不同養護方法對高強粉末混凝土性能影響

葉林法，鐘建鋒，何濤

（廣東省長大公路工程有限公司，廣州 510000）

目前國內外被廣泛研究的活性粉末混凝土其抗壓強度最高可達到 800MPa，由于原料昂貴，制備工藝復雜，難以大規模運用于土木工程中。如何通過配合比的調整及養護制度的簡化，使超高強混凝土的制備技術更加通用，是影響其推廣應用的一個重要問題。但研究工作集中在高效減水劑與硅灰等高活性摻合料復合[1]，降低水膠比，提高基體硬化密實度，同時摻加鋼纖維提高抗彎拉強度，獲得所需的高強度、高韌性和延性等方面，而對試件養護工藝等方面關注較少，缺乏養護制度對混凝土超高強化機理的系統研究[2]。本文主要研究不同的養護制度對 150MPa 超高強混凝土性能的影響。

1 試驗原材料及試驗方法

1.1 試驗原材料

（1）水泥：某公司生產的 P·O52.5 水泥，其基本性能見表1，化學成分見表 2。

（2）混合材：采用某品牌 S95 級高爐礦渣粉，某公司生產的 96 號硅灰，化學成分見表 2。

（3）石英砂：試驗用石英砂，具體篩分結果見表 3。

（4）其它：長度在 12mm 左右，直徑為 0.2mm 左右的冷拔鋼絲切斷型鍍銅鋼纖維；試驗室自行復配高效聚羧酸系減水劑，減水率 25%，含氣量 3%。

表1 水泥基本物理性能

表2 膠凝材料化學成分 wt%

表3 石英砂篩分結果 wt%

1.2 試驗方法

抗壓抗折強度按 JTG E30-2005《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規程》中的 T0553-2005 方法進行測試。高強粉末混凝土蒸汽養護采用混凝土快速養護箱（溫控范圍：20℃～100℃；溫控精度：±2℃）養護，試驗過程中將試塊放入快速養護箱，12h 內升溫至 80℃ 恒溫養護。X 射線衍射分析所使用儀器型號為 D/Max-RB，掃描電子顯微鏡儀器型號JSM-5610LV，放大倍數范圍從 15 倍到 300000 倍。本次試驗屬于二次電子成像。

2 試驗結果

2.1 不同養護工藝對強度影響

為了研究不同養護工藝對超高強混凝土強度的影響，所采取的配合比[3-5]見表 4。在表 4 的基礎上再摻加總體積 1.5%的鋼纖維，減水劑為試驗室自行復配高效聚羧酸減水劑，摻量為 0.8%。

表4 超高強混凝土配合比

按照試驗設計的配合比，采用 8 種不同的養護方法得出的試驗結果如圖 1 所示，圖 1 中養護方法分別為：LTYH：露天養護，BMYH：露天薄膜養護，BZYH：標準養護，SYYH：20℃ 水浴養護，ZQLTYH：蒸汽養護 3d 后露天養護，ZQBMYH：蒸汽養護 3d 后露天薄膜養護，ZQSYYH：蒸汽養護 3d 后 20℃ 水浴養護，ZQBZYH：蒸汽養護 3d 后標準養護。

由圖 1 可以明顯看出，在不同齡期下，在其它條件相同時，蒸養處理后的強度值明顯高于未進行蒸養處理試件的強度值，標準養護與 20℃ 水浴養護試件條件強度值大于露天養護及露天薄膜養護強度值。在滿足工程質量的前提下，從造價與工期可以看出，蒸汽養護是一種非常有效的手段。

從圖 1 中還可以看出，相比于標準養護條件與 20℃ 水浴養護，露天養護的后期強度增長率明顯小于標準養護條件下。雖然標準養護與 20℃ 水浴養護較露天養護條件下試件強度值要偏高，但是作為工程現場實際條件，在不影響工程質量的前提下，露天養護可以大大減少工序與成本。

圖1 不同養護工藝對超高強混凝土強度的影響

2.2 蒸養時間對強度影響

通過 2.1 中的試驗結果可以清晰的看出，在節約工期，滿足強度要求的條件下，蒸汽養護是最為有效的一種工序。為了探索養護齡期對強度發展的影響規律，本文研究了 1d、2d、3d 和 4d 四種蒸養時間下試件強度發展情況，試驗配合比與表 4 相同，具體試驗結果如圖 2 所示。

圖2 不同蒸養時間對 150MPa 超高強混凝土強度影響

從試驗結果可以看出，在 4d 齡期以內，試件強度隨蒸汽養護齡期的延長而增大。3d 齡期以內，試件強度值增長率較大，2d、3d、4d 蒸養齡期與其對應的前一天蒸養相比，抗壓強度值分別增長 13MPa、11MPa、1MPa；可見蒸養到 3d 齡期后，混凝土的強度增長值很小，為了節約成本與提高工作效率，在蒸養制度條件下，蒸養時間超過 3d 齡期意義不大。

2.3 蒸養時間對水化進程影響

圖3 是標養 28d 與蒸養 1d 和 3d 的 XRD 圖譜。由圖 3 中根據 C3S 判斷，說明水泥都未完全水化，從XRD 峰值可以得出蒸養 3d 條件下水泥水化程度最大，標養 28d 的水泥水化程度最低。由圖 3 可以看出，Ca(OH)2特征峰大量存在，峰強最弱為蒸汽養護 3d 齡期，這說明蒸養 3d時的 Ca(OH)2含量最少，標養 28d 時的 Ca(OH)2含量最多，但是 28d 標養試件水泥水化程度最低，可見蒸養能夠加速火山灰反應，消耗了大量的 Ca(OH)2。

為了進一步觀察蒸養對水化產物形貌的影響，本文對不同養護工藝下試件制樣進行了放大 10000 倍掃描電鏡觀察（圖 4），可以清晰的看到，不同的養護制度對膠材的水化形貌影響較大，通過 3d 的蒸汽養護，水泥石的結構非常致密，水化產物之間相互嵌接，而蒸養 1d 以及標準養護 28d 試樣致密程度遠不及蒸養 3d，其中標準養護 28d 致密度最差。

圖3 不同養護工藝 XRD 圖譜

圖4 不同養護工藝SEM掃描圖

3 結論

（1）通過 8 種不同養護方法對比，蒸汽養護條件下高強活性粉末混凝土強度可達到 150MPa。與蒸汽養護相比，標準養護及水浴養護相對于露天養護對高強活性粉末混凝土強度值影響較小。

（2）針對蒸汽養護條件，通過 4 種不同齡期試驗結果得出，3d 后蒸養環境對高強活性粉末混凝土強度值增長影響很小。

（3）通過微觀分析，蒸汽養護條件下能夠加速硅灰與礦粉的火山灰反應，消耗水泥水化產物 Ca(OH)2，通過二次反應能夠使高強活性粉末混凝土結構更加致密，強度值發揮齡期短，可以明顯縮短工程工期，提高工程效率。

[1]何峰，黃政宇. 硅灰和石英粉對活性粉末混凝土抗壓強度貢獻的分析[J]. 混凝土，2006 (1): 39-42.

[2]焦楚杰，周云等. 超高強高性能混凝土配合比設計方法[J].廣州大學學報，2009(4): 78-82.

[3]蒲心誠. 超高強高性能混凝土[M]. 重慶：重慶大學出版社，2004.

[4]P. K. Mehta. Principles underlying production of high performance concrete [J]. Cement, Concrete and Aggregate, 1990,12(2): 70-78.

[5]蒲心誠，王沖等. C100～C150超高強高性能混凝土的強度及變形性能研究[J]. 混凝土，2002(10): 3-8.

[6]M. Cheyrezy, V. Maret, L. Frouin. Microstructural Analysis of RPC (Reactive Powder Concrete)[J]. Cement and Concrete Research, 1995, 25(7): 1491-1500.