的湿养护可以采用蓄水养护，湿麻袋覆盖以及洒水等多种方法进行。另外，内养护也是减少HPC白干燥的有效方法。

原作者：李美利钱觉时王丽娟楚爱群叶宁杨展

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发布：2007-08-14 12:51 编辑：泛普软件 · xiaona [打印此页] [关闭]

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