蒸汽養(yǎng)護(hù)對混凝土性能的影響分析

1、蒸汽養(yǎng)護(hù)對混凝土性能的影響分析楊昆 （石家莊市公路橋梁建設(shè)集團(tuán)，河北 石家莊 050000 ） 摘要：蒸汽養(yǎng)護(hù)在縮短混凝土養(yǎng)護(hù)時間、加快施 工進(jìn)度等方面具有積極作用，但也會對混凝土性能產(chǎn)生不利 影響。分析蒸汽養(yǎng)護(hù)過程中靜置時間等參數(shù)對混凝土強(qiáng)度的 影響機(jī)理，探討蒸汽養(yǎng)護(hù)混凝土耐久性下降的原因以及通過 添加礦物摻合料等方式提高其耐久性的方法，對合理使用蒸 汽養(yǎng)護(hù)制度、積極發(fā)揮蒸養(yǎng)混凝土優(yōu)勢具有借鑒意義。 關(guān) 鍵詞：蒸汽養(yǎng)護(hù)；混凝土；抗壓強(qiáng)度；耐久性 0 引言 混凝 土是土木工程中最重要的建筑材料之一，具有原料豐富、成 本低、抗壓強(qiáng)度高、使用廣泛等顯著特點，特別是隨著我國 基礎(chǔ)建設(shè)和城市化建設(shè)的快

2、速發(fā)展，對混凝土的需求量也與 日俱增。但混凝土對養(yǎng)護(hù)條件、養(yǎng)護(hù)時間等方面的要求較為 嚴(yán)格，這在一定程度上會導(dǎo)致工期延長、生產(chǎn)效率降低。因 此，通過改善傳統(tǒng)養(yǎng)護(hù)條件，在滿足工程要求的基礎(chǔ)上盡可 能地降低混凝土養(yǎng)護(hù)時間， 對提高模具周轉(zhuǎn)、 縮短生產(chǎn)周期、 加快施工進(jìn)度等具有重要意義。 蒸汽養(yǎng)護(hù)通過升溫可以加 快混凝土中水泥的水化速度，并使混凝土早期強(qiáng)度顯著提高， 同時蒸汽本身又具有生產(chǎn)運(yùn)輸成本低、含熱量高、濕度大等 優(yōu)勢。因此，蒸汽養(yǎng)護(hù)作為一種常用的加速養(yǎng)護(hù)方法，已被 廣泛應(yīng)用于混凝土預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)等領(lǐng)域。但在快速水化的同 時，蒸汽養(yǎng)護(hù)往往會對混凝土的后期強(qiáng)度和耐久性等產(chǎn)生不 利影響 2 。因此，有

3、必要分析蒸汽養(yǎng)護(hù)對混凝土性能的影響 因素，為合理選擇蒸汽養(yǎng)護(hù)參數(shù)、提高混凝土質(zhì)量等提供參 考依據(jù)。 1 混凝土的蒸汽養(yǎng)護(hù) 混凝土的蒸汽養(yǎng)護(hù)過程主要 包括以下階段： （ 1）靜置期。即混凝土澆筑完畢至混凝土 初凝之前的階段。在此期間，混凝土中的水泥開始發(fā)生水化 反應(yīng)，混凝土得到初始硬化并獲得一定的初始結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，這 將有助于其抵抗升溫期的膨脹變形。通常靜置時間越長，混 凝土抵抗升溫期破壞的能力越強(qiáng)，但這不利于提高生產(chǎn)效率。（2）升溫期。即按照一定速率將混凝土原始溫度上升至養(yǎng) 護(hù)溫度的階段。在此期間，升溫速率不易太慢，否則養(yǎng)護(hù)周 期長；但也不易過快，否則容易導(dǎo)致混凝土因體積膨脹太快 而產(chǎn)生溫度變形和

4、裂縫。在升溫過程中，為避免因蒸汽冷凝 而導(dǎo)致的混凝土表面起皮現(xiàn)象，可以在混凝土表面覆蓋薄膜。（3）恒溫期。即混凝土或其周圍溫度維持在養(yǎng)護(hù)溫度的階 段。在此期間，將發(fā)生一系列影響混凝土硬度及其耐久性的 化學(xué)反應(yīng)，因此這也是蒸汽養(yǎng)護(hù)中最重要、最關(guān)鍵的階段。（4）降溫期。即按照一定速率將混凝土由養(yǎng)護(hù)溫度降低冷 卻至室溫的階段。在此期間，降溫不易過快，否則容易導(dǎo)致 混凝土因表面和內(nèi)部溫差大而產(chǎn)生拉應(yīng)力裂縫。同時，還要 注意環(huán)境濕度， 防止因水分散失而破壞混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)。 以上四個階段中，靜置時間、升溫速率、恒溫溫度、恒溫時間和降溫速率等是影響混凝土綜合性能的重要參數(shù)3 ，而這些參數(shù)的不同選擇和組合，則

5、會對混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不同 的影響，并導(dǎo)致其性能產(chǎn)生明顯差異。因此，需要對蒸汽養(yǎng) 護(hù)制度及相關(guān)參數(shù)選擇進(jìn)行合理配置和優(yōu)化。 2 蒸汽養(yǎng)護(hù) 對混凝土強(qiáng)度的影響 2.1 靜置時間的影響 混凝土在剛澆筑 完成后，水化熱反應(yīng)尚未達(dá)到混凝土硬化的程度，因此需要 一段靜置時間使混凝土達(dá)到穩(wěn)定。靜置時間的長短關(guān)系到混 凝土初期結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的高低，也關(guān)系到升溫期混凝土抵抗膨脹 破壞的能力。因此，適當(dāng)?shù)撵o置時間對混凝土的早期強(qiáng)度或 晚期強(qiáng)度均有較好的效果。通常蒸汽養(yǎng)護(hù)中如果升溫速率較 高，就需要較長的靜置時間，以使混凝土形成足夠的初始強(qiáng) 度來減少升溫期裂縫的生成。反之，則可以縮短靜置時間。 在實際生產(chǎn)中一般為13h

6、。2.2升溫速率的影響 如果靜置時間選擇合理，通常升溫速率對混凝土強(qiáng)度的影響并不是 太大。但如果靜置時間設(shè)置不合理，則過高的升溫速率就會 對混凝土強(qiáng)度造成不良影響，導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度變差。這主要 是因為在混凝土初始結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不高的情況下，隨著溫度的快 速升高，混凝土內(nèi)部各成分特別是水汽的熱脹作用會導(dǎo)致形 態(tài)各異的裂縫出現(xiàn)，典型的如放射性裂縫、界面裂縫、網(wǎng)狀 裂縫等。同時，較高的升溫速率也會加大混凝土表面與內(nèi)部 的溫度梯度，從而出現(xiàn)熱應(yīng)力裂縫。而上述裂縫的出現(xiàn)會破 壞混凝土結(jié)構(gòu)并降低其強(qiáng)度。一般在氣溫較低的時節(jié)，升溫速率可以控制在15C/h左右；在氣溫較高的季節(jié)，升溫速 率可以適當(dāng)提高，但不宜超過 2

7、5 C /h。2.3恒溫溫度和恒 溫時間的影響 混凝土強(qiáng)度主要受水化程度的控制，水化程 度越高，則混凝土的強(qiáng)度越高。因此，提高養(yǎng)護(hù)溫度或增加 恒溫養(yǎng)護(hù)時間可以加快混凝土的水化反應(yīng)速度，進(jìn)而提高混 凝土的早期強(qiáng)度。但養(yǎng)護(hù)溫度越高、恒溫養(yǎng)護(hù)時間越長，其 對混凝土膨脹的影響也就越大，這就容易產(chǎn)生對混凝土不利 的孔隙及內(nèi)部裂縫，進(jìn)而降低其后期強(qiáng)度。此外，提高養(yǎng)護(hù) 溫度除了能提高水泥的水化速率外，同時也會加速粒料表面 成分的溶解及釋出，并參與水化反應(yīng)，生成結(jié)晶較為完全的 水化產(chǎn)物。在低溫時，水化產(chǎn)物因有足夠的時間擴(kuò)散會均勻 分布和沉淀，但隨著養(yǎng)護(hù)溫度的升高，水化反應(yīng)速率會超過 水化產(chǎn)物的擴(kuò)散速率，從而使

8、水化產(chǎn)物聚集在水泥顆粒周圍， 形成一層低滲透性外殼，讓水化產(chǎn)物無法繼續(xù)擴(kuò)散，并阻礙 水泥顆粒繼續(xù)水化， 導(dǎo)致混凝土的后期強(qiáng)度發(fā)展受阻。 因此， 混凝土強(qiáng)度并不會隨養(yǎng)護(hù)恒溫溫度和恒溫時間的增加而持 續(xù)增加， 而是存在最佳的養(yǎng)護(hù)溫度和養(yǎng)護(hù)時間。 2.4 降溫速 率的影響 混凝土經(jīng)恒溫養(yǎng)護(hù)之后雖然已經(jīng)具有較高的強(qiáng)度， 但降溫速率也不易過快，否則容易使混凝土內(nèi)外出現(xiàn)溫差而 產(chǎn)生拉應(yīng)力裂縫，影響混凝土的強(qiáng)度。另外，在對混凝土構(gòu) 件進(jìn)行降溫時，可以在不同方向進(jìn)行更加均衡的降溫冷卻， 以降低溫度應(yīng)力對混凝土性能的不利影響。3 蒸汽養(yǎng)護(hù)對 混凝土耐久性的影響 混凝土材料為多孔性材料，如果長期 處于較惡劣的環(huán)境

9、中，則外在環(huán)境中氯離子等有害物質(zhì)就容 易通過孔隙滲透到混凝土內(nèi)部，造成混凝土劣化及鋼筋銹蝕 等問題，進(jìn)而影響到混凝土的耐久性。因此，混凝土的耐久 性通常也可以由混凝土抗氯離子等有害離子滲透的能力來 進(jìn)行評估。 蒸汽養(yǎng)護(hù)條件下， 由于水泥的水化速率比較快， 容易導(dǎo)致水化產(chǎn)物很快地在水泥顆粒周圍形成高密度的擴(kuò) 散屏障，使得水化產(chǎn)物分布不均勻，后期水化程度降低。另 一方面，較高的養(yǎng)護(hù)溫度也會導(dǎo)致水泥中的 C3S 產(chǎn)生較粗的 水化結(jié)構(gòu)，使得混凝土孔隙體積增大、總孔隙率變高。上述 結(jié)果在宏觀上的表現(xiàn)就是混凝土的致密性降低，其對氯離子 等有害離子的抗?jié)B透能力下降，進(jìn)而對混凝土的耐久性產(chǎn)生 不利影響。 針對

10、蒸汽養(yǎng)護(hù)會導(dǎo)致混凝土耐久性下降的問題， 一方面可以在蒸汽養(yǎng)護(hù)的同時持續(xù)進(jìn)行水養(yǎng)護(hù)，使得混凝土 中的水泥可以持續(xù)進(jìn)行水化反應(yīng)，增強(qiáng)其致密性和抗?jié)B透能 力，進(jìn)而改善混凝土的耐久性。另一方面，可以通過添加其 他礦物摻合料來改善混凝土的微觀結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)其耐久性。比 如有研究結(jié)果表明，摻入適量的粉煤灰可以提高蒸汽養(yǎng)護(hù)條 件下混凝土對氯離子的抗?jié)B透能力。這是因為粉煤灰顆粒比 水泥更細(xì)，可以進(jìn)一步細(xì)化水泥凝膠的空隙，提高混凝土的 致密性。同時，粉煤灰的摻入還提高了混凝土的水灰比，有 利于水泥水化產(chǎn)物的擴(kuò)散和均勻分布。此外，在蒸汽養(yǎng)護(hù)條 件下，粉煤灰的活性效應(yīng)被激發(fā)，其二次水化產(chǎn)生的低鈣硅 產(chǎn)物有利于細(xì)化空隙結(jié)

11、構(gòu)，降低孔隙率。由此可見，將礦物 摻合料加入混凝土中進(jìn)行蒸汽養(yǎng)護(hù)，可以改善蒸汽養(yǎng)護(hù)混凝 土的耐久性，這將是今后蒸汽養(yǎng)護(hù)混凝土發(fā)展的一個趨勢。4 結(jié)語 目前，我國在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)領(lǐng)域的投資力度不斷加 大，蒸汽養(yǎng)護(hù)混凝土預(yù)制構(gòu)件的需求也在不斷增加。與標(biāo)準(zhǔn) 養(yǎng)護(hù)混凝土相比，蒸汽養(yǎng)護(hù)混凝土在性能上還存在一定差異， 特別是其長期性能容易出現(xiàn)強(qiáng)度倒縮、耐久性下降等現(xiàn)象。 但通過對現(xiàn)有蒸汽養(yǎng)護(hù)制度的優(yōu)化改進(jìn)，并通過合理添加礦 物摻合料，可以有效改善蒸汽養(yǎng)護(hù)混凝土的后期強(qiáng)度和耐久 性，這對于在工業(yè)化大生產(chǎn)中充分發(fā)揮蒸汽養(yǎng)護(hù)混凝土的特 有優(yōu)勢具有重要意義。 參考文獻(xiàn)： 1 鐵道部豐臺橋梁廠 . 混凝土的蒸汽養(yǎng)護(hù)

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