混凝土養(yǎng)護(hù)對(duì)其性能的影響研究

1、混凝土養(yǎng)護(hù)對(duì)其性能的影響 摘要 本文首先論述了混凝土養(yǎng)護(hù)的概念，養(yǎng)護(hù)過程中最主要的一個(gè)物理化學(xué)過程水泥的水化水解過程，混凝土的養(yǎng)護(hù)過程本質(zhì)就是水泥的水化水解過程進(jìn)行的快慢以及程度問題，如果在合適的養(yǎng)護(hù)過程中，水化反應(yīng)進(jìn)行的完全，那么混凝土的各項(xiàng)性能指標(biāo)就能達(dá)到要求。也介紹了混凝土的常見養(yǎng)護(hù)方法以及影響?zhàn)B護(hù)工藝的因素，為更好的進(jìn)行混凝土的養(yǎng)護(hù)工作提供參考依據(jù)。關(guān)鍵詞 混凝土 養(yǎng)護(hù) 水化作用水泥混凝土是近現(xiàn)代最廣泛使用的建筑材料，也是當(dāng)前最大宗的人造材料，廣泛應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑、農(nóng)林與城市建設(shè)、交通與海港工程中。自1824年j.aspdin發(fā)明波特蘭水泥至今，混凝土技術(shù)經(jīng)歷了許多重大變革。188

2、6年，美國首先利用回轉(zhuǎn)窯，使波特蘭水泥進(jìn)入了大規(guī)模生產(chǎn)階段。1896年，法國人feret提出了以空隙含量為主要因素的強(qiáng)度公式。1919年，美國d.a.abrams提出了著名的水灰比定則，奠定了現(xiàn)代混凝土技術(shù)的理論基礎(chǔ)。1828年，法國人e.ereyssinet創(chuàng)造了預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土技術(shù)，使大跨度橋梁、高層建筑結(jié)構(gòu)成為可能，堪稱混凝土技術(shù)發(fā)展史上的一次重大飛躍。與此同時(shí)，混凝土外加劑的不斷創(chuàng)新發(fā)展，為混凝土的改性開辟了道路。伴隨著混凝土技術(shù)的發(fā)展，新的問題也隨之出現(xiàn)。受混凝土材質(zhì)的劣化和環(huán)境侵蝕作用的影響，混凝土建筑結(jié)構(gòu)過早破壞現(xiàn)象日趨明顯，造成了經(jīng)濟(jì)上的大量浪費(fèi)，其原因不是由于強(qiáng)度不足，而是由

3、于混凝土耐久力不良。這就使得混凝土耐久性問題逐步被人們所重視。混凝土技術(shù)并不再是單一的追求高強(qiáng)度，而是逐步朝著高性能、高耐久的方向發(fā)展。近年來，混凝土和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的使用量日趨增加，為充分挖掘混凝土強(qiáng)度的潛力，提高混凝土質(zhì)量，必須重視混凝土的養(yǎng)護(hù)工作?；炷恋酿B(yǎng)護(hù)和混凝土的強(qiáng)度密切相關(guān)，混凝土在連續(xù)不間斷地濕潤養(yǎng)護(hù)下，其強(qiáng)度將隨著齡期的增長而增長。而混凝土強(qiáng)度的增長依賴于水泥水化的作用，水泥水化后的產(chǎn)物是產(chǎn)生混凝土強(qiáng)度的主要因素?；炷翝补嗪?，如果不進(jìn)行濕潤養(yǎng)護(hù)，其表面就開始干燥，隨著齡期增長，混凝土強(qiáng)度就停止在低齡期上。1.養(yǎng)護(hù)的概念為了獲得高質(zhì)量的混凝土，拌合物澆筑后必須在硬化初期階段緊

4、接著在適宜的環(huán)境下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。美國混凝土協(xié)會(huì)（aci）將養(yǎng)護(hù)定義為“水泥在水分與溫度滿足的條件下持續(xù)水化，水泥混凝土逐漸成熟和硬度發(fā)展的過程?！别B(yǎng)護(hù)即為水泥（更確切的說是膠凝材料）的水化提供適宜的溫度和濕度環(huán)境，直到新鮮水泥漿中原始充水孔為水泥水化產(chǎn)物填充到所要求的程度為止。2.水泥的水化反應(yīng)水泥的凝結(jié)和硬化，是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)過程，其根本原因在于構(gòu)成水泥熟料的礦物成分本身的特性，水泥熟料礦物遇水后會(huì)發(fā)生水解或水化反應(yīng)而成水化產(chǎn)物，這些水化產(chǎn)物按照一定的方式靠多種引力相互搭接和聯(lián)結(jié)形成水泥石的結(jié)構(gòu)從而產(chǎn)生強(qiáng)度。水泥加水拌合后，水泥顆粒被水所包圍，表面的礦物質(zhì)成分很快與水發(fā)生水化和水解作用，水溶

5、液也逐漸成為一種凝膠體，同時(shí)產(chǎn)生一定的熱量，即俗稱的水化熱。隨著水化水解作用不斷向水泥顆粒內(nèi)部深化，形成的凝膠體也逐漸結(jié)晶硬化，具有很高的粘結(jié)能力。水化反應(yīng)的進(jìn)行有效的粘結(jié)了各種骨料，使其牢固的結(jié)合為一個(gè)整體。水泥接觸到水后各組分開始溶解，極短的時(shí)間便能夠與水發(fā)生水化反應(yīng)，此時(shí)填充在顆粒間的液相不再是純水，而是含有ca2+、oh-、ai(oh)4-、so42-等多種離子的混合溶液，水化反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行。水在混凝土的生產(chǎn)過程中起重要作用：一是滿足拌合需要；二是滿足水泥水化反應(yīng)的需要。3現(xiàn)澆混凝土常用的養(yǎng)護(hù)方法國內(nèi)外對(duì)混凝土養(yǎng)護(hù)方法認(rèn)識(shí)有所不同，但在現(xiàn)澆混凝土施工現(xiàn)場(chǎng)，一般采用的方法不外乎水養(yǎng)護(hù)、密封

6、養(yǎng)護(hù)和其他一些專門的養(yǎng)護(hù)方法。（1）水養(yǎng)護(hù)水養(yǎng)護(hù)仍然是施工現(xiàn)場(chǎng)采用最多的一種養(yǎng)護(hù)方法。它是通過防止水分損失，或者補(bǔ)充混凝土的水分，使混凝土處在潮濕的環(huán)境中，讓水泥能夠充分的水化，進(jìn)一步保證水化反應(yīng)的繼續(xù)進(jìn)行。因?yàn)榈V物本身結(jié)構(gòu)的差異以及相應(yīng)水化產(chǎn)物性質(zhì)的不同，各礦物的水化速度和強(qiáng)度也不盡相同。水養(yǎng)護(hù)包括蓄水、噴霧和灑水等。蓄水是養(yǎng)護(hù)水平面結(jié)構(gòu)的一種周到的方法。它是用泥土或者黃沙等在平面結(jié)構(gòu)的表面圍起一層水。但這種方法對(duì)混凝土的齡期有要求，它要在混凝土具有一定強(qiáng)度以后才能使用，此外這種方法還有勞動(dòng)強(qiáng)度較大并需要實(shí)時(shí)監(jiān)控的缺點(diǎn)。在無風(fēng)或者有遮避的情況下，噴霧是保持混凝土表面濕潤的好方法，可用在水平或

7、者立面的混凝土構(gòu)件。噴霧間隙應(yīng)保證混凝土表面不能過于干燥，噴霧的壓力也不宜太大，否則早期混凝土表面會(huì)被沖刷掉。此外，噴霧養(yǎng)護(hù)的最大優(yōu)點(diǎn)是可以不受混凝土齡期的限制，在混凝土凝結(jié)之前就可以實(shí)施。灑水養(yǎng)護(hù)可以用于水平面和豎直面的結(jié)構(gòu)。針對(duì)不同的天氣變化，確定灑水次數(shù)，以混凝土表面潮濕為準(zhǔn)。灑水一定要灑勻，開始灑水養(yǎng)護(hù)的時(shí)間，一般在澆筑后12h前進(jìn)行，因此灑水養(yǎng)護(hù)同樣存在混凝土齡期的問題。如果單獨(dú)的水養(yǎng)護(hù)不能達(dá)到滿意的效果，還可以與覆蓋措施結(jié)合使用。選擇的覆蓋材料一般具有蓄水功能，不僅可以保存大量的水分，還可以防止水分蒸發(fā)。麻袋和其他材料在覆蓋保濕中被廣泛的應(yīng)用，并且其對(duì)水平和垂直表面都適用。潮濕的泥

8、土、砂、禾稈或者鋸末已經(jīng)在水平養(yǎng)護(hù)中應(yīng)用。用麻袋包裹、上端鉆孔水管定時(shí)淋水的養(yǎng)護(hù)方法也已經(jīng)在垂直平面養(yǎng)護(hù)中使用。這一類的覆蓋層還是容易干燥，需要定期的灑水。（2）密封養(yǎng)護(hù)塑料薄膜和養(yǎng)護(hù)劑都可以阻止混凝土表面的水分蒸發(fā)，是目前已經(jīng)采用的密封養(yǎng)護(hù)的材料。它們都可以不受結(jié)構(gòu)形狀和位置的影響，而且還有使用方便、僅需較少勞力的優(yōu)點(diǎn)。因此密封養(yǎng)護(hù)有可能在不久的將來取代傳統(tǒng)的水養(yǎng)護(hù)，成為施工中的首選。塑料薄膜應(yīng)在混凝土澆筑完畢后、表面仍然濕潤時(shí)及時(shí)的覆蓋到混凝土表面。塑料薄膜可以吸附在混凝土的表面。從混凝土中蒸發(fā)出來的水分在塑料薄膜表面凝結(jié)，還可以繼續(xù)補(bǔ)充給未成熟的混凝土，這樣可以進(jìn)一步改善混凝土的養(yǎng)護(hù)。利

9、用不同顏色的塑料薄膜對(duì)太陽光不同的吸收能力，還可以改善養(yǎng)護(hù)的溫度條件。如夏天淺色的薄膜可以反射很大一部分的太陽光，減少熱量的吸收；冬天深色的薄膜可以有效的利用太陽能，提高溫度。養(yǎng)護(hù)劑在公路養(yǎng)護(hù)中已經(jīng)廣泛使用。養(yǎng)護(hù)劑又稱混凝土表面保水劑，是一種噴灑或涂刷于混凝土表面，其自身水分蒸發(fā)后，能在混凝土表面形成一層連續(xù)不透水的密閉養(yǎng)護(hù)薄膜的乳液或高分子溶液，防止混凝土硬化早期的水分揮發(fā)，從而起到養(yǎng)護(hù)的目的。它的優(yōu)點(diǎn)是施工方便，并使養(yǎng)護(hù)起點(diǎn)提前成為可能。它的缺點(diǎn)是目前的養(yǎng)護(hù)劑普遍養(yǎng)護(hù)效率低，不能完全阻止混凝土中的水分蒸發(fā)。養(yǎng)護(hù)劑成膜和塑料薄膜一樣，都可以通過改變顏色來改變對(duì)太陽光的吸收效果。養(yǎng)護(hù)劑與塑料薄

10、膜的不同之處在于，它是在施工現(xiàn)場(chǎng)成膜的，因此可能會(huì)在表面有殘留，如果該表面還需要繼續(xù)澆筑則影響粘結(jié)效果，這也成為養(yǎng)護(hù)劑難以在建筑工程中推廣的一個(gè)重要原因。（3）其他養(yǎng)護(hù)方法對(duì)于特別的氣候條件和特殊的混凝土構(gòu)件，還應(yīng)該采取一些特殊的養(yǎng)護(hù)措施。在高溫干燥時(shí)，要強(qiáng)調(diào)避免塑性裂縫和干縮裂縫。為避免失水速度過快、混凝土表面干燥，養(yǎng)護(hù)時(shí)間應(yīng)盡量提前，甚至凝結(jié)之前就開始養(yǎng)護(hù)。還應(yīng)防止直接的風(fēng)吹日曬。在冬季則要做好保溫措施。當(dāng)溫度太低，保溫材料不足以維持供強(qiáng)度充分發(fā)展和防止冰凍的溫度，這時(shí)采取外部加熱是必須的。但是在施工現(xiàn)場(chǎng)的結(jié)構(gòu)中運(yùn)用加熱養(yǎng)護(hù)和蒸汽養(yǎng)護(hù)一樣是不易做到的，主要是因?yàn)殡y以構(gòu)筑一個(gè)相對(duì)密封的空間。

11、此外升溫之后的降溫過程應(yīng)該盡量平緩，以防止“熱震”危害。 在大體積混凝土的養(yǎng)護(hù)中，溫度控制和水分控制一樣重要。為防止過大的溫差，除了在減低水泥用量等材料措施外，可能還需要采取預(yù)冷材料和混凝土內(nèi)部冷卻等措施。（4）養(yǎng)護(hù)方法的比較從混凝土強(qiáng)度發(fā)展的角度考慮，水養(yǎng)護(hù)法顯然優(yōu)于密封養(yǎng)護(hù)法，因?yàn)榍罢吣転榛炷粒ㄌ貏e是低水灰比的混凝土）中的水化反應(yīng)提供充足的水源，使水泥充分水化。但在養(yǎng)護(hù)控制收縮的作用上是存在分歧的，mindess認(rèn)為，水養(yǎng)護(hù)法優(yōu)于密封養(yǎng)護(hù)法，因?yàn)樗鼙Ｗo(hù)混凝土免受自干燥的影響。這一觀點(diǎn)可能是基于外部的水可以緩解混凝土內(nèi)部的缺水狀況的考慮。國內(nèi)蒲心誠的試驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)水養(yǎng)護(hù)法能有效減少低水灰比混

12、凝土的收縮。但是也有學(xué)者認(rèn)為，當(dāng)水灰比小于0.3時(shí)，由于滲透性較低，即使是浸在水中的混凝土，自干燥現(xiàn)象仍然存在，因此水養(yǎng)護(hù)法對(duì)于自干燥現(xiàn)象的抑制作用有限。而不同養(yǎng)護(hù)方法對(duì)混凝土早期收縮的影響的差異性仍有待研究。密封養(yǎng)護(hù)操作更為簡(jiǎn)單，也節(jié)省勞力。但是薄膜養(yǎng)護(hù)的效果，很大程度上取決于膜的包裹厚度和完整性；必須非常小心確保各單張膜的完全搭接和接頭密封，以防止水分損失。養(yǎng)護(hù)劑雖然能在混凝土的表面形成一張整體的薄膜，但是噴涂不可能做到十分地均勻，加上有機(jī)物的揮發(fā)，還是會(huì)在這張“膜”上形成薄弱點(diǎn)，因此也同樣存在這一問題。對(duì)于蓄水和灑水等養(yǎng)護(hù)方法，養(yǎng)護(hù)的起始點(diǎn)受混凝土硬化程度的制約。如果在混凝土硬化之前就采

13、取上述方法，極有可能會(huì)對(duì)表面形成破壞。而從抑制收縮開裂的角度出發(fā)，養(yǎng)護(hù)的起點(diǎn)要盡量地提前。在現(xiàn)行的養(yǎng)護(hù)方法當(dāng)中，只有噴霧養(yǎng)護(hù)和密封養(yǎng)護(hù)有可能在混凝土初凝之前采用，如果能切實(shí)地控制噴霧的壓力和噴霧量，不僅能使混凝土保持濕潤還不會(huì)對(duì)其表面形成破壞。密封養(yǎng)護(hù)最好在混凝土還沒有凝結(jié)，表面濕潤的情況下開始，否則覆蓋層不容易粘在表面上，養(yǎng)護(hù)效果會(huì)很差。4.決定養(yǎng)護(hù)工藝的要素養(yǎng)護(hù)溫度、濕度和養(yǎng)護(hù)時(shí)間，不僅影響混凝土強(qiáng)度的發(fā)展，而且影響混凝土的耐久性，特別是影響著表面層混凝土的性能。（1）溫度的影響?zhàn)B護(hù)溫度對(duì)混凝土的性能影響很大，一般來說，高溫加速了混凝土的水化過程，養(yǎng)護(hù)溫度越高，強(qiáng)度發(fā)展越快。研究表明，當(dāng)溫

14、度低于某一界限值時(shí)，水泥的水化反應(yīng)停止，混凝土強(qiáng)度停止發(fā)展，這一界限溫度一般為-10。實(shí)際上，當(dāng)溫度低于0的情況下，混凝土中水分會(huì)發(fā)生部分結(jié)冰而發(fā)生冰凍損傷。但是，并不是溫度越高對(duì)強(qiáng)度的發(fā)展越有利，早期的過高溫養(yǎng)護(hù)會(huì)對(duì)混凝土后期強(qiáng)度的發(fā)展產(chǎn)生不利影響。older發(fā)現(xiàn)，養(yǎng)護(hù)溫度越高，水泥水化產(chǎn)物比表面積越大，regourd等認(rèn)為，高溫養(yǎng)護(hù)將影響水化產(chǎn)物的穩(wěn)定性。verbeck認(rèn)為，常溫養(yǎng)護(hù)時(shí)，水泥水化速率較低，水化產(chǎn)物有足夠的時(shí)間擴(kuò)散到水泥顆粒的間隙中，形成均勻的水泥石結(jié)構(gòu)，混凝土后期強(qiáng)度較高；相反，在高溫養(yǎng)護(hù)條件下，水化速率過高，水化產(chǎn)物來不及擴(kuò)散，大部分包裹在水泥顆粒周圍，阻礙水進(jìn)入水泥顆粒

15、，使得后期水化過程難以進(jìn)行，宏觀上表現(xiàn)為后期強(qiáng)度下降，抗?jié)B性降低。（2）濕度影響混凝土的性能取決于水泥的水化程度，水泥的水化只有在充滿水的毛細(xì)管中才能進(jìn)行。隨著水化的進(jìn)行，水化產(chǎn)物開始填充毛細(xì)空隙，增加了空隙中的水壓力，產(chǎn)生毛細(xì)管現(xiàn)象引起水分遷移。水分趨向遷移到與環(huán)境接觸的混凝土表面的低壓區(qū)，從而導(dǎo)致早期的濕度散失?；炷翝穸仍礁?，水分遷移越快，蒸發(fā)速率增加。過快的蒸發(fā)會(huì)導(dǎo)致空隙內(nèi)的濕度低于飽和水平之下，從而阻礙水泥的水化。因此，在養(yǎng)護(hù)期內(nèi)要求保證混凝土處于飽水狀態(tài)。如早期環(huán)境濕度不足，就可能造成混凝土中水分的大量蒸發(fā)，引起干燥失水影響水化的繼續(xù)進(jìn)行；另一方面，干縮使混凝土在低強(qiáng)度狀態(tài)下承受收

16、縮引起的拉應(yīng)力，導(dǎo)致混凝土表面出現(xiàn)裂紋，并最終影響強(qiáng)度。新澆注混凝土中的水分散失首先是從表面的水開始，當(dāng)這些水完全蒸發(fā)后，通過毛細(xì)行為遷移到混凝土表面的水開始蒸發(fā)。如果水分蒸發(fā)速率大于通過毛細(xì)行為遷移到混凝土表面的速率，混凝土就會(huì)出現(xiàn)塑性收縮和裂縫，影響性能。試驗(yàn)表明，水分在混凝土澆注后的最初24h損失最大。（3）養(yǎng)護(hù)時(shí)間的影響由于水泥熟料中礦物質(zhì)本身的結(jié)構(gòu)以及水化產(chǎn)物性質(zhì)不同，水化速度也有快慢之差別，比如對(duì)于普通的硅酸鹽水泥而言，按照水化速率的快慢，有如下規(guī)律：鋁酸三鈣鐵鋁酸四鈣硅酸三鈣硅酸二鈣。按照水化產(chǎn)物的最終強(qiáng)度，則規(guī)律如下：硅酸二鈣硅酸三鈣鐵鋁酸四鈣鋁酸三鈣。由此可見，水泥的凝結(jié)時(shí)間

17、和早期強(qiáng)度以及后期強(qiáng)度取決于不同的礦物成分，所以在水泥的整個(gè)硬化過程中，不論是前期養(yǎng)護(hù)還是后期養(yǎng)護(hù)都是非常重要的。養(yǎng)護(hù)時(shí)間對(duì)混凝土長期性能有顯著影響，混凝土是在溫度不斷變化的環(huán)境中養(yǎng)護(hù)的，養(yǎng)護(hù)時(shí)間可以根據(jù)混凝土的成熟度來決定，成熟度的概念是英國學(xué)者紹爾和瑞典學(xué)者伯格斯特在20世紀(jì)50年代提出的，其原理是根據(jù)強(qiáng)度發(fā)展是養(yǎng)護(hù)時(shí)間和溫度函數(shù)的原理而建立的。一般來說，混凝土強(qiáng)度隨齡期的延長而提高，早期強(qiáng)度增長較快，3d強(qiáng)度可以達(dá)到28d強(qiáng)度的50，7d強(qiáng)度可以達(dá)到28d強(qiáng)度的2/3。28d之后強(qiáng)度增長逐漸緩慢。但是，混凝土的后期養(yǎng)護(hù)也是必須的。例如舟曲地區(qū)的水泥，28d的強(qiáng)度基本沒有富余系數(shù)，再加上水泥的熟料中粉煤灰與摻合料在水泥中所占的比例比較大，這種水泥對(duì)混凝土在實(shí)體結(jié)構(gòu)中早期強(qiáng)度發(fā)展緩慢，但是中后期又能緩慢增長，舟曲老城區(qū)1#地塊1-7#樓，28d后c35混凝土強(qiáng)度回彈平均值在34mpa左右，